автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Кинематика и динамика ведущего участка гусеницы с треугольным обводом

РГБ ОД 1 О ДО» Ю95

На правах рукойиса РАСУЛУНУНД Хериыянша ЫапЕшгасуа

КЙНЕН/ТНКА И ДИНАМИКА ВЕДУЩЕГО УЧАСТКА ГУСКНШИ С "ТРЕУГОЛЬНЫ!!" ОБВОЛОК

Специальность 05.05.СО - Автомобиля и трактора

Автореферат диссертации на соискание ученой степена кандидата технических наук

Волгогряд-1995

Работа выполнена на кафедре "Тракторостроение" Волгоградского государственного технического университета

кандидат технических наук, доцент Победив A.B. кандидат технических наук, доцент Кондаков В.Д.

Официальные оппоненты- доктор технических наук, профессор Григоренко Л.В., кандидат технических наук, доцент Филатов В.А.

Ведущее предприятие - Акционерное общество

"Волгоградский тракторный завод" (АО "ВгТЗ")

Защита состоится " 28 " апреля. 1595 г. в 9°° часоз в ау дитории 209 на заседании диссертационного соЕета К 063.76.02 Волгоградском государственном техническом университете по адресу 400066, г. Волгоград, проспект Ленина, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотека Волгоградско го государственного технического университета.

Автореферат разослан " 28 "_мэрта 1995 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Научный руководитель -Научный консультант -

В. А.ОЖОГИ

Актуальность темы. Одной из основных причин вибрэцик я шума ходоеой части гусеничного трактора является ударное зацеплеш*э гусеницы с зубом ведущей звездочки, входящим в зацепление, что во многом определяет также и износостойкость я долговечность пары "ведущее колесо-гусеница". В настоящее время задача уменьшения ударного воздействия на ведущее колесо имеет особое значение в связи с разработкой проектов по созданию гусеничного обида "треугольной" форма. Нзкотсрзе зарубежные формы, например "CATERPILLAR", уко давно реализовали эту форму из-за ее многих преи?!уц:эстя (при тех se габаритах как у базового трактора снижается удельное давление на почву, пс°1д:аотся навесоспособяостъ машины, уменьшается опасность опрокидывэчич трактора назад, уменьшается значение угла поворота остова трактора при колебаниях, снижается износ ."■•едущего колеса г: др). 3 научной литературе отсутствует описание процессов взаимодействия ведущего участка гусеницы и Еедущего колеса для "треугольного "обвода дата с точки зрения кинематики, что является основанием для создания методики еэ исследования.

Кроме кинематических причин повъгсэыной неравномерности работа гусеничного движителя большое злиякие на нее оказывает динагя!-ка, поскольку на взаимодзйствг-з гусеницы с ведущим колесом будут влиять колебания ocrosa машины, крутильные колебания трансмиссии и колебания самого ведущего участка гусеничного обвода. Причем, все эти явления взаимосвязаны ».'езду собой за счет кинематических и упруго-диссипативных связей. Это заставляет при рассмотрения колебаний ведущего участка гусеницы создавать довольно сложную модель, учятнванцуп и колебания всего трактора.

В евлзи с этим актуальна разработка методики исследования ударного взаимодействия гусеница и ведущего колеса при укладке.

Цель работы. Разработка рекомендаций по проектированию ведущего участка гусеницы с "треугольным" обводом.

Объект исследования. Гусеничный трактор, на базе ДТ-75 с "треугольным" обводом с подробным рассмотрением работы Еэдущэгс участка гусеницы цри взаимодействии его с задним опорным катко» (ЗОК) н ведущим колесом.

Методика исследования. Определение скорости удара при.укладке рассматривается раздельно при кинематике и динамике. Причем, при исследовании использовался принцип декомпозиции колебаний, влиящих на скорость удара при укладке. Это касается-влияния колебаний трансмиссии, вертикальных и угловых колебаний остов: трактора и поперечных колебаний самого ведущего участка гусеницы, а также кинематических возмущений от звенчатости. Затем, используя метод суперпозиций, определяется суммарное среднее квадрати-ческое значение скорости с учетом вышеизложенных факторов.

