автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Формирование динамических качеств колесных бетонотранспортных машин

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ /у

ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. В. В. КУЙБЫШЕВА //}

На правах рукописи УДК 629.114.456.2 : 693.546.1.001.5

ПЛАВЕЛЬСКИЙ Евгении ГТорфирьевич

ФОРМИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ КОЛЕСНЫХ БЕТОНОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Специальность 05.05.04 — Дорожные и строительные

машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА 1990

Работа выполнена в Московском научпо-производствен-ном объединении по строительному и дорожному машиностроению.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор А.А.БорЩевскиЙ доктор технических паук профессор А. М. Холодов, доктор технических наук профессор П. И. Никулин.

Ведущее предприятие: Всесоюзный институт по проектированию организации энергетического строительства «Оргэнергострой»

Защита состоится « . . . » ....... 1990 г. в .

часов па заседании специализированного совета Д 053.11.09 при Московском инженерно-строительном институте имени В. В. Куйбышева по адресу: 113114, Москва, Шлюзовая наб., 8, ауд. ...

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, 26, МИСИ им. В. В. Куйбышева, Ученый совет.

Автореферат разослан « . . . » .......... 1990 г.

№....

Ученый секретарь специализированного совета канд. техн. наук доцент

П. Е. ТОТОЛИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность проблемы. Индустриа-зация монолитного строительства предполагает резкое уве-чение объема перевозок подвижных бетонных смесей и потре-остей народного хозяйства в автобетоносыесителях, автобе-новозах и авторастворовозах, что нашло отражение в ряде гений партии и правительства. Это определяется концентра-ей производства товарного бетона и раствора на мощных бе-носмесительных установках и заводах и прогрессивностью хнологической схемы "завод товарного бетона - колесные тонотранспортные машины - бетононасос (бетоноукладчик)", мым массовым элементом в указанной технологической схеме ляется колесная бетонотранспортная машина (БТМ): от 10 до машин приходится в развитых странах на один бетононасос.

G точки зрения потребительских свойств к колесным БТМ едьявляются, в первую очередь, требования, присущие грузом автомобилям с жестко закрепленным грузом. Подвижность енспортируемого груза - бетонной или растворной смеси, его брочувствительность и экстренность, специфичность рабочего орудования (вращающийся в пути следования рабочий сосуд, стичное заполнение его смесью), высокий уровень колебаний нагруженности конструкции требуют решения комплекса задач | формированию динамических, качеств колесных БТМ. До насто-¡его времени отсутствовало понятие колесная бет онот ре не по рт « !Я машина, а динамика колесных БТМ не изучалась. В связи с ипёизложенным исследования по формированию динамических ка-!ств колесных ВТМ имеют большую актуальность. Все это опре-¡лило необходимость широкого теоретического обобщения и раз-Лотки научных положений по динамике колесных машин с рабо-ши сосудами, частично заполненными неньютоновской жидкостью, частности, подвижной бетонной или растворной смесью.

Диссертация явилась обобщением научно-исследовательской стельности автора в НПО ВНИИстройдормаш, связанной с выпол-¡нием заданий, вытекающих из ряда постановлений СМ СССР и { КПСС, комплексной программы ГКНТ СССР № 0.55.11 ."Совсршси-гвование конструкций строительных машин", планов развития ауки и техники по строительным и дорохным машинам в период 1972 по 1990 гг. Научно-исследовательские работы, связанные модернизацией, разработкой, испытаниями и внедрением колес-

ных БТМ и их узлов, проводились на ЦНИП-филиале ВНШстрой-дормаш под научный руководство»! автора.

Цель работы состоит в разработке теоретически и экспериментально обоснованного метода формирования динамических качеств машины на основе многоуровневого анализа комплексной динамической системы дорога - машина - бетонная смесь.

Рабочая гипотеза. Динамика колесных БТМ качественно и количественно отличается от динамики колесных машин с жестко закрепленным грузом. Наблюдается интенсификация колебаний в поперечной плоскости и увеличение нагру-женности в продольной плоскости в переходных режимах движения. Для колесных БТМ указанные явления повышения динамичности теоретически и экспериментально не оценены. Прогнозирование динамики колесных БТМ и формирование необходимых динамических качеств может быть осуществлено путем математического моделирования комплексной динамической системы дорога - машина - бетонная смесь и ее подсистем при учете знакопеременного характера деформирования транспортируемых бетонных смесей.

Научим новизна. Проведены широкие теоретические обобщения, разработаны теоретические положения и метод формирования динамических качеств колесных БТМ с рабочими сосудами, частично заполненными неньютоновской жидкостью на основе многоуровневого анализа комплексной динамической системы дорога - машина - бетонная смесь с использованием методов реологической кибернетики, математического и физического моделирования, математической физики, статистической динамики, разработанного с участием автора метода расчета амплитудно-частотных характеристик колесных БТМ.

Научные результаты работы, выносимые на защиту:

- реодинамические закономерности течения транспортируемых бетонных смесей при знакопеременных режимах деформирования в рабочих сосудах колесных БТМ;

- расчетные схемы и математические модели системы дорога - машина - бетонная смесь и ее подсистем, учитывающие взаимодействие транспортируемой бетонной смеси с рабочим со-судом;

- закономерности влияния основных параметров динамических систем на креновые характеристики и динамическую нагружен-ность колесных БТМ в поперечной и продольной плоскостях;

- метод оценки влияния динамических характеристик колесных БТМ на их эффективность с учетом детерминированного и статистического характера нагружения шасси, результаты параметрической оптимизации системы;

- закономерности пространственных колебаний колесных БТМ, полученные путем математического моделирования испытаний последних;

- результаты, полученные при проведении комплекса экспериментальных исследований и испытаний, система испытаний колесных БТМ;

- рекомендации и технические требования по формированию динамических качеств при модернизации выпускаемых, проектировании перспективных и испытаниях колесных БТМ.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов базируется на апробированных результатах теоретических исследований, полученных на основе применения системного подхода на всех трех уровнях детализации: верхнем -информационном, среднем - при описании системы обыкновенными дифференциальными уравнениями, нижнем - при описании элементов системы дифференциальными уравнениями в частных производных, удовлетворительной сходимостью с экспериментальным)« данными (до на неустановившихся и до на установившихся участках дввдения), полученными в лабораторных условиях на стендах ЦНИП и ЦНИАП и в дорожных условиях на экспериментальных, опытно-промышленных и серийных образцах колесных В1М: СБ-83, СБ-89В, СЕ-92А, СБ-92АВ, СБ-92-1А, СБ-92-1Б, СБ-92В-1, СБ-92В-2, СБ-ПЗА, СБ-ПЗМ, СБ-124, СБ-127, СБ-128, СБ-130, СБ-132Э, СБ-132, СБ-159, СБ-159А, СБ-159АВ, СБ-172, СБ-173, АБС-5, АБС-6-27, АВС-6-28, АБС-Ю, АМ-369, ТЦ-14.

Практическая ценность работы состоит в реализации разработанного метода формирования динамических качеств колесных БТМ в виде методик, алгоритмов расчета и параметрической оптимизации, системы испытаний, рекомендаций и технических требований и применении их при модернизации, создании к испытаниях колесных БТМ ПО "Ветонмаш", Туймазинского ° завода автобетоновозов, НПО БНШстройдормаш, Пушкинского ре-монтно-механического завода, Каменского опытно-механического

завода, Кураховского экспериментального завода специальных строительны* конструкций.

Реализация работы. Результаты работы внедрены при модернизации и создании автобетоносмесителей СБ-92АВ, СБ-92-1Б, СБ-92В-1, СБ-159, СБ-159А, СБ-172, АБС-Ю автобетоновозов СБ-ПЗА, СБ-ПЗМ, авторастворовоза СБ-89В, при испытаниях автобетоносмесителей СБ-92А, СБ-92-1А, СБ-92В-2, СБ-127, СБ-130, АБС-5, АБС-6, автобетоновоэов СБ-128, СБ-132. Годовой экономический эффект составил I млн. 390 тыс.рублей.

Разработанная отчетная и техническая документация по созданию,модернизации и испытаниям колесных БТМ и испытатель ного оборудования передана Славянскому заводу строительных машин, СКТБ ПО "Бетонмаш", Туймазинскому заводу автобетоновозов, Опытному заводу ВНИИстройдормаш, МАДИ, Пушкинскому ремонтно-механическому заводу, Каменскому опытно-механическому заводу, Кураховскому экспериментальному заводу специаль них строительных конструкций. Результаты работы в виде стендов и испытательного оборудования внедрены на ЦНИП-филиале ВНИИстройдормаш.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 45 работ, получено 23 авторских свидетельства на изобретения, 3 свидетельства на промышленные образцы машин, написано 15 научно-технических отчетов.

Объем работы. Диссертация состоит из введения б глав, заключения, списка литературы, приложения, содержит 237 страниц машинописного текста, 104 рисунка, 20 таблиц, 293 наименования библиографии.

