автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Повышение эффективности виброзащиты транспортных средств на основе гидравлических виброопор

Введение

1. Анализ методов и устройств виброзащиты транспортных средств.

1.1 .Необходимость борьбы с вибрацией транспортных средств

1.2.Пути осуществления виброзащиты

1.3.Методы виброзащиты

1.4.Вибрационные системы с периодическим характером возбуждения

1.5.Вибрационные системы со случайным характером возбуждения

1.6. Недостатки отечественных изоляторов 16 1.7.Общие сведения о гидравлических виброопорах

1.8.Гидравлическая виброопора.с простым перепускным отверстием

1.9.Гидравлическая опора с перепускной инерционной трубкой

1.10. Гидравлическая виброопора с перепускным каналом или инерционной трубкой и разделительной мембраной

1.11. Возможность модернизации гидравлических виброопор

1.12. Подходы к анализу гидравлических виброопор

1.13. Характерные патентные разработки гидравлических виброопор ; t'

1.14. Выявленные недостатки зарубежных гидравлических виброопор ;

1.15. Первые отечественные разработки и исследования гидравлических виброопор

Развитие современного автомобилестроения и других скоростных транспортных средств сдерживается, во многом, из-за нерешенности проблем снижения уровней вибрации и шума.

К транспортным средствам как к источникам вибрации и шума предъявляются высокие требования. Это обусловлено не только экологическими соображениями, когда норматив по шуму окружающей среды значительно превышается, но и техническими причинами, например, чувствительностью к вибрации и шумам и выходами из строя различных приборов и электроники, все более объемно насыщающих транспортные средства и другие виброактивные установки и оборудование. Показательным к этому является следующий пример. Норматив по шуму окружающей среды соответствует величине порядка 55 децибел и значительно превосходит фактический уровень в промышленно развитых городах. Так, по данным экологических экспериментов 2001 года в г. Москве на пешеходных тротуарах в районах оживленных автомобильных трасс показатель шума составляет до 70 децибел, что требует отстояния от трасс домов и пешеходных дорожек на 400 метров для соответствия нормам по шуму.

Проблема вибрации и шума мобильных машин становится все более острой в связи с ростом профессиональных заболеваний водителей и лиц, эксплуатирующих виброактивное оборудование, а также в связи с тенденцией возрастания доли транспортных средств в общем объеме шумно сти и вибрации, излучаемом машиностроительной техникой, и требует системного, масштабного подхода к ее решению.

Учитывая сказанное, актуальной представляется задача разработки нового поколения более эффективно работающих автомобильных виброзащитных средств, принцип действия которых связан с использованием в работе диссипации энергии колебаний в реологических средах. Такие средства получили название гидравлических виброопор (гидроопор). Их модификации также могут быть установлены вместо сайлент-блоков в автомобилях, усиливая общий эффект гашения вибрации. В настоящее время наибольший вклад в создание средств гашения вибрации и шума нового поколения вносят работы Гордеева Б.А., Синева А.В., Чистякова А.Д., Весницкого А.И., Фролова В.В., Лазарева С.О., Карцова С.К., Бакланова B.C., а также зарубежных ученых М. Бермухона, К. Кадомацу, Г. Керна, Р. Сингха, Г. Дюкле, А. Нашифа, Дж. Хендерсона, Дж. Бретля и других.

Работами А.А. Андронова, Л.И. Мандельштама, Н.Д. Папалекси, Н.М. Крылова, Н.Н. Боголюбова, Н.А. Митропольского, А.Н. Крылова, С.П. Тимошенко, В.В. Болотина, Ю.И. Неймарка, Я.Г. Пановко, К.В. Фролова и других созданы методы теоретического анализа колебательных систем и приложения теории колебаний к различным разделам техники, позволившие с помощью трудов Тольского В.Е., Бочарова Н.Ф., Фролова К.В., Ляпунова В.Н., Лавендела Э.Э., Шляпочникова С.А., Луканина В.Н., Латышева Г.В.,

Ганиева Р.Ф., Корчем ного Л.В., Нюнина Б.Н., Чернышева Г.Д., Ротенберга Р.В., Диментберга Ф.М., Певзнера Я.М. и др. выполнить аналитическую и практическую работу по раз работке и усовершенствованию средств гашения вибрации и шума автомобилей с использованием резинометаллических демпферов, гидравлических амортизаторов, пружин и звукоизолирующих материалов. Однако, несмотря на это, вопросы виброзащиты транспортных средств требуют качественно новых решений.