Научная новизна. I. На основания проведенного исследована* и анализа научной литературы разработаны математическая модел! для изучения кинематики взаимодействия гусеницы с ведущим колосок и математическая модель колебаний ведущего участка гусеничного трактора с "треугольным" обводом, которые позволяют использовать широкий набор схем ведущего участка.

2. Разработан и реализован в программах алгоритм формирования динамической модели ведущего участка, в зависимости от заданных конструктивах параметров, с соответствующим числом масс (числом звеньев рабочей ветви) и упругих связей между ними.

3. Предложенная методика, на основе которой создана математическая модель колебания ведущего участка, дает возможность целенаправленно формировать спектр его собственных частот и позволяет проводить исследования нагруженности с различными общеизвестными кинематическими и силовыми возмущешщми.

Практическая ценность и реализация. Создана универсальная методика расчета, описывающая процессы взаимодействия гусеницы с ведущим колесом. Определены основные факторы, вызывающие неравно-

мерность работы ведущего колеса. Даны рекомендации по проектированию гусеничного движителя трактора с "треугольным" обводом.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследования докладывались на V международном симпозиуме "Совершенствование конструкции и методов эксплуатации автомобильной и бронетанковой техники" (Варшава, 2-3.12.1933.), на I межвузовской научно-практической конференции студентов и молодых ученых Волгоградской области "Новая промышленная техника и технологии" (Волгоград, 5-9 декабря 1ЭЭ4 г), на международной научно-технической конференции "Совершенствование рабочих органов сельхозмашин и агрегзтов" (Барнаул, 15-18 декабря 1994 г.), на ежегодных научных конференциях Волгоградского политехнического института (Волгоград, 1990 - 1994 гг.).

Публикации. По результатам выполнения исследования опубликовано пять печатных работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, еыводов, списка литературы и приложений. Содерии 104 страницы основного текста, 11 таблиц, 49 рисунков, библиографию из 144 наименований, в том числе 10 на иностранном языке, 3 приложения на 46 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен кинематический и динамический анализ ходовой части гусеничного трактора с традиционным обЕодом. Определены задачи работы и дана общая методика исследования.

Анализ кинематики и динамики гусеничного деикителя базируется на фундаментальных исследованиях: Анилоеичз В.А., Антонова A.C., Бабакова И.Н., Барского И.В., Григоренко Л.В., Григориева Е.А., ГруздвЕэ A.B., Докучаевой E.H., Забавникова H.A., Кузнецова Н.Г., Куликова Н.К., Кутькова Г.И., Малиновского А.М., Платонова

В.Ф. , Строкова В.Л. и др. В этих работах рассмотрена кинематике ходовой части гусеничного трактора, предложены методы формирования динамических моделей колебаний ведшего участка гусеницы с традиционным обводом, динамических моделей колебаний в трансмиссии, динамических моделей колебаний остоеэ трактора. Однако, i имеющихся кинематических моделях не учтен ряд важных для гусеничных тракторов с "треугольным" обводом факторов, оказывающих существенное влияние на результаты моделирования. В них не учтень перемещения заднего опорного катка (ЗОК), изменения положениг ведущего колеса относительно ЗОК под влиянием нагрузки на крюке I влияние параметров обвода в целом на скорость удара при укладке звена на ведущее колесо. В имеющихся математических моделях отсутствует методика по изучению поперечных колебаний се твой гусе* ницы с использованием системы с сосредоточеными массами; не предусмотрена возможность варьирования параметров обвода; не учтенс влияние кесткостей трансмиссии с целью выявления собственных частот системы.

В связи с этим в диссертации поставлены следующие задачи.

Первой задачей работы явилась разработка автоматизирование! системы расчетно-теоретического исследования кинематических 1 динамических процессов в ходовой части трактора при проектировании гусеничного трактора с "треугольным" обводом.

Вторая задача заключалась в выполнении на основе разработанной программной системы кинематического и динамического анализ; ведущего участка гусеничного трактора с "треугольным" обводом и 1 выработке теоретически обоснованных рекомендаций, по его оптимальному проектированию.

Во второй главе описывается разработанная кинематическая модель, включающая ЗОК, ведущее колесо и рабочий участок Гусеницы. При составлении кинематической модель' приняты традиционно допущения. В связи с этим, на рис.1 представлена расчетная схем!