СОДЕРШШЕ РАБ01Ы

I. Состояние проблемы транспортирования бетонных смесей на большие расстояния

Эффективность бетонотранспортных средств на колесном ходу определяется, в первую очередь, их динамическими качест вами. В трудах советских ученых Т.В.Алексеевой, В.А.Баладин-ского, В.И.Баловнева, А.П.Бессонова, А.А.Борщевского, д.д.Ва неона, Д.П.Волкова, И.Ф.Гончаревича, А.А.Зарецкого, Д.А.Каминской, Е.М.Кудрявцева, Э.Н.Кузина, Е.Ю.Малиновского, И.А.Н дорезова, П.И.Никулина, В.А.Ряхина, Д.И.Федорова, А.М.Холодо ва, В.А.Черкасова и других разработаны многие вопросы динами

итроитечьных и дорожных машин, в том числе колесных, и юс взаимодействие с обрабатываемым материалом при рассмотрении комплексной системы агрегат ~ среда. Вопросам динамики автонобилей с жестко закрепленным грузом посвящены работы Д.А.Антонова, В.Л.Афанасьева, С.Ф.Безверхого, Н.Ф.Бочарова, D.A.Брянского, Л.Л.Гинцбурга, А.Д.Давыдова, М.С.Высоцкого, З.Х.Закина, Г.М.Косолапова, А.С.Литвинова, Я.М.Певзнера, Р.В.Ротенберга, А.А.Силаева, Г.А.Смирнова, Я.Е.Фаробица, Р.И.Фурунжиева, Н.А.Фуфаева, А.А.Хачатурова, Н.Н.Яценко, Цж.Вонга, И.Рокара, Д.Эллиса и других авторов.

Силы взаимодействия бетонных и растворных смесей с рабочими сосудами, в которых они транспортируются, обусловливают-гя физико-механическими свойствами смесей и их напряженно-цеформированным состоянием, вызванным продольно-угловыми, поперечно-угловыми и вертикальными колебаниями машин. Для получения закономерностей указанного взаимодействия необходимо установить взаимосвязь между реологическими характеристиками транспортируемой бетонной смеси и параметрами внешних возмущений. Товарные бетонные и растворные смеси относятся к классу неньютоновских жидкостей. Конкретизация реомодельных представлений бетонной смеси в динамических системах связана, в основном, с процессами уплотнения по различным технологическим схемам, трубопроводного транспорта, вибросмешивания. Это работы А.А.Афанасьева, И.Н.Ахвердова, Н.П.Блещика, А.В.Болотного, В.А.Вознесенского, Б.В.Гусева, В.Н.Евстифеева, К.Н.Кима, Г.Я.Кунноса, П.Ф.Овчинникова, Е.П.Миклашевского, И.И.Назарен-ко, И.Г.Совалова, В.Д.Топчия, Н.В.Тябина, И.Ф.Руденко, Н.Б.Урьева, Ю.Ф.Чубука, А.С.Чучуева, В.Н.Шмигальского, З.П.Шульмана и других авторов.

Вопросы реомодельного представления подвижных бетонных и растворных смесей, транспортируемых колесными БТЫ, не нашли отражения в литературе.

Вопросы динамики сосудов, частично заполненных жидкостью, рассмотрены, в основном, при решении задач космической техники. Благодаря работам И.В.Богоряда, И.А.Дружинина, В.Д.Кубеи-ко, И.А.Луковского, Г.Н.Микишева, Н.Н.Моисеева, Г.О.Нариманова, Д.Е.Охоцимского, Б.И.Рабиновича, В.В.Румянцева, Ф.Л.Чер-ноусько и других авторов созданы применительно к задачам динамики летательных аппаратов математические модели движения

твердого тела с полостями, частично заполненными идеальной или маловяэкой ньютоновской жидкостью.

Экспериментальным исследованиям колебаний ньютоновской жидкости в горизонтально расположенных цистернах посвящены работы Г.И.Богомаза, Ю.П.Кривовязюка, М.М.Соколова, В.Д.Хуси-дова, Ю.Г.Минкина и других. Исследованию управляемости автоци стерн на шасси ЗИЛ посвящены работы Д.Р.Бокарева, Н.С.Гринберга, Б.Л.Кулаковского, А.С.Паршина, В.В.Роенко и других. В работе В.А.Катербурского рассмотрены вопросы повышения долговечности рессор автобетоносмесителей СБ-92-1А.

Вопросы динамики сосудов, частично заполненных тяжелой неньютоновской жидкостью, применительно к колесной бетонотра* спортной технике в литературе не рассмотрены.

Рабочие сосуды для транспортирования бетонных и растворных смесей монтируются на двухосных (для машин малого типораэ мера) и трехосных (для машин среднего типоразмера) шасси грузовых автомобилей. Для компоновки машин большого типоразмера используются преимущественно седельные полуприцепы, четырехосные шасси или спецшасси. В отдельных случаях спецшасси используются для машин малого типоразмера повышенной проходимости с самозагрузкой. До последнего времени рабочее оборудование и шасси, при проектировании, модернизации и оценке эксплуатационных свойств рассматривались раздельно. Предполагалось, что влияние шасси на рабочее оборудование и рабочего оборудования на шасси мало отличается от указанного взаимовлияния в грузовых автомобилях с жестко закрепленным грузом.

Опыт большого объема испытаний и подконтрольной эксплуатации автобетоносмесителей, автобетоновозов, авторастворово-зов показал, что взаимовлияние рабочего оборудования и шасси существенно и далеко не во всех дорожных ситуациях указанные машины устойчивы и водитель может надежно управлять и обеспечивать необходимую плавность хода последних, что связано, в первую очередь, с большими сложностями прогнозирования движения свободной поверхности подвижной бетонной смеси, т.е. неньютоновской жидкости, частично заполняющей рабочий сосуд колесной машины. Конструктивные особенности колесных ВТМ предопределяют расчетную конфигурацию динамических систем на все) уровнях исследований и испытаний, проведенных в настоящей работе.

2. Колебания транспортируемых бетонных и растворных смесей в рабочих сосудах

Условия работы колесных БТМ определяются дорожными условии движения последних и управляющими воздействиями. Экспе-¡ментальные исследования колебаний рабочих сосудов колесных И по определению режимов деформирования производились с учас-¡ем автора в эксплуатационных и стендовых условиях, a Tarase в ловиях спецдорог автополигсна при транспортировании бетонных [всей различной консистенции и их аналогов. В результате ре-мометрирования установлено, что угловые колебания шасси в перечной и продольной плоскостях генерируют колебания свобод-й поверхности бетонной смеси по той или иной форме колебаний, ределяющей по энергетическому вкладу в движение динамической стемы является первая форма колебаний. Режимы деформирования тонной смеси при этом носят знакопеременный характер.

Период низкочастотных угловых колебаний рабочих сосудов иболее распространенных колесных БТМ среднего типоразмера жит в пределах 1,5 с (в поперечной плоскости) и 3,0 с (в про-льной плоскости). Частотный диапазон вертикальных колебаний ходится в пределах 2-3 Гц и 7-8 Гц.

Установившиеся представления о реологии бетонных смесей язаны с изучением течения того или иного состава бетонной еси в положительных координатах напряжения Г сдвига и гра-ента скорости р . Дальнейшее расширение указанных представ-ний связано с рассмотрением поведения бетонных смесей одно-еменно во всех координатных областях Т - р , что соответст-ет рассмотренным выше знакопеременным режимам деформирования тонных смесей в рабочих сосудах колесных БТМ.

Полученные на разработанном с участием автора реометре па кольцо-кольцо реограммы транспортируемых растворных и мел-зернистых бетонных смесей имеют петлеобразную форму и разме-отся симметрично относительно начала отсчета в первой и тре-ей координатных областях. Петлеобразный вид полученных peona« характеризует вязкостные гистерезисные свойства бетонной эси при знакопеременном режиме деформирования. Причем с угс-чением нормальной нагрузки на испытываемую смесь, т.е. с эньшением межчастичных прослоек, наблюдается усиление нолп-йности гистерезисной петли, что объясняется более ярким синением трибометрических свойств бетонной смеси. В отлично от ругого гистерезиса, наблюдаемого в конструкционных материя-

лах с упругими несовершенствами, вязкостный гистерезис связан в данном случае с вязкостными несовершенствами бетонной смеси [21].

Выявленный вязкостный гистерезис бетонной смеси при знакопеременном режиме деформирования может быть аналогично упругому гистерезису представлен комплексным показателем К консистенции бетонной смеси с коэффициентом £ сопротивления, определяемым площадью гистерезисной петли. Тогда переходя от степенной кривой к гистерезисной компоненты тензора напряжений 7*у в бетонной смеси в соответствии с обобщенной формулой Ньютона для степенной жидкости примут вид

Тд -Р^ , (I)

где п - показатель неньютоновского поведения бетонной смеси; - второй инвариант тензора скоростей деформации fij ; р - изотропное давление в смеси; З'у - символ Кронекера.