Цель работы. Повышение эффективности виброзащиты транспортных средств на основе гидравлических виброопор.

Объект исследования. Автобус "ЛиАЗ-5256" и легковые автомобили ОАО "ГАЗ" с установленными в них гидроопорами.

Методы исследований. Применены методы оптимального проектирования, математического моделирования, стендовых испытаний на статическую жесткость, механики жидкости, виброметрии. Экспериментальные исследования проводились на стендах типа ВЭДС с аппаратурой фирмы Брюль и Къер, на стендах УКЭР ОАО "ГАЗ", в составе автобуса "ЛиАЗ-5256", легковых автомобилей среднего класса, виброактивного оборудования электровозов ВЛ 80с, кормоуборочного комбайна Я-310 с новым двигателем ЯМЗ Я-236.

Научная новизна работы

• выявлены возможности различных реологических сред на предмет применения в гидравлических виброопорах для автомобилей;

• показана эффективность диссипации энергии колебаний различных конструктивных составов автомобильных гидравлических виброопор;

• установлены факторы, влияющие на значения основных параметров амплитудно-частотных характеристик гидроопор;

• обоснован метод расчета с использованием критериев прогиба гидроопоры и сообщения основных камер.

Практическая ценность данной работы

• ликвидировано отставание отечественной техники в части создания более эффективных по сравнению с существующими средств гашения вибрации для силовых агрегатов мобильных машин;

• разработана модель конструкции гидравлической виброопоры;

• разработан параметрический ряд гидравлических виброопор для силовых агрегатов автомобилей, имеющих различные статические нагрузки;

• разработаны малогабаритные конструкции гидравлических виброопор, легко адаптируемых к автомобилям, имеющим значительные затесненности для использования гидравлических виброопор;

• установлены критерий и формула определения прогиба гидроопоры;

• предложен эффективный, безопасный заполнитель для гидравлических виброопор транспортных средств.

Реализация результатов работы. В процессе разработки и исследования гидравлических виброопор созданы программы стендовых и натурных испытаний, методики расчета, технические предложения по установке гидроопор. Указанные результаты работ использованы в ОАО "Ликинский автобусный завод"; ОАО "Горьковский автомобильный завод"; ОАО "Павловский автобус"; в ИМАШ РАН; в ОАО "Завод Теплообменник" г.Н.Новгорода; в ИТЦ "Техника Нечерноземья" г. Ярославля; в НО ВНИИЖТ.

Изготовлен ряд опытных образцов гидравлических виброопор различных модификаций, использованных в опытном производстве для автобусов "ЛиАЗ-5256", "ПАЗ-Э205", для легковых автомобилей среднего класса. В настоящее время продолжаются работы по адаптации и натурным испытаниям разработки в ОАО "ГАЗ", в ИТЦ "Техника Нечерноземья", в ОАО "ПАЗ", в НО ВНИИЖТ и локомотивном депо "Горький - Сортировочный".

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на постоянно действующем семинаре Нижегородского филиала ИМАШ РАН, г. Н. Новгород, 1998; научно-технической конференции "Проблемы машиностроения" г. Н. Новгород, 1997; на пятом Международном совещании-семинаре "Инженерно-физические проблемы новой техники" МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998; на четвертой международной конференции экспертов железнодорожного транспорта, Югославия, октябрь 1997; на пятой международной конференции экспертов железнодорожного транспорта, Югославия, октябрь-ноябрь 1998; на восьмой сессии Российского акустического общества, Н. Новгород, 1998; на научно-технической конференции "Ресурсы региона", г. Н. Новгород, ВВАГС, 1999; на Международной научно-технической конференции "Испытания материалов и конструкций", г. Н. Новгород, 2000; на восьмой Международной научно-технической конференции по динамике и прочности автомобиля, г. Москва, октябрь 2000; на заседании кафедры "Автомобили и тракторы", НГТУ, 2000.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 19 печатных работах [17 - 20, 49, 50, 53, 64 - 76], включая два патента РФ на изобретения и одно авторское свидетельство РФ на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 76 наименований. Работа изложена на 153 страницах сквозной нумерации, включая 69 рисунков и 8 таблиц.

