автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Расчет параметров плавности хода и динамической нагруженности грузовых автомобилей с учетом внутренних