Расчетная схема скорости удэра

•чу >

ш

^03

Н-01

/ч д у \ Нх7У7 44 я- у—- •чЯЛч --^

\ \ \ \ 1 \,д >4+ /V 1 -*/л / 1—/ / / \/

Рис. 1

скорости удара при укладке.

Кинематическая модель дает возможность учитывать наличи! нагрузки на крюке, периодическое вертикальное перемещение 301 из-за звенчатости гусеницы и буксование) трактора. Скорость удара определяется из выражений:

где исх - проекция абсолютной скорости точки С на ось ОХ, м/с.

Скорость иЯх находят с помощью диаграммы скоростей, по строенной на основе скоростей и и V :

где Vq - скорость буксования, в.иг м/с; •

О - буксование трактора; vT - теоретическая скорость трактора, м/с.

Остальные обозначения ясны из рис. I.

В этих формулах угол в определяется расстоянием х и радиуга траектории гусеницы вокруг ЗОК.

На основе кинематической модели разработана программная сис тема "SOL" (рис. 2), позволяющая определить скорость удара пр: укладке звеньев на ведущее колесо гусеничного трактора с "треу гольным" обводом.

Программная система "SOL" состоит из одной основной програм мы SOL и пяти вспомогательных: KRIS, РРКР, DELTA, VITESSE и GRA РЖ.

KRIS - задача предназначена для определения и уточнения чис ла звеньев ведущего участка и число звеньев, охватывающих ЗОК.

(I

(2 (3

(4

ve¡с" vs aln еГ (,_ô) V aln Р + 6 003 (5

t>M= --L aln фг * vQ aln р, (6

Укрупненная блок-схема программной системы SCL

Риг. 2

FPKP - задача предназначена для уточнения координаты взаиморасположения ведущего колеса и S0K с учетом изменения центра тяжести трактора и задаваемого режима движения трактора;

DELTA - задача предназначена дль уточнения координат взаиморасположения ведущего колеса и ЗОК с учетом вертикального перемещения оси S0K; '

VITESSE - задача предназначена для вычисления значения скорости удара при укладке.

Все выходные данные сохраняются в файле "S0L.dat" для последующей их обработки и вывода на графопостроитель (GRAFIK).

Программа написана на языке программирования <ЕОРТРАН-77 и , адаптирована к вычислительной машине СМ 1700. Работа с программами осуществляется в диалоговом режиме и не требует от пользователя специальных знаний.

На основе кинематической модели ведущего колеса проведено исследование скорости удара при укладке. Даны результаты исследования. В частности показано, что неправильный выбор параметров ведущего участка приводит к вазрастанию скорости укладки в 1.5-2 раза.

В третьей главе описывается математическая модель ведущего участка гусеницы с "треугольным" обводом. При изучении поперечных колебаний ведущего участка не рассматривается влияние колебаний . остова трактора а колебаний трансмисии, так как их влияние на изменение значения скорости удара при укладке в диссертационной работе рассмотрены отдельно. В связи с этим, расчетная сгэма была упрощена. С этой целью связь между трансмиссией и ведущей звездочкой заменена торсионом с угловой жесткостью Ст, отброшенная часть опорной поверхности заменена упругим элементом с условной жесткости) 0док, а задний опорный каток связан с остовом через балансир. >

Ори составлении математической модели были приняты следующие

допущения: отклонение траков (без учета статического прогибз ветвей) происходит от положения, определяемого касательной линией к окружностям ведущего колеса и ЗОК; выход трака из контакта с опорной поверхностью происходит одновременно в правой и в левой гусеничной цепи; касательная сила тяги, а такая касса трактора и момент инерции равномерно распределяются на оба гусеничных движителя. С учетом этих допущений на рис. 3 прэдловенв расчетная схема ведущего участка гусеницы. Динамическая модель ведущего участка гусеницы описана дифференциальными уравнениями, полученный на основании уравнений Лагранжа второго рода при налички в механической системе упругих и консервативных сил.

В качестве обобщенных координат приняты 930К и а1-Дифференциальное уравнение диета кия система по ф30К:

Я* „ й„„„ г.