8. Результаты работы в виде методик расчета, технических предложений по установке и использованию, программ стендовых статических и динамических испытаний использованы в ОАО "Ликинский автобусный завод", В ОАО "ГАЗ", в ОАО " Завод Теплообменник", в ОАО "Павловский автобус", в ИМАШ РАН, в НО ВНИИЖТ и локомотивном депо "Горький - Сортировочный", в ИТЦ "Техника Нечерноземья" г. Ярославля. Гидравлические виброопоры внедрены в опытном производстве в ИТЦ "Техника Нечерноземья" для сельхозмашин Я-310, в локомотивном депо "Горький - Сортировочный" для виброактивного электрооборудования электровозов BJl 80С.

1. Диментберг Ф.М., Фролов К.В. Вибрация в технике и человек. М., Знание, 1987.

2. Ляпунов В.Т., Лавендел Э. Э., Шляпочников С.А. Резиновые виброизоляторы. Л., Судостроение, 1988.

3. Тольский В.Е. Виброакустика автомобиля. М., Машиностроение, 1988.

4. Луканин В.Н., Гудцов В.Н., Бочаров Н.Ф. Снижение шума автомобиля. М., Машиностроение, 1981.

5. Тольский В.Е., КорчемныйЛ.В., Латышев Г.В., Минкин Л.М. Колебания силового агрегата автомобиля. М., Машиностроение, 1976.

6. Певзнер Я.М., Гридасов Г.Г., Конев А.Д., Плетнев А.Е., Колебания автомобиля. М., Машиностроение. 1979.

7. Нюнин Б.Н., Бочаров Н.Ф. Основные источники инфразвука в легковом автомобиле. //Автомобильная промышленность, 1983, №4.

8. Чернышев Г.Д., Семенов Г.И., Чудаков Л.К., Романов Е.П. Динамические нагрузки в зоне соединения двигателя и коробки передач. //Автомобильная промышленность, 1975, №5.

9. Латышев Г.В., Тольский В.Е. Изгибные колебания силовой передачи и шум в кузове легкового автомобиля. //Виброакустика автомобиля. Куйбышев, 1982.

10. Завьялов В.Б., Куликовский Г.К., Тютин В.А. Расчетное исследование изгибных колебаний трансмиссии легкового автомобиля. //Автомобильная промышленность, 1979, №8.

11. Тарасов А .Я. Влияние резонансных изгибных колебаний силового агрегата на поломки картерных деталей. //Автомобильная промышленность, 1981, №3.

12. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля. М., Машиностроение, 1972.

13. Латышев Г.В. Исследование вибрационных напряжений в картерных деталях силового агрегата автомобиля. //Труды НАМИ, 1970, №123.

14. Вибрации в технике. /Справочник под редакцией К.В. Фролова в шести томах, Т.6., М., Машиностроение, 1981.

15. Гордеев Б.А., Образцов Д.И., Новожилов М.В. Применение диссипативных элементов в виброопорах силовых агрегатов машин. Горький, Препринт ГФ ИМАШ АН СССР, 1989.

16. Весницкий А.И., Гордеев Б. А. Газогидравлические системы демпфирования вибрации. // Труды третьей международной конференции железнодорожных экспертов. Югославия, Белград. 1998.

17. Гордеев Б.А., Аббакумов Е.И. Применение газогидравлических виброопор в машиностроении. //Проблемы машиностроения. Н. Новгород, Тезисы и доклады научно-технической конференции, 1997.

18. Гордеев Б.А., Ковригин Д.А., Аббакумов Е.И. Применение гидравлических виброопор для демпфирования вибрации силовыхагрегатов подвижного состава. //Труды пятой международной конференции железнодорожных экспертов. Югославия, Белград, 1998.

19. Гордеев Б.А., Аббакумов Е.И., Ложкин Ф.В. Системный подход к созданию конкурентоспособной продукции отечественного автомобилестроения. //Тезисы и доклады научно-технической конференции "Ресурсы региона". Н. Новгород, ВВАГС, 2000.

20. Фролов К.В., Тэнг Югенг, Аббакумов Е.И., Синев А.В., Гидроупругая технология виброизоляции прогрессивное направление в виброзащите мобильных машин. Аналитический обзор. //Приводная техника, 2000, №6.

21. Bermuchon М. A new generation of engine mounts. //Proceeding of SAE noise and vibration conference, 1984 № 840259.

22. Kazuto Seto and Katsumi Sowatari, Akio Nagamatsu. Optimum design method for hydraulic. //Proceedings of SAE noise and vibration conference, 1991 №911055.

23. Thomas J. Royston and R. Singh. Study of nonlinear hydraulic engine mounts focusing on decoupler modeling and design. //Proceedings of SAE noise and vibration conference, 1997 № 971936.