Для вывода уравнений динамики транспортируемой бетонной смеси использованы уравнения гидромеханики в напряжениях, справедливые для любых жидкостей

оПА дТу л1Г 1р)

■ '

где - скорость потока жидкости в I -м размерном базисе;

- вектор напряжения массовых сил; р - плотность жидкости

Подставив (I) в (2) и произведя преобразования, получили уравнения движения транспортируемой бетонной смеси в рабочем сосуде

м " р дХ;

*< дХх * Шу + дни *{дх/ дХс/ дХ,

(3)

дХс дХх * [щ * дх1] дХ; *{дХ** дХ'] дХК\ ' гДв 7,й - дифференциальные операторы соответственно Гамильтона и Лапласа.

Линеаризация скелетной кривой реограммы бетонной смеси и переход к эллипсообразной гистерезисной петле, что соответству ет ц я I, не выхолащивает с энергетической точки зрения реолс гические свойства транспортируемой бетонной смеси. А в предположении » I система уравнений (2) преобразуется в известну

систему уравнений Навье-Стокса для ньютоновских жидкостей. При этом величина К вырождается в коэффицйант ньютоновской вязкости ^ .

Уравнения движения (3) дополнены уравнением неразрывности течения бетонной смеси

'0. (4)

Граничные условия отражают вытекающую из законов сохранения энергии и массы непрерывность изменения параметров течения бетонной смеси при переходе через границу раздела сред. При этом граничные условия на смоченной внутренней поверхности 5 рабочего сосуда из условия непрерывности вектора напряжений для случая малых колебаний имеют вид

~0. (5)

Для случая немалых колебаний бетонной смеси, что характерно для продольно-угловых колебаний рабочего сосуда, более целесообразным является использование предложенного И.Б.Бого-рядом условия для тангенциальных составляющих вектора скорости в виде

где - коэффициент трения бетонной смеси по смоченной

Цементным тестом внутренней поверхности 5 рабочего сосуда.

При -*00 граничные условия (6) асимптотически

переходят в известные условия прилипания (5).

Граничные условия на свободной поверхности 2. бетонной смеси получены из условия отсутствия на границе раздела срсд касательных напряжений

И равенства атмосферному давлению рл нормальных напряжений

[-Р'^мЦ-Ц -А ■

Кроме динамических условий (?) и (8) на свободной поверхности бетонной смеси принятие кинематические условия имеют вид

где § »О ~ Уравнение свободной поверхности бетонной смеси.

Для решения приведенной задачи определения параметров колебаний подвижной бетонной смеси в рабочем сосуде колесной БТМ использована конечно-разностная схема расчета. При этом при разработке программ численного расчета колебаний бетонной смеси в рабочих сосудах рассмотрены плоские задачи в поперечной и продольной плоскостях. Допустимость такой декомпозиции подтверждена экспериментально и определяется существенной разницей частотных характеристик в поперечной и продольной плоскостях. Изучаемое сечение аппроксимировалось в зависимости от требуемой точности расчета соответствующей конечно-разностной сеткой. Составленные по техническому заданию автора программы расчета позволяют определять такие реодинамические характеристики частично заполненных рабочих сосудов колесных БТМ, как амплитуду, частоту и декремент колебаний свободной поверхности бетонной смеси, силы взаимодействия бетонной смеси с рабочим сосудом, параметры геометрии масс. Расчеты колебаний свободной поверхности бетонной смеси в рабочих сосудах колесных БТМ малого, среднего и большого типоразмеров выполнены на ЭВМ ЕС-1033 в предположении возмущения свободной по' верхности с помощью задания ей начальной формы или горизонтального ускорения.

Рассчитанные профили возмущенной свободной поверхности бетонной смеси в рабочих сосудах совпадают с погрешностью до 10$ с полученными экспериментально значениями параметров колебаний точек свободной поверхности транспортируемой бетонной смеси. Исследование влияния на декремент 5" колебания свободной поверхности реологических характеристик ^ и Та (предельное напряжение сдвига) транспортируемых бетонных смесей показывает, что в первом случае зависимость является линейной, а во втором - квадратичной, т.е.

б = 50 +к,?0 ; > (Ю)

где - начальное значение декремента колебаний свободной

поверхности бетонной смеси в предположении = 0; К, Кг -коэффициенты пропорциональности.

Анализ эпюр скоростей бетонной смеси в вертикальном сечении рабочего сосуда при свободных колебаниях показывает, что в средней части сечения образуется недеформируемое колеблющееся ядро бетонной смеси, которое с увеличением жесткости бетон-

ной смеси увеличивается и в пределе происходят колебания "затвердевшей" бетонной смеси в рабочем сосуде по тонкой пограничной растворной прослойке.

Перемещения свободной поверхности по третьей форме колебаний реальны практически только на ньютоновских участках течения. Поэтому в дальнейшем рассматривается первая форма колебаний свободной поверхности, вклад которой в спектральные характеристики системы более, чем на порядок выше всех остальных форм колебаний вместе взятых.

Для случая вращения рабочего сосуда площадь поперечного сечения автобетоносмесителя аппроксимируется соответствующей полярной сеткой. Расчеты, выполненные на ПЭВМ "Оливетти" М24, позволяют определить геометрию свободной поверхности бетонной смеси и углы захвата 0, и отрыва 0г бетонной смеси при вращении рабочего сосуда, которые проверены экспериментально на ряде машин. Это позволяет рассчитать перераспределение нагрузок по бортам машины, параметры геометрии масс бетонной смеси во вращающемся рабочем сосуде и определить условия устойчивости движения автобетоносмесителя с вращающимся рабочим сосудом при повороте без значительного снижения скорости (а.с.1405994)

МА^ЛИА^р ,тП

&д шй-собв^ ' и }

где уа - скорость движения автобетоносмесителя; /¡>л - радиус поворота машины.

3. Математическое моделирование комплексной

Динамической системы дорога - машина -етонная смесь

Современная колесная БТ1Л представляет собой в общем случае сложную динамическую систему с переменной массой, изменяющимися центром масс и моментом инерции как отдельных подсистем, так и всей машины в целом. Поэтому для решения задач динамики колесных БТМ необходим системный многоуровневый подход. На нижнем уровне рассмотрены, как показано выше, отдельные звенья системы, в частности, транспортируемая бетонная смесь с помощью дифференциальных уравнений с частными производными. На среднем уровне отдельные звенья и вся многомассовая система рассмотрены с помощью обыкновенных дифференциальных уравнений. При этом использовано блочномодульное представление комплексной динамической системы дорога - машина - бетонная

смесь с декомпозицией общей структуры системы на отдельные блоки (подсистемы). Б качестве основных выделены подсистемы рабочий сосуд - бетонная смесь, механизм привода - рабочий сосуд и дорога - шасси. Возможно самостоятельное рассмотрение подсистем и их различные сочетания, основным из которых является дорога - шасси - рабочий сосуд - бетонная смесь. В диссертации построены математические модели всех подсистем и системы в целом.

Рассмотрены особенности математической модели подсистемы рабочий сосуд - бетонная смесь. Силы, действующие со стороны элементов опирания рабочего сосуда и со стороны колеблющейся бетонной смеси, отнесены к разряду внешних сил. На основе теорем об изменении количества движения и момента количества движения,с также теории потенциала смещений с учетом волнового движения свободной поверхности бетонной смеси и эффектов диссипации получена система уравнений, состоящая из трех уравнений второго порядка и характеризующая движение подсистемы рабочий сосуд - бетонная смесь в поперечной или продольной плоскости по координатам бокового смещения, угла крена рабочего сосуда и волнового движения свободной поверхности бетонной смеси.

Комплексная динамическая система дорога - машина - бетонная смесь применительно к наиболее распространенной колесной БТМ среднего типоразмера состоит из подрессоренной массы Щт , приходящейся на переднюю ось трехосного шасси, подрессоренной массы щпг , приходящейся на балансирную тележку, массы /Л, передней оси, масс т., и щ> мостов балансирной тележки. Колебания по первой форме свободной поверхности бетонной смеси р поперечной и продольной плоскостях характеризуются соответствующими, присоединенными массами и /иг .

Система координат 0ДГУ2 связана с шасси. Ось ОХ практически совпадает с осью крена подрессоренных масс и направлена по движению машины. Ось 02 направлена вертикально вверх через центр масс машины. Ось О у направлена влево по движении машины.

Принятые степени свободы указанных масс определяются ус-' ловиями эксплуатации и испытаний колесных БТМ в различных режимах. При этом учитываются вертикальные 2, % 2) * и УГ~' ловые Д. , , Ду в поперечной плоскости перемещения масс щ, , ГП, , т* . Массы Щп, и ЩЛг совершают попереч-

но-углсзые перемещения ( Qx, , Qxi ) вокруг оси крена шасси. Подрессоренная масса Мп » Mm + Шлг совершает вертикальные ( Zn ) и продольно-угловые ( ) перемещения. Масса /7Та * Z fïïi колесной БТМ совершает боковое ( у ) и угловое ( Я ) смещения колесной БТМ в горизонтальной плоскости.