_ зон .. зок тр „ ..

'аХ * т 1 *зок + ^вз Кок * ¿вз-Гг- Ф <а, *

квз -> я3з

я 2

{ ЗОК 1 Г

* а^ ^саок + С + (С + СТ) — |<раок + V- -С7).

а 7 Р 1

зон тр » 1 Г сок 1яхр „ 1

—5-а8 <р - с а, ♦ ГС + ст)-—-С1в 9 .

Яя ■» I йЯя •»

я„„„, г,

ЭОКГ шр 1

.(аг*...+ а^.,; * - — у (С + Ст) - С а^. - О.

квз ввз '

Дифференциальные уравнения движения системы по ап

(п*1,2,...,1-1

(7)

¿вз

р •? "зок гяр

г га-1)+1 гяр _ .1 ..

Д , »аок +[п гйр -— + 17вз -р <?]

I?

* °2 +

Г 4(1-п)+1 тр Т.. Г -— * ^ + «7вз —г сл?

I2

_ 2(1-71-1)1-1 тр , .].. Г

Лщ>--- * ^83 р «Г г:

г - «/я

игр

бз

Рис. 3

г2 г2

тр _ Л.. Г 1 , 'тр .]..

- огг . 1ир ^ - с** ф]а,

йзок гир

03

яр р -

ctg ¡р (С + ст) <рэок ♦ — ctg¿ ср ее + Ст)(а1 * а2*...+

вз

+ [ — с^ Ф (О * Ст). с]ап_, + [ — <? (С + Ст) - гс]ап *

I йез -<1 йез -I

гг г2

Г «Р , . 1 Щ> , .

" ♦ -г <*в* ф ГС * С оп+,4 — с^ Ф ГС + СГЯап_г+ а^

I "бз -I нвз

г2 1

Г V 'яр 1

+ ♦ — cígi; <р ГС + СГ;- С — с15 ф а^. - о.

I- йвя * йвя J

квз пбз

Дифференциальное уравнение движения системы по аг:

(В)

о 7

зок тр -=- Щ

йвз

1-...+

~ •• Г 1 щ> * «1 ••

* Ч>зок * 1тр * ¿вз ~г ^

г 1 1тр л.. Г йзок ( 1щз

ъ-Нт" ^ * 'ез дЛфГ* Т I ^

р 7

"зок ""тр . ав т I + с -5— с^ Ф

Г гщз ( 1щ> . 1

Рзок * С — «вФ - » ■

I- йзок1 бз }

Iе II

"■тр Л Г ир Г ®Р

.ав ф + С — с^ ф с^ р+С- — ^ <?

йвз -I I- йзок<- йбз

*2 т т

1 ж V , Л Г щ> { тр . 1

- 1 cís ф + СГ — ф а^. С- - с!§ф - 1 ф *

> , йбз -I I- йзок йбз -1

' I

^ Ф - ^ с^ Ф - + С^ = О,

'тр

> ст 7? с

(9)

где ~ приведенный момент инерции, кг.м2;

*^бз ~ М0М9НТ инерции ведущего участка, кг.м2; «Г - момент инерции трака, кг.м2;

т - масса трака, кг;

р - длина трака, ы;

С - гасткость шарнира, Н.м/рад.;

Ст - жесткость трансмиссии, Н.м/рад.;

Сзок " ЕЭСТК0СТЬ ЗОК. Н.м/рад.

Остальные обозначения ясны из рис. 3.

На базе описанной математической модели разработан прогрг мный комплекс (рис. 4), позволяющий исследовать динамику ведущс участка с целью выявления собственных частот и форм колеба* системы.

Программный комплекс "GLV" состоит из одной основной прс раммы и шести впомогательных.

GLV - главная управляющей программа;

РРКР - программа предназначена для получения параметре 'определяющих геометрию обвода с учетом режима движения трактора

KRIS - программа предназначена для получения числа звень ведущего.участка;

DELTA - программа предназначена для уточнения координ взаиморасположения ведущего колеса и ЗОК с учетом вертикально перемещения оси ЗОК;

HAN - программа предназначена для получения соответствую:! жесткостей трака, заднего опорного катка и торсиона;

ШШШ - программа предназначена для получения собственн значений частот системы;

DFORME - программа предназначена для определения форм кол баний системы.