24. Wallace C. Flower. Understanding hydraulic mounts for improved vehicle noise, vibration and ride qualities. //Proceedings of SAE noise and vibration conference, 1985 № 850975.

25. Thomas J. Royston and Rajendra Singh. Period's response of nonlinear engine mounting system. //Proceedings of SAE noise and vibration conference 1995. №951297.

26. Steve J. Gan and Jeffry D. Cotton. Experiment study and modeling of hydraulic mounts and engine system. //Proceedings of SAE noise and vibration conference, 1995 №951348.

27. Kohito Kadomatsu. Hydraulic mount for stock isolation at acceleration on the FWD cars. //Proceedings of SAE noise and vibration conference, 1989 №891138.

28. Andre Gennensseaux. Research for new vibration isolation technique from hydro-mounts. Proceedings of SAE noise and vibration conference, 1993 №931324.

29. R. Matthew Brach and Aian G. Haddow. One the dynamic response of hydraulic engine mounts. //Proceedings of SAE noise and vibration conference, 1993 №931328.

30. G. Kim and R. Sigh. Nonlinear analysis of automotive hydraulic engine mount. //ASME J. of dynamic system measurement and control. 1996, 115.

31. John Bretl. Advancements in computer simulation methods for vehicle noise and vibration. //Proceedings of SAE noise and vibration conference, 1995 №951252.

32. Kern G. und andere. Computerunterschtutzte Auslegung von hydraulic geparten Grummilager. //Automobiltechnische Zeitschrift. 94 (1992) 9.

33. Andre Gennensseaux. A new generation of engine mounts. //Proceedings of SAE noise and vibration conference, 1995 №951296.

34. G. Ducloe. An external tunable hydraulic mounts which uses Electro-Rheological fluid. //Proceedings of SAE noise and vibration conference, 1987 №870963.

35. Васин B.A., Лазарев С.О. Чиков А.Н., Фролов В.В. Применение гидроопор с динамическими гасителями в системах виброизоляции объектов для защиты от структурного шума. //Проблемы машиностроения и надежности машин, 1998, №4.

36. Бакланов B.C., Горобцов А.С., Карцов С.К., Синев А.В., Фролов В.В. Анализ реактивных свойств динамических жесткостей и передаточных функций гидроопор. //Проблемы машиностроения и надежности машин, 1999, №3.

37. Бакланов B.C., Горобцов А.С., Карцов С.К., Синев А.В., Фролов В.В. Анализ реактивных свойств динамических жесткостей и передаточных функций гидроопор при введении промежуточных масс. //Проблемы машиностроения и надежности машин, 2000, №1.

38. Патент Германии №3612436 MKU F16F13/00, публ. от 15.10.87.

39. Патент Германии №4205229 MKU F16F13/00, публ. от 02.09.93.

40. Патент Германии №4126673 MKU F16F13/00, публ. от 25.02.93.

41. Патент Германии №4117130 MKU F16F13/00, публ. от 26.11.92.

42. Патент Германии №4027808 MKU F16F13/00, публ. от 30.04.92.

43. Акименко С.И., Глумин В.Б., Гордеев Б.А., Образцов Д.И. Упругая опора. Авторское свидетельство СССР №1654617, бюл. №21, 07.06.91.

44. Гордеев Б.А., Образцов Д.И., Глумин В.Б., Новожилов М.В. Опора. Авторское свидетельство СССР №1732076, бюл.№17, 07.05.92.

45. Гордеев Б.А., Образцов Д.И., Юдин В.А., Поташев О.А. Виброизолирующее устройство. Авторское свидетельство СССР №1779843, бюл. №45, 07.12.92.

46. Гордеев Б.А., Образцов Д.И. Виброизолирующая подвеска силового агрегата автомобиля. //Автомобильная промышленность, 1990, №6.

47. Беляковский Н.Г. Конструктивная амортизация механизмов, приборов и аппаратуры на судах. Л., Судостроение, 1965.

48. Гордеев Б.А., Новожилов М.В., Образцов Д.И. Применение ультразвукового фазового метода в вибродиагностике легковых автомобилей. //Метрология, 1990, №6.

49. Аббакумов Е.И., Гордеев Б.А., Ложкин Ф.В. Гидравлическая виброопора. Авторское свидетельство на полезную модель №16532, №1, 10.01.2001.