Взаимодействие пневматического колеса с дорожной поверхностью в подсистеме дорога - шасси учтено с помощью гипотезы нелинейного бокового увода.

Дифференциальные уравнения движения системы получены на основе уравнений Лагранжа второго рода и с учетом допущений [25] имеют вид

mCú+vk&)-Ím„ihK< s?» *ÂsuS *(Z m*ifi*¡&< -i»; <*/

-AsyS)®''

2 t

ÎQ'tîxii Ç&i *Va(AsyS -tirinihùù»)*

14 1ч

-(hmS-fcnbthn&ijysi-Qe*!?»;

(12)

Im -mfí,h*¡(y * Va Ù) -1киЯ " Qaxt * R&X! /

\ a»x S = Qaxt * Ram

fis $ (У + Va Я)+Áasx Яхх *ÁosiЯ ' ûs +Rs i

¡Irr+horyÙ *Qr+Rr ;

ly 4ig + К cry Г » йяу *Rr¡/ ;

¡TlnZa 'Qzn+Rzn-;

Wi¿i " Qu * RzL , ¿'(,3,5;

Lift ' Qj-xl * Rpcl , L ~ i, 3,5,

гДв I, I?, Im/, Ixi - моменты инерции колесной БТМ и ее отдельных масс относительно соответствующих осей; hz/ , h и -центробежные моменты инерции; {ir у ¡Us - коэффициенты присоединенных масс соответственно в продольной и поперечной плоскостях; озх,Хогу,Хсзг - коэффициенты инерционной

связи между волновыми движениями бетонной смеси и колебаниями

рабочего сосуда; km - плечи крена соответствующих масс ЩпГ, Q, ff - соответственно обобщенная сила и реакция связей, индексы при которых соответствуют координатам, с которыми связано действие этих сил; С - номер подрессоренной массы.

Реодинамические коэффициенты Ц , h , Лд определялись в соответствии с зависимостями

,/ _ 2Атак . 1 Fömax . , Msmax ,то,

f W ' A = W ' ^"¡ЗПГ ' (I3>

где Птах- максимальное значение потенциальной энергии собственных колебаний свободной поверхности бетонной §меси в рабочем сосуде; А, СО - амплитуда и частота колебаний свободной поверхности бетонной смеси, соответствующая Птах ; Fsmax, Мтах- максимальные значения соответственно силы и момента, действующих со стороны бетонной смеси на рабочий сосуд. Значения Птах , Fsmax . Msmax, СО и А определялись численно с помощью указанной выше программы расчета собственных колебаний свободной поверхности подвижной бетонной смеси в рабочем сосуде и выборочно проверялись экспериментально.

Моделирование управляющих воздействий осуществлялось заданием угла поворота управляемых колес как функции времени.

Моделирование микронеровностей дорожного полотна проведено с использованием корреляционной функции

^ty=^jr[k,exp{-a,Va\z\) +ktexp(-<XzVa\i\)cosßväZ], (14)

где Va - скорость движения колесной БТМ; (X,,cti,ß - коэффициенты корреляционной связи; f - время корреляции; бд. -среднеквадратичная высота дорожных неровностей; h, + •> I.

Высота неровностей ц\ под I -м колесом входит в правую часть системы уравнений (12). Поверхность дорожного полотна смоделирована в соответствии с рекомендациями Я.М.Певзнера, А.А.Силаева и Р.И.Фурунжиева двумя случайными некоррелированными нормально распределенными функциями - ординатой среднего значения продольного микропрофиля и углом наклона поперечного сечения.

Существует два основных режима движения колесных БТМ: с неподвижным и вращающимся рабочим сосудом. Первый режим принят в качестве расчетного, как наиболее опасный по уровню колебаний и нагруженности. При изучении второго режима с вращающимся" рабочим сосудом рассмотрены подсистемы механизм привода - рабочий сосуд и дорога - шасси - механизм привода - рабочий со-

суд, частично заполненный бетонной смесью. При этом оценены демпфирующие свойства привода рабочего сосуда на креновые характеристики машины.

4. Устойчивость системы в поперечной плоскости

В практике изучения поперечной устойчивости автомобилей выделяют три основных вида устойчивости: креновая устойчивость (устойчивость против опрокидывания), боковая устойчивость (устойчивость против бокового смещения), курсовая устойчивость (устойчивость против изменения направления движения).

Креновая устойчивость колесных машин с переменной геометрией масс, в частности, колесных БТМ, является определяющей в связи с повышенной вероятностью опрокидывания машины по сравнению с колесными машинами с жестко закрепленным грузом.

В диссертации с использованием принципов Даламбера и виртуальных перемещений определены условия устойчивого поворота при установившемся движении. Полученные зависимости креновых характеристик Q и у ' колесных БТМ от радиуса поворота /Р„ , скорости движения 1/а и динамических параметров машины имеют вид

~ Ш ас! + сп(М+гпп) .

Уд сс1+Ы1(М+тп) / аЬ~сг ' (1б)

где' М = т°+т; а^с+сш+дксм+тп)} 6'С+мд(и+1')+

*тпд10; Са Сп+Ср; = М(1а +£)*Щ<т1о ;

¡1, 1о, С, С - расстояния соответственно от опорной поверхности до оси крена подрессоренной массы Щп , от точки подвеса до центра масс М маятника, от точки подвеса до центра подрессоренной массы 1Ла; Сп, Сш, Ср - коэффициенты угловой жесткости соответственно подвески, яшны, рамы шасси.

Зависимости (15) и (16) в сочетании с результатами испытаний колесной БТМ на стенде-наклоняемой платформе позволяют с достаточной точностью прогнозировать предельную скорость установившегося поворота машины.

Допущение о малости угла г- крена неподрессоренной массы и пренебрежение им показывает, что учет подвижности транспор-

тируемой бетонной смеси при повороте колесной БТМ эквивалентен уменьшению угловой жесткости подвески машины в 2...2,5 раза.

Поперечная устойчивость колесных БТМ при прямолинейном движении определяется дорожными неровностями и корректирующими движениями рулевого колеса. В традиционной компоновочной схеме автобетоносмесителя кроме рабочего сосуда имеется сосуд с водой емкостью 400...1200 л, который размещен горизонтально над приводной частью рабочего сосуда. Недостатками такой схемы являются большая высота центра масс машины, нестабильность его координат по длине машины в зависимости от состояния смеси. Кроме того, неполное заполнение сосуда водой приводит к возникновению П форм колебаний свободной поверхности вода. Принятая в расчетной схеме конструкция сосуда с водой лишена указанных недостатков и выполнена в виде динамического гасителя первой формы поперечных колебаний свободной поверхности бетонной смеси в соответствии с авторскими свидетельствами 1036587, 1296453, а также свидетельством на промышленный образец 24801.

Определение демпфирующих свойств системы дорога - шасси -рабочий сосуд - бетонная смесь с динамическим гасителем поперечных колебаний при прямолинейном движении автобетоносмесителя с учетом дорожных неровностей осуществлено оригинальным методом расчета амплитудно-частотных характеристики (АЧХ), разработанным с участием автора на базе метода комплексных амплитуд в теории колебаний и метода пропорциональных величин в теории электрических цепей [2].

В результате получено, что для автобетоносмесителя [12,13] на шасси КамАЗ-5511 ¡ПЧХ АЧХ по углу крена подрессоренной массы может быть снижен в 5 раз по сравнению с традиционной компоновкой автобетоносмесителя с учетом регулирования плеча крена динамического гасителя с Ц -образным сосудом. Указанный метод расчета апробирован при определении амплитудно-частотных характеристик многих других многомассовых динамических систем.

Исследование поперечной устойчивости колесных БТМ при маневрировании проведено путем численного моделирования испытаний указанных машин. Система уравнений (12) решалась методом Рунге-Кутта четвертого порядка на ПЭВМ "Оливетти" М24 [25]. Массив исходных данных, приведенный в диссертации, включает в

себя параметры геометрии масс, реодинамические характеристики, характеристики подрессоривания, диссипативные характеристики, нагрузочные характеристики, характеристики взаимодействия колеса с дорогой, скорость движения машины. Указанные характеристики определялись экспериментально-расчетным путем.

В качестве основного маневра принято движение колесной ВТО при повороте. Маневр "поворот" является универсальным режимом испытаний, так как в предельных случаях он может быть практически статическим при вхождении в поворот по переходной кривой или максимально динамичным при ступенчатом изменении положения рулевого колеса. При численных экспериментах производилось сравнение характеристик движения колесных БТМ с подвижной бетонной смесью и с жестко закрепленным грузом. Полученные характеристики переходного процесса показывают, что повышение поперечной устойчивости колесных БТМ достигается снижением высоты центра масс машины, оптимизацией упруго-диссипативных характеристик подрессоривания, в том числе установкой стабилизаторов поперечной устойчивости, установкой динамического гасителя колебаний,'разработкой новых компоновчных схем колесных БТМ с минимизацией и перемещением свободной поверхности бетонной смеси в комфортную зону машины.

Так снижение высоты центра масс в автобетоносмесителе СБ-92В-1(2) на 6...12 см и стабилизация его положения по длине машины за счет, например, встраивания сосуда с водой в заднюю опорную стойку рабочего сосуда уменьшает коэффициент динамичности по углу поперечного крена подрессоренной массы с 1,35 до 1,1, что соответствует автобетоносмесителю с жестко закрепленным грузом. Однако статическая составляющая угла крека не достигает значений, соответствующих автобетоносмесителю с жестко закрепленным грузом. Дальнейшее улучшение динамических качеств машины достигается установкой стабилизатора поперечной устойчивости в задней тележке шасси. При этом статическая составляющая угла поперечного крена грузонесущей части подрессоренной массы составила ■ 0,116 рад против Яхг =0,12 рад для

автобетоносмесителя с жестко закрепленным грузом.

Оценочными показателями динамических качеств колесных БТМ служили также отклонения мгновенных значений угловой скорости

52 автобетоносмесителя от его установившегося значения йу»?, время переходного процесса. Установлено, что время переходного процесса составляет 3,2 с для автобетоносмесителя с жестко зак-

репленным грузом и 6,5 с для автобетоносмесителя с подвижной бетонной смесью.

Экспериментальные исследования и испытания поперечной устойчивости колесных БТМ проводились в условиях ЦНЖ1, автополигона и в эксплуатационных условиях. При этом осуществлялись инструментальные измерения или экспертная оценка с выборочными инструментальными измерениями. При исследовании геометрии масс колеснвх БТМ использовались метрологически аттестованные стенд-наклоняемая платформа, автомобильные или тензометрические весы, квадрант оптический, динамометр, мерительный инструмент. При исследовании устойчивости колесных БТМ использовался комплект аппаратуры с гироскопическими (ЦГВ-2, ПЖ-52, ДУСУ), инерционными (МП-95), потенциометрическими (Ш1-П), поплавковыми и си-лоизмерительными датчиками, а также осциллографом К 12-22. При экспериментальных исследованиях авторастворовоза СБ-89В, автобетоносмесителей СБ-92-1Б, СБ-130 определен характер переходного процесса при ступенчатом управляющем воздействии. В результате установлено, что продолжительность переходного процесса, например, автобетоносмесителя СБ-92-1Б на шасси КамАЗ-5511 при различных режимах движения рабочего сосуда находится в пределах 3...6.5 с, что хорошо совпадает с расчетными значениями. В последнем случае это превышает время переходного процесса автомобиля общего назначения с жестко закрепленным грузом почти в три раза. Практически квазиинвариантный характер переходного процесса при повороте получен в соответствии с (II) смещением центра масс транспортируемой бетонной смеси в ту или иную сторону от продольной плоскости симметрии автобетоносмесителя. При этом динамические характеристики движения нашины могут быть лучше, чем машины с жестко закрепленным грузом.

Оценка динамических качеств автобетоносмесителя с динамическим гасителем колебаний производилась путем экспериментальной проверки в стендовых условиях частотных характеристик автобетоносмесителя СБ-92АВ в поперечной плоскости и и -образного сосуда при разной степени заполнения его водой. При этом показано, что частотные характеристики и -образного сосуда с водой и автобетоносмесителя по первой форме колебаний в поперечной плоскости близки, т.е. обеспечиваются условия динамического гашения поперечных колебаний автобетоносмесителя. По результатам исследований создан промышленный образец автобетоносмесителя среднего типоразмера [57].

Большой объем экспериментальных исследований с использованием теории планирования эксперимента был проведен на автобетоносмесителях среднего и большого типоразмеров с работающим приводом рабочего сосуда. При этом оценка распределения реактивного момента от привода рабочего сосуда по бортам автобетоносмесителя осуществлена при варьировании частоты вращения, угла наклона и степени загрузки рабочего сосуда, а также консистенции бетонной смеси. В качестве груза использовались товарная бетонная смесь или реологически подобный аналог бетон-, ной смеси. Выходные параметры: крутящий момент привода рабочего сосуда, нагрузки на заднюю ось соответственно слева и справа как функции варьируемых параметров аппроксимированы полиномами второго -порядка. Приведенные в диссертации уравнения регрессии позволяют оценить вклад каждого варьируемого фактора в значения выходных параметров. В результате установлено, что основными факторами в принятом диапазоне варьирования, определяющими асимметрию системы дорога - машина - бетонная смесь, являются степень загрузки рабочего сосуда, реологические характеристики бетонной смеси и режим движения подсистемы механизм привода - рабочий сосуд.

При испытаниях колесных БТМ в условиях спецдорог автополигона произведена оценка влияния дорожных неровностей на величину крутящего момента привода рабочего сосуда. Максимальные значения приращения, например, для СБ-130Э составили 9...17 МПа по давлению в напорной линии гидросистемы привода рабочего сосуда. При движении по треку с неровностями высотой 200 мм и шагом 4,2 м динамическая составляющая нагрузки достигала 23 МПа. Колебания давления в гидросистеме при неработающем механизме привода рабочего сосуда (до 6 МПа на "бельгийской мостовой" и по II МПа - на треке) связаны с маятниковыми движениями рабочего сосуда вокруг своей оси.

5. Динамика системы в продольной плоскости

Если при поперечно-угловых колебаниях определяющими являются вопросы устойчивости колесной БТМ в различных режимах движения, то при продольно-угловых колебаниях и сопутствующих им вертикальных и горизонтальных колебаниях определяющими является вопросы нагруженности конструкции' машины и транспортируемого груза.

.Рабочее оборудование колесных БТМ, расположенное на шасси автомобиля, при рассмотрении вертикальных колебаний может быть представлено, как видно из (12), трех- или четырехмассовой динамической системой с упруго-демпферными связями, так как возбуждение свободной поверхности транспортируемой бетонной смеси по симметричным формам колебаний не происходит. Однако при вертикальной виброобработке бетонных смесей, как показывают ряд исследований по виброуплотнению, последним характерна резонансная природа колебаний, что связано с наличием в бетонных смесях защемленного воздуха. Тогда в развитие реомодельного представления подсистемы рабочий сосуд - бетонная смесь имеем дополнительный элемент, характеризующий силы упругости с учетом волнового характера распространения вертикальных колебаний в транспортируемой бетонной смеси (5].

Параметрическая оптимизация динамической системы при вертикальных колебаниях осуществлена с использованием указанного выше метода расчета АЧХ многомассовых динамических систем [2]. При этом в качестве критерия оптимизации принята минимум мак- .

симума АЧХ той или иной координаты

.

где Z^ - координаты движения соответствующих масс динамической системы. -

Однофакторный поиск оптимальных параметров динамической системы колесных БТМ малого типоразмера при возмущении со,стороны рабочего оборудования показал, что оптимальные значения параметров /77, , /С/ и Сз находятся в диапазоне варьирования. Полученные количественные значения позволили предварительно рекомендовать увеличение степени загрузки рабочего сосуда.

Уточненная картина количественного вклада каждого из пяти динамических параметров (/7?;,/77г - масса соответственно бетонной смеси и подрессоренных масс; С,,к< - упруго-демпферные ха-. рактеристики вторичного подрессоривания; Сз - коэффициент жесткости пневматика) в вибронагруженность автобетоновоза при разгрузке получена при использовании плана типа Харгли-5 [б]

. <7*. 0,19 - 0,221 Щ + 0,1С| - 1,303^ - 0,371С3 + + 1,31К| + ОДбб/Я^з - ОДОбС^Сз + О.ЗШ^з • При возмущении со стороны дорожного полотна результаты оптимизации по параметру Щ) явились аналогичными предыдущим,

что позволило увеличить грузоподъемность колесных БТМ на шасси ЗИЛ-130 до 2,2...2,5 мэ смеси. Существенный эффект наблюдается при регулировании упруго-диссипативных характеристик Cj и Kj реомодельного представления транспортируемой бетонной смеси при вертикальных колебаниях. Но реализовать это регулирование в широких пределах на практике невозможно. Поэтому оптимизировать Cj- и Kj целесообразно путем введения вторичного подрессоривания рабочего сосуда.

При случайном характере воздействия дорожного полотна на транспортируемую бетонную смесь автомобильное шасси превращается в своего рода виброплощадку с непрерывным спектром частот и случайными амплитудами колебаний. Распространение на этот случай накопленной информации по допустимой продолжительности вибрирования бетонной смеси на стандартной виброплощадке, с частотой fB позволяет определить допустимую продолжительность транспортирования бетонных смесей в тех или иных дорожных условиях без технологических отказов. Тогда с использованием методов статистической динамики рассмотрена динамическая система дорога - машина - бетонная смесь при статистическом характере изменения микропрофиля дорожного полотна в соответствии с (14). Среднеквадратичные значения скорости и ускорения рабочего оборудования колесной БТМ имеют вид

бг3 j\w.\tcatS^co)da}\i ; Ш

6t3={^l\w\i(o"5^U))dcoY , (20)

в

где й)к - предельное значение частоты внешнего возмущения, выбранное из условия практической неизменности б при значениях Сд>СОк 1 Sy(СО)- спектральная плотность внешнего возмущения, соответствующая корреляционной функции (14); ¡Ш\ "

¿i/q-модуль амплитудно-частотной характеристики, рассчитанный разработанным методом [2].

Тогда с учетом фактора формы (Tlv и в предположении нор-; мальности закона распределения амплитуд колебаний транспортируемой бетонной смеси допустимое время Т транспортирования бетонной смеси без побуждения в заданных дорожных условиях выражается зависимостью [7]

W

■Здесь индексом "о" обозначены параметры, полученные в условиях стандартной виброплощадки.

С учетом статистического характера воздействия со стороны дорожного полотна в диссертации рассмотрены продольно-угловые колебания колесной БТМ при маневрировании.

Режим экстренного торможения для колесных БТМ является наиболее опасным. Основным отличием колебаний бетонной смеси в продольной плоскости машины от аналогичных в поперечной плоскости является их напряженность. Так, если жесткая бетонная смесь в поперечной плоскости обычно ведет себя как жестко закрепленный груз, то в продольной плоскости за счет работы градиентного слоя смеси у стенки сосуда наблюдается срывные движения практически всей массы транспортируемой бетонной смеси, что при взаимодействии с рабочим сосудом может привести к разрушению.элементов конструкции машины.

Численное решение нелинейных уравнений (3)...(9) с использованием , LI hl С -метода на ЭВМ ЕС-ЮЗЗ позволило оценить уровень динамической нагруженности колесных БТМ малого, среднего и большого типоразмеров при экстренном торможении с учетом реологического состояния бетонной смеси. При этом возникающие за счет подвижности транспортируемой бетонной смеси нагрузки значительно выше нагрузок при жестко закрепленном грузе и доходят у колесных БТМ большого типоразмера до 100 кН [31] .

6. Рекомендации и разработки по расчету, проектированию и испытаниям колесных бетонотранспортных машин

Так как в настоящей работе проводились исследования и испытания не с одиночными образцами колесных БТМ, а со всей гаммой машин, выпускаемых в стране, в период с 1972 года по настоящее время, то классификационный анализ выполнен в завершающей части работы. Классификация, технические требования, компоновочный и экономический анализы, система испытаний входят в верхний - информационный уровень детализации .системы. Разработанная классификация колесных БТМ позволяет при расчетах, проектировании и испытаниях производить сопоставление и анализ разнообразных конструкций колесных БТМ по динамическим показателям.

Разработанная в диссертации система испытаний колесных БТМ внедрена на ЦНШ-филиале ВНИИстройдормаш и заводах, выпускающих колесные БТМ [14].

Технические требования к формированию динамических качеств колесных БТМ состоят в следующем:

1. Допустимое значение высоты центра масс колесной БТМ определяется запасом креновой устойчивости Кд>2.

2. Свободная поверхность транспортируемой бетонной смеси должна минимизироваться и смещаться в комфортную зону шасси или должны быть предусмотрены дополнительные устройства стабилизации колесной БТМ в поперечной плоскости.

3. Конструкция колесной БТМ должна обеспечить надежную фиксацию рабочих сосудов на одиночном шасси, полуприцепе или тележне. Угол выкатывания рабочего сосуда с опорных роликов должен быть не менее 21° +

4. С целью обеспечения необходимой устойчивости управления колесной БТМ с подвижным грузом вращающиеся рабочие сосуды и их механизмы привода должны обеспечивать режимы как осевой, так и радиальной циркуляции бетонной смеси в рабочем сосуде, частота вращения которого при прямолинейном движении машины

че должна превышать 5 мин~*.

5. Механизм "Опрокидывания рабочего сосуда должен быть оборудован устройством интенсификации разгрузки бетонной смеси с целью повышения устойчивости автобетоновоза при разгрузке.

6. Перед испытаниями колесных. БТМ целесообразно предварительное проведение численного моделирования испытаний последних в аварийных (нештатных) режимах движения.

В результате проведенных исследований разработан и внедрен ряд конструктивных решений колесных БТМ, их узлов и испытательного оборудования на уровне стендов, опытных образцов машин и серийного производства.

Технико-экономическая эффективность выполненных, исследований приведена в таблице.

Таблица

№ № : Завод (организация), Годовой эконо- : Основание / ; внедренные машины, : мический эф- : ^ ; разработки : _ф£кт,_тас^р^б^ _:

__:____________| .обдай _ |_доля ЦНШ________

Г: ~ 2~ ~ !~ 3 : 4 • 5

I. Славянский завод строи- 2956,6 308,6 ' Протонол долево-тельных машин (СБ-92-1А, го участия СЗСМ

СБ-92А.СБ-130 .СБ-ПЗА, СБ-92АВ)

Продолжение таблицы

I 2 3 4 5

2. Туймазинский завод автобетоновоэов (СБ-92-1А, СБ-89В.СБ-159.СБ-92В-1, СБ-159А,СБ-172,СБ-173) 5731,6 626,8 Протокол долевого .участия ТЗА

3. Каменский опытный механический завод (АБС-Ь) - 160 Акт внедрения КОМЗ

4. Пушкинский ремонтно-механический завод (АБС-6-27,АБС-4Т12, АБС-6-28) 532,3 93,2 Протокол долевого участия ПРИЗ

б. Кураховский экспериментальный завод специальных строительных конструкций (СБ-92В-2) Выпуск ется с начина-1990г.

6. СКТБ "Бетонмак" (СБ-159, СБ-92АВ,СБ-92-1Б,СБ—I27, СБ-130,АБС-Ю,С0МИ) — 18 Справка СКТБ, отчеты ЦНИИ

7. ЦНИАЛ НАМИ (20 колесных ВИО - 6 Справка ЦНИАЛ

8. ВНИИстройдормаш (СБ-127, СБ-1Ш;СБ-159, СБ-159А, СБ-89В,СБ-173.СБ-92В-1, СБ-172) 152 Справка ВНИИстройдормаш. отчеты ЦНЙП и ВНШСДМ

Заключение

В диссертационной работе проведены теоретические обобщения и комплекс исследований и испытаний по разработке метода формирования динамических качеств колесных бетонотранспортных машин, что позволило осуществить решение крупной научной проблемы - повышение безопасности и эксплуатационной производительности колесных машин с рабочими сосудами, частично заполненными неньютоновской жидкостью.

I. Особенности конструкций колесных БТМ (автобетоносмесителей, автобетоновоэов, авторастворовоэов и т.д.), связанные с подвижностью, экстренностью и низкой сохранностью транспортируемого груза, частичным заполнением им рабочего сосуда, принудительным и гравитационным смещением реологически сложной смеси, определили необходимость системного подхода при разработке метода формирования динамических качеств колесных БТМ. Исследования на основе многоуровневого анализа комплексной динамической системы дорога - машина - бетонная смесь поз воли-

ли подойти к формированию динамических качеств колесных БТМ на уровне требований к автотранспортным средствам общего назначения.

2. Учет знакопеременности режима деформирования транспортируемых в рабочих сосудах подвижных бетонных смесей позволил уточнить реограмму течения бетонной смеси при классическом знакопостоянном режиме деформирования. Выявленный в работе вязкостный гистерезис при знакопеременном режиме деформирования бетонных смесей в рабочих сосудах колесных БТМ позволяет комплексно учитывать реологические свойства транспортируемых бетонных смесей.

3. При колебаниях свободной поверхности транспортируемой бетонной смеси определяющей по энергетическому вкладу в колебания системы дорога - машина - бетонная смесь является низкочастотная форма колебаний в частотном диапазоне 0,3...2 Гц. Физическое состояние бетонной смеси при этом определяется эпюрой скоростей ее движения в поперечном сечении рабочего сосуда.

4. Переменность геометрии масс подсистемы рабочий сосуд

- бетонная смесь определяется колебаниями свободной поверхности транспортируемой бетонной смеси за счет управляющих и возмущающих воздействий на шасси и принудительным смещением транспортируемой смеси при ее побуждении. Смещение центра масс бетонной смеси при вращении рабочего сосуда с частотой побуждения более 5 мин-* существенно деформирует симметрию динамической системы относительно продольной плоскости с перераспределением нагрузок по бортам. При этом оптимальное соотношение между частотой вращения рабочего сосуда и скоростью движения машины при повороте в благоприятную сторону, т.е. условие устойчивости движения, определяется реологическими характеристиками бетонной смеси, скоростью движения и радиусом поворота машины.

5. Разработанные математические модели системы дорога - . машина - бетонная смесь и ее подсистем позволяют оперативно проводить их амплитудно-частотный анализ, параметрическую оптимизацию и численное моделирование испытаний колесных БТМ при управляющих воздействиях в нормируемых режимах.

6. С использованием принципов виртуальных перемещений и Даламбера установлено, что введение в динамическую систему ос-

2В

циллятора эквивалентно увеличению массы транспортируемой бетонной смеси или уменьшению в 2...2,5 раза жесткости подвески машины.. Поэтому для колесных БТМ определяющей является их креновая устойчивость.

7. Оптимизация динамических систем и подсистем колесных БТМ, обеспечивающая условия квазиинвариантности, может быть параметрической и'ртруктурной? В качестве критерия параметрической оптимизации динамических систем и подсистем колесных БТМ принят минимум максимума амплитудно-частотных характеристик при установившемся режиме колебаний, минимум коэффициента перерегулирования (коэффициента динамичности) при переходном процессе и максимум коэффициента запаса креновой,устойчивости при установившемся повороте и прямолинейном движении на косогоре.

8. Нагруженность и динамические качества подсистемы механизм привода - рабочий сосуд определяются, в первую очередь, степенью загрузки и частотой вращения рабочего сосуда, реологическими характеристиками и положением свободной поверхности, бетонной смеси в рабочем сосуде. Количественно с использованием методов теории планирования эксперимента вклад каждого фактора оценен с помощью уравнений регрессии второго порядка.

9. Формирование динамических качеств колесных БТМ в поперечной плоскости осуществляется регулированием динамических параметров, геометрии масс и установкой динамических гасителей поперечных колебаний колесных БТМ на одиночном шасси. Так использование стабилизаторов крена на заднем мосту автобетоносмесителя на шасси КамАЗ-5511 уменьшает коэффициент динамичности с 1,3 до 1,05. Снижение высоты центра масс на 6...12 см за счет размещения, например, сосуда с водой в задней опорной стойке рабочего сосуда уменьшает углы крена подрессоренных масс в динамике и статике на 10$. Устройство и -образного динамического гасителя поперечных колебаний автобетоносмесителя снижает тах АЧХ в 5 раз с учетом регулирования плеча крена. При'использовании полуприцепных шасси для колесных БТМ разработана новая безрамная компоновка машин с пониженным центром масс.

10. Параметрическая оптимизация-динамических систем и подсистем колесныл БТМ при вертикальных колебаниях с учетом возмущающих воздействий со стороны рабочего оборудования и дорожного полотна показывает возможность увеличения параметра

грузоподъемности на 255?. Жесткость подвески в условиях эксплуатации меняется в пределах ¿7%. С точки зрения оптимизации предпочтительны ее более высокие значения. Рекомендовано вторичное подрессоривание рабочего сосуда колесных БТМ малого типоразмера.

11. Бетонная смесь при вертикальных колебаниях в рабочих сосудах колесных БТМ находится в условиях виброплощадки со случайным спектром частот и амплитуд колебаний, определяемым фильтрующими свойствами шасси. Полученные с использованием методов статистической динамики зависимости возволяют определить допустимое время транспортирования бетонной смеси в различных дорожных условиях без побуждения, определяемое условиями ее расслоения. '

12. Режим экстренного торможения является в продольной плоскости наиболее опасным. Дополнительные нагрузки от подвижного груза - транспортируемой бетонной смеси составляют 30... 100 кН в зависимости от типоразмера машины.

13. Система испытаний по формированию динамических качеств колесных БТМ внедрена на ЦНИП и распространена на все колесные БТМ, выпускаемые в стране за период с 1979 года. Разработанные положения, методы, алгоритмы расчета и оптимизации, представляющие суть метода формирования динамических качеств колесных БТМ, а также конструктивные решения использованы при модернизации выпускаемых и создании перспективных колесных БТМ и их узлов на шасси ЗИЛ, МАЗ, КамАЗ, КрАЗ, спецшасси, что позволило провести целенаправленное формирование динамических качеств колесных БТМ, выпускаемых Славянским заводом строительных машин, Туймазинсяим заводом автобетоновозов, Пушкинским ремонтно-механическим заводом, Каменским опытным механическим заводом, Кураховским экспериментальным заводом специальных строительных конструкций.

14. Годовой экономический эффект от использования выполненных исследований составляет I млн.390 тыс.рублей-

.Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Плавельский Е.П. Колёсные бетонотранспортные машины. - М.: ЦКИШстроймаш, 1984. - 48 с. •

2. Волков Д.П., Плавельский Е.П. К расчету амплитудно-частотных характеристик многомассовых динамических систем // Машиноведение. - 1976. - № 2. - С.24-29.

3. Волков Д.П., Плавельский Е.П. Оптимизация динамических параметров системы дорога - машина - бетонная смесь // Сб.науч. статей / Киев.инас.-строит.ин~т. - 1978. - Статика и динамика машин. - С.52-56.

4. Волков Д.П., Плавельский Е.П. Об устойчивости колесных бетонотранспортных машин // Строительные и дорожные машины. -1985. - » 4. - С.17-19I

5. Волков Д.П., Плавельский Е.П., Самойлов D.A. Особенности моделирования системы дорога - машина - бетонная смесь // Реология бетонных смесей и ее технологические задачи: Тез.докл.

IV Всесоюзн.симпозиума 19-21 окт.1982г. - Юрмала, 1982. -С.302-505.

6. Плавельский Е.П. Оптимизация динамических параметров колесных бетонотранспортных машин // Науч.тр. / ВНИИстройдор-маш. - 1981, - Вып.90. - С.3-9.

7. Плавельский Е.П. Влияние вибрационных характеристик колесных бетонотранспортных машин на их эффективность // Науч. тр. / ВНИИстройдормаш. - 1982. - Вып.94. - С.80-85.

8. Плавельский Е.П. Устойчивость при повороте специализированных автомобилей с жидкотекучим грузом // Науч.тр. / ВНИИстройдормаш. - 1985. - Вып.102. - С.79-83.

9. Плавельский Е.П. Колебания рабочего сосуда колесной БТМ, частично заполненного подвижной бетонной смесью // Сб. науч.тр. / МИСИ им.В.В.Куйбышева. - 1986. - Механизмы привода, динамика и надежность строительных машин и оборудования. -

С.103-109.

10. Плавельский Е.П. Гидродинамика бетонных смесей, транспортируемых в рабочих сосудах со свободной поверхностью // Реология бетонных смесей и ее технологические задачи: Тез.докл.

V симпозиума 14-16 окт.1986г. - Рига, 1986. - C.I57-I58.

11. Плавельский Е.П. Моделирование динамики бетонных смесей, транспортируемых в рабочих сосудах со свободной поверхностью // Сб.науч.тр. / Рижск.политехи,ин-т. - Технологическая механика бетона. - Рига, 1987. - С.III-119.

12. Плавельский Е.П. Динамика колесных машин с вязкотеку-чим строительным грузом // Тр.Всесоюзн.школы-семинара "Динамика механических систем" / НИИ прикладной математики и механики. - Томск. - 1987. - С.88-91.

13. Плавельский Е.П. Вопросы формирования динамических качеств колесных бетонотранспортных машин // Науч.тр. / ВНИИ-

стройдормаш. - 1987. - Вып.109. - С.38-45.

14. Плавельский Е.П. Система испытаний колесных бетоно-транспортных машин // Строительные и дорожные машины. - 1988.

- № 7. - С.14-15.

15. Плавельский Е.П., Шарапов И.К., Батенин В.П. Автобетоносмеситель СБ-130 // Строительные и дорожные машины. -1981. - № 6. - С.9-10.

16. Плавельский Е.П., Гринберг Н.С., Сурков С.А. Поперечные колебания автобетоносмесителей // Сб.науч.тр. / Моск. автомоб.-дорожн. ин-г. - 1983. - Совершенствование рабочих процессов автотранспортных средств. - С.120-128.

17. Плавельский Е.П., Шарапов И.К., Батенин В.П. Автобетоносмеситель СБ-127 // Строительные и дорожные машины. -1983. - № 5. - C.ÎI-I2.

18. Плавельский Е.П., Португальский Л.М., Самойлов Ю.А. Автобетоновоз СБ-НЗА // Строительные и дорожные машины. -

1983. - № 12. - СЛ5-16.

19. Плавельский Е.П., Семенченко В.З. Экспериментальное определение коэффициентов трения сыпучих материалов, затворенных водой // Науч.тр. / БНШстройдормаш. - 1984. - Вып.99.

- С.64-69.

20. Плавельский Е.П., Шарапов И.К., Батенин В.П. Автобетоносмеситель СБ-159 // Строительные и дорожные машины. -

1984. - № 6. - C.I5-I6.

21. Плавельский Е.П., Михайлова С.Н., Чучуев A.C. Реологические свойства бетонной смеси при знакопеременном режиме деформирования // Сб.науч.тр. / Рижск.политехи.ин-т. - Технологическая механика бетона. - Рига. - 1985. - С.50-55.

22. Плавельский Е.П., Коробейников A.A. Колебания груза в рабочем сосуде авторастворовоза в поперечной плоскости // Науч.тр. / БНШстройдормаш..- 1986. - Вып.105. - С.56-61.

23. Плавельский Е.П., Богацкий А.И., Новиков A.Ai Роль экспериментальных исследований в повышении технического уровня автобетоносмесителей и автобетононасосов // Строительные и дорожные машины. - 1988. - № 3. - С.23-24.

24. Плавельский Е.П,, Сидоров В.И., Куделин С.А. Авто-растворовоз СБ-89В // Строительные и дорожные машины. - 1988.

- № 9. - С.18.

25. Плавельский Е.П., Коробейников A.A., Куделин С.А. Расчет эксплуатационных характеристик движения автобетоносмесителей //.Науч.тр. / ВНШстройдормаш. - 1989. - Вып.114. -С.73-79.

26. Плавельский Б.П., Семенченко В.З., Науменко Ю.В. Влияние параметров движения системы механизм привода - рабочий сосуд на геометрию масс автобетоносмесителя // Науч.тр. / ВНИИ-строДдормаш. - 1989. - £ып.П5. - С.55-61.

27. Плавельский Е.П., Михайлова С.Н. О гравитационной реометрии товарных бетонных смесей // Реология бетонных смесей и ее технологические задачи: Тез.докл.У1 Всесоюзн.симпозиума. 18-гО дек.1989г. - Рига, 1969. - с.38-39.

28. Бондаренко С.В., Плавельский Е.П., Воронова A.A. Сравнение приводов с аксиально- и радиально-поршневыми гидромоторами // Строительные и дорожные машины. - 1988. - 6. - С ДО-II.

29. Михайлова G.H., Плавельский Е.П. Моделирование бетонной смеси при испытаниях бетоносмесительных и бетонотранспорт-ных машин // Реология бетонных смесей и ее технологические задачи: Тез.докл.Ш Всесоюзн.симпозиума 18-20 дек,1979г. - Рига, 1979. - С.92-94.

30. Влияние характеристик бетонной смеси на нагруженность бетоносмесителя / Е.П.Плавельский, С.Н.Михайлова, В.-И.Воронов, В.3.Семенченко // Реология бетонных смесей и ее технологические задачи: Тез.докл.Всесоюзн.симпозиума 19-21 окт ,1982г. -Юрмала, 1982. - С.282-284.

31. Динамика экстренного торможения автобетоновоза / Е.П.Плавельский, Г.З.Дружинина, А.А.Мазуренко, В.А.Самойлов // Науч.тр. ВНШстройдормаш.- 1987. - Вып.109. - С.45-52.

32. Исследование устойчивости и управляемости автобетоносмесителя СБ-92-1Б /Е.П.Плавельский, С.А.Куделин, Н.С.Гринберг, Д.Р.Бокарев // Строительные и дорожные машины. - 1986. - № 6. - C.I5-I7.

33. Средства испытаний машин для приготовления и транспортирования бетонных смесей / Е,П.Плавельский, В.И.Воронов,

B.3.Семенченко, В.Т.Гусликов // Строительные и дорожные машины. - 1989. - № 7. - С.2.

34. Нагруженность привода смесительного барабана автобетоносмесителя / Е.П.Плавельский, С.В.Бондаренко, А.А.Воронова,

C.А.Сурков // Науч.тр. / ВНШстройдормаш. - 1985. - ВыпДОЗ. -С. 74-78.

35. Оценка реологических свойств бетонных смесей в эксплуатационных условиях / Е.П.Плавельский, В.И.Воронов, С.Н.Михайлова и др. // Реология бетонных смесей и ее технологические задачи: Тез.докл.У симпозиума 14-16 окт.1986г. - Рига, 1986. _С .43-44.

36. Стенд испытаний бетоносмесительных и бетонотранспорт-ных машин / Е.П.Плавельский, В.И.Воронов, В.З.Семенченко, В.С.Катасонов // Строительные и дорожные машины. - 1979. -

№ 3. - С.24-25.

37. Стенды для испытаний строительных и дорожных машин: Каталог-справочник / В.И.Воронов, В.М.Морсин, Е.П.Плавельский • и др. / М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1982. - 216 с.

38. Экспериментальные исследования автобетоносмесителя с волновой зубчатой передачей / Д.П.Волков, Е.П.Плавельский, В.Г.Чекалин, А.А.Воронова // Науч.тр. / ВНИИстройдормаш. -1981. - Вып.90. - С.40-46.

39. A.c. 965825 СССР, МНИ3 В 60 Р I/I6, 1/58. Устройство Пля опрокидывания кузова самосвала / В.И.Ушаков, Е.П.Плавельский, Ю.А.Самойлов и др. (СССР). - 4 е.: ил.

40. A.c. 1036587 СССР, МКИ3 В 60 Р 3/16. Автобетоносмеситель / Е.П.Плавельский, И.К.Шарапов, С.А.Сурков, Л.М.Порту-гальский (СССР). - 3 е.: ил.

41. A.c. 1076334 СССР, МКИ3 В 60 Р 1/16. Автобетоновоз / Е.П.Плавельский, И.К.Шарапов, Ю.А.Самойлов и др. (СССР). -

3 е.: ил.

• 42. A.c. 1097899 СССР, МКИ3 G Ol М 1/10. Стенд для определения моментов инерции и координат центра масс изделий / Е.П.Плавельский, В.И.Воронов, С.А.Сурков и др. (СССР). - 4 е.: ил.

43. A.c. I10670I СССР, МКИ3 В 60 Р 3/16. Бетоновоз / Е.П.Плавельский, Ю.А.Самойлов, С.Н.Михайлова (СССР). -4 с.:ил.

44. A.c. I163075 СССР, МКИ3 Г 16 Н 1/48. Приводное устройство / Е.П.Плавельский, С.А.Сурков, А.В.Абдуллаев. и др. (СССР). - 2 е.: ил.

45. A.c. I167067 СССР, МКИ3 В 60 Р 3/16, 3/22. Автобетоновоз / Е.П.Плавельский, И.К.Шарапов, Ю.А.Самойлов и др. (СССР). - 2 е.: ил.

46. A.c. I167068 СССР, МКИ3 В 60 Р 3/16. Транспортное средство / Е.П.Плавельский, С.А.Сурков, Й.К.Шарапов, П.Ф.Ива-ков (СССР). - 2 е.: ил.

47. A.c. II847I5 СССР, МКИ3 В 60 Р 3/16. Автобетоносмеситель / Е.П.Плавельский,. И.К.Шарапов, В.З.Семенченко, С.А.Сурков (СССР). - 4 е.: ил.

48. A.c. 1234250 СССР, МКИ3 В 60 Р 3/16, 3/22. Автораст-воровоз / Е.П.Плавельский (СССР). - 2 е.: ил.

49. А.с, 1288082 СССР, МКИ3 В 28 С 5/42. Автобетоносмеситель / Е.П.Плавельский, В.З.Семенченко, А.А.Воронова (СССР). -4с.: ил.

50. A.c. 1296453 СССР, МКИ3 В 60 Р 3/16. Автобетоносмеситель / Е.П.Плавельский, В.И.Воронов, С.Н.Михайлова, Е.А.Симаков (СССР). - 2 е.: ил.

51. A.c. 1326953 СССР, МКИ3 & 01 N 11/14. Ротационный реометр для вязкопластичных дисперсных сред / Е.П.Плавельский,, А.С.Чучуев, С.Н.Михайлова, В.З.Семенченко (СССР). - 2 е.: ил.

52. А ..с. 1364486 СССР, МКИ3 В 28 С 5/42. Редуктор привода смесительного барабана автобетоносмесителя / С.В.Бондарен-ко, Е.В.Митйн, Е.П.Плавельский и др. (СССР). - 2 е.: ил.

53. A.c. 1366434 СССР, МКИ3 В 60 Р 3/16, В 62 D 37/04. Автобетоносмеситель / Е.П.Плавельский, Б.Г.Лызо, А.Д.Давыдов и др. (СССР). - 4 е.: ил.

54. A.c. 1405994 СССР, МКИ3 В 28 С 5/42. Способ приготовления бетонной смеси во время транспортирования автобетоносмесителя / Е.П.Плавельский, Б.Г.Лызо, С.А.Куделин, В.З.Семенченко (СССР). - 5 е.: ил.

55. A.c. 1505807 СССР, МКИ3 В 60 Р 3/16. Автобетоносмеситель / Е.П.Плавельский, В.К.Осокин, В.З.Семенченко, А.Н.Ала-бов (СССР). - 3 е.: ил."

56. A.c. 1556963 СССР, МКИ3 В 60 Р 3/16. Автобетоносмеситель / Е.П.Плавельский, С.Н.Михайлова, В.К.Осокин, А.М.Коненков (СССР). - 2 е.: ил.

57. СПО 24801 СССР, МКПО 15-04. Автобетоносмеситель / Е.П.Плавельский, Ю.П.Мирошниченко, В.И.Воронов и др. (СССР). - 2 с.: ил:

58. СПО 27536 СССР, МКПО 15-04. Автобетоносмеситель большегрузный / Ю.П.Мирошниченко, Е.П.Плавельский, И.Ф.Горб и др. (СССР). - 2 е.: ил.

И-71 Подписано в печать 15.02.90 Формат 60x84^/16 Печ.офа Л-42073 Объем 2 уч.-изд.л. Т. 100 Заказ /*/ Бесплатно

Ротапринт МИСИ им.В.В.Куйбышева