GRAPIK - программа предназначена для преобразования выхода данных в данные для графического устройства.

Все эти программы написаны на языке программирования Сор ран-77 и адаптированы к IBM 386.

В конце этой главы представлены результаты теоретическо исседования поперечных колебаний ведущего участка для трактора "треугольным" обводом гусеницы. *

Разработанная математическая модель может быть применена д

Укрупненная блок-схема программного кошигаксз колебаний зедушего участка

Рис 4

исследований кинематики и динамики гусеничного трактора с "треу-• гольным" обводом на стадии проектирования и проверки кинематики и динамики ведущего участка гусеницы серийных тракторов с целью оптимизации параметров гусеничного обво„з.

Четвертая глава посвящена общему анализу результатов исследования.

Значение скорости удара при кинематике определяется за счет ' . звенчатости гусеницы отношением 1х / гь и / пеок." Причем на формирование скорости удара оказывают влияние следующие факторы: набегание ветви на зуб; выход трака из контакта с ЗОК; вертикальное перемещение ЗОК. . . При вертикальных и угловых колебаниях остова скорость удара определяется за счет частичной перестройки формы обвода гусеницы (изменения положения ведущего колеса относительно ЗОК и скорости этого изменения).

Скорость удара при поперечных колебаниях ведущего участка определяется параметрами обвода (масса трака, его длина, число траков, жесткость шарниров и т.д.). Ее значения зависят от амплитуды и частоты колебаний тракз, непосредственно связанного с ведущим колесом.

Суммарное значение скорости удара определялось алгебраическая сумма скоростей удара, определенных при кинематике, при коле. баниях трансмиссии, при вертикальных и угловых колебаниях остова трактора и при поперечных колебаниях ведущего участка гусеницы.

Согласно результатам исследований скорость удара, определяемая кинематикой, составляет 25+70Ж от скорости движения трактора (см. таблицу). При колебаниях трансмиссии скорость удара составляет ЭХ, при вертикальных и угловых колебаниях - соответственно 1.55 и 0.856, в при поперечных колебаниях ведущего участка до ♦ 0.17 м/с. За счет оптимизации параметров взаимодействия ведущего колеса и ЗОК, при скорости движения трактора иг = 2 м/с, мошо

Тебпгзд

Розуяьтзты ргсчэта при тэсрвтичаексй скорости vT» 2 и/с

кзтодша ск&рость удгра. pjc

ПЗИ КЖ5И37ККЭ 05-14

rçKs копгбгэ«« ES тргмсшеои s ais

гри е&ртикгльздх колзбгниях сстсза й аш

при угосеьгх ксл«бгя«х ©croes ■ й OjOS

ÎÇ:îî nCfS8pS4№3t коглбся«« вздуавго учзоткз ГУ«№ЦМ s 0Л7

еумеркзя |ря скорости дзижзкия TpííKTcps vT« 2 к/с 0.184-18

Вероятие« гкачениэ скорости уяopa при р-0557 {05-143«ОЖЗ

Верэатноэ значекна скорости удгра при р»0.57 {Q3-U)sai32

достичь значения скорости удара 0.50 ± 0.132 м/с, в то время как при случайном выборе этих параметров скорость удара монет достигать 1.4 * 0.132 м/с.

Наибольшую роль на_данной скорости движения трактора в формировании ударных нагрузок при зацеплении траков с ведущим колесом играет кинематика (зЕенчатость гусеницы). Поэтому, при проектировании гусеничного обвода "треугольной" форм; важнее всего добиться минимального значения скорости удара при укладке звена на ведущее колесо за счет кинематики, что может обеспечиваться правильным выбором конструктивных параметров обвода.

ОБЩИЕ ЕШОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработаны математические медали для исследования кинематики и динамики ведущего участка гусеницы с "треугольным" обводом, на основании которых создан программный комплекс, позволя!)-щий исследовать кинематику и динамику ведущего участка гусеницы.

2. Установлено, что наибольшую роль на данной скорости движения трактора в формировании ударных нагрузок при зацопланк;; траков с ведущим колесом играет звенчатость (скорость удара при этом составляет 25+70% от скорости движения трактора). Следущий по величине вклад вносят поперечные колебания ведущего участка гусеницы - до ± 0.17 м/с; крутильные колебания трансмиссии - 92; вертикальные колебания остова - 1.5Х и угловые колебания - 0.8% (от теоретической 'скорости движения трактора).

3. Выбор параметров движителя необходимо проводить с учетом увеличения шага гусеницы из-за износа шарниров. Иначе в процессе эксплуатации даже при незначительном увеличении шага гусеницы могут резко увеличиться ударные нагрузки (а, следовательно, вибрации шум и др.).

4. Цри отработанных основных конструктивных параметрах дви-

ителя ds, Я и г у) добиться минимальной скорости укладки модаэ а счет рационального выбора взаиморасположения ведущего" колеса и Ж(хаи.гь).

5. Найдена опп-мальные координаты взаиморасположения вэдущв-э колеса и SOK для трактора т/л а дт-75 с "треугольным" обводом \а ~ 0.515 м Zb » 0.42 м; при Я » 0.3 м; I - 0.17 и я z • 13) зи варьировании положения ведущего колеса вокруг оса бортового |дуктора, при втом наиболее вероятная скорость укладки но будет юЕылать 30 % от скорости движения трактора.

6. Сила удара при укладке очередного звена на ведущее колесо-несколько раз превышает максимальную касательную силу тяги, что обходимо учитывать при расчетах.

7. Динамический анализ ведущего участка гусеницы показывает, о исследуемые процессы содержат в огненном низкочастотные сос-алявЕ^е СО—II Гц). Диапазон низкочастотных составляющих разла-а для разных конструкций обвода, причем наличие на ведущем зстке разного количества траков существенно меняет спектр яяз-

частот.

8. Смещения диапазона низких частот за пределы возмущающих :тот нельзя добиться за счет изменения гсесткостей шархшрэ, 1нсмиссии « 3QK. Однако, использование гусеничного обвода с ¡етнгм числом тракоз ведущего участка позволяет умэнышть дна-, юн низких частот на 20-30%, что исключает резонанс при двиго-

: трактора на рабочих скоростях более 1.5 м/с (то есть практики во всем рабочем диапазоне).

Основное содержание диссертации достаточно полно изложено в щгщах публикациях-I. Победил A.B., Расулумуна Х.Ы. Оценка скорости укладки гу-

. сеницы на ведущее колесо для трактора с треугольным оОводом / ВолгШ. - Волгоград, 1992. - С. 59. - Деп. в ЦНШТЭИавтосельхоз-маш, Л 9.

2. Побэдин A.B., Расулумуна Х.Ы. Оценка скорости укладки гусеницы на ведущее колесо для трактора с треугольным обводом / Совершенствование конструкции и методов эксплуатации автомобильной и бронетанковой техники: Тез. докл. - Варшава, 2-3. 12. 1993. - С. 313-318.

3. Победил A.B., Кондаков В.Д., Расулумуна Х.Ы. Математическая модель ведущего участка гусеницы / Совершенствование конструкции и методов эксплуатации автомобильной и бронетанковой техники: Тез. докл. - Варшава, 2-3. 12. 1993. - С. 306-310.

4. Победил A.B., Кондаков В.Д., Расулумуна Х.М. Исследования динамики ведущего участка гусеницы / Совершенствование рабочих органов сельхозмашин и органов: Тез. докл. - Барнаул, 1994. - С. 81-83.

5. Победим A.B., Кондаков В.Д., Расулумуна Х.Ы. Динамическая модель ведущего участка гусеницы / Новые промышленные техника и технологии. Компьютерное обеспечение и компьютерные технолопш: Тез. докл. - Волгоград, 1994. - С. 145-146.

Подписано в печать 22.03.95г. Заказ ii 118. йзрг.пт 60x84 1Д6.

Усл.печ.л. 1,0. Тирак 100 экз. Печать офсетная. Бесплатно.

Менвузовсквй ротапринтнаЗ участок Волгоградского

государственного технического университета.

Волгоград-66, ул.Советская, 35.