50. Гордеев Б.А., Весницкий А.И., Марков В.И., Аббакумов Е.И. Гидравлическая виброопора. Патент РФ №2104424, бюл. №4, 10.02.1998.

51. Гебхард Б., Джаурия И., Махаджан Р., Саммакия Б. Свободноконвективные течения, тепло- и массообмен, т. 1. М., Мир, 1991.

52. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М., Наука, 1987.

53. Гордеев Б.А., Аббакумов Е.И. Гидравлическая виброопора. Патент РФ №2135855, бюл. №24, 27.08.1999.

54. Бреббия, Ж. Теллес, J1. Вроубел. Метод граничных элементов. М., Мир, 1987.

55. Бреббия, С. Уокер. Применение метода граничных элементов в технике. М., Мир, 1982.

56. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. М., Наука, 1971.

57. Щепетильников В.А. Уравновешивание механизмов. М., Машиностроение, 1982.

58. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., Наука, 1977.

59. Сидорова М.Н., Синев А.В. Оптимизация геометрических характеристик и жесткостных характеристик системы виброизоляции автомобильного двигателя. //Проблемы машиностроения и надежности машин, 1997, №6.

60. Горелик Г.С. Колебания и волны. Л., Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1950.

61. Гордеев Б.А., Золин В.В., Беленова Н.А. Особенности использования ультразвукового фазового метода в задачах виброметрии. //Метрология, 1986, №10.

62. Нашиф А., Джоунс Д., Хендерсон Дж. Демпфирование колебаний. М., Мир, 1988.

63. Гордеев Б.А, Аббакумов Е.И. Методы расчета демпфирующих характеристик газогидравлических виброопор силовых агрегатов транспортных средств. //" 4ая Международная конференция железнодорожных экспертов". Югославия, Белград, 1997.

64. Гордеев Б.А, Аббакумов Е.И. Методы расчета основных параметров газогидравлических виброопор и результаты экспериментальных исследований. // В сб. "Прикладная механика и технология машиностроения". Интелсервис. Н. Новгород. 1997.

65. Гордеев Б.А., Аббакумов Е.И., Шишкин В.И. Технологические особенности изготовления гидравлических виброопор. //Физические технологии в машиностроении. Нижегородский государственный технический университет, 1998.

66. Гордеев Б.А., Аббакумов Е.И. Основные факторы, влияющие на диссипацию энергии колебаний в гидравлических виброопорах.// В сб. "5ое Международное совещание семинар "Инженерно-физические" проблемы новой техники". МГТУ, 1998.

67. Гордеев Б.А., Аббакумов Е.И. Экспериментальное исследование нелинейных волн в твердотельных акустических преобразователях.// В сб. "8ая сессия Российского акустического общества". Интелсервис, Н. Новгород, 1998.

68. Гордеев Б.А., Аббакумов Е.И., Куклина И.Г. Расчетные методы выбора характеристик гидравлических виброопор.// Физические технологии в машиностроении. Нижегородский государственный технический университет, 1998.

69. Гордеев Б.А., Аббакумов Е.И., Ложкин Ф.В. Системный подход к созданию конкурентоспособной продукции отечественного автомобилестроения. // Научно-техническая конференция "Ресурсы региона". Н. Новгород, ВВАГС, 2000.

70. Гордеев Б.А., Аббакумов Е.И., Куклина И.Г., Ложкин Ф.В. Расчет динамических характеристик гидравлических виброопор.// Международная научно-техническая конференция "Испытания материалов и конструкций". Н. Новгород, 2000

71. Гордеев Б.А., Аббакумов Е.И., Ложкин Ф.В. Статические и динамические испытания гидравлических виброопор.// Международная научно-техническая конференция "Испытания материалов и конструкций". Н. Новгород, 2000

72. Аббакумов Е.И., Гордеев Б.А., Куклина И.Г., Ложкин Ф.В. Расчет динамических характеристик гидравлических виброопор. // Сборник докладов. "8ая Международная научно-техническая конференция по динамике и прочности автомобиля". Москва, 2000.

73. Аббакумов Е.И., Гордеев Б.А., Ложкин Ф.В., Синев А.В. Предварительная оценка статической жесткости обечаек гидроопор силовых агрегатов.// Проблемы машиностроения и надежности машин. 2001, №3.

74. Гордеев Б.А., Аббакумов Е.И., Ложкин Ф.В. Экологические требования к современному автомобильному транспорту.// Всероссийская конференция "Необратимые процессы в природе и технике". МГТУ, 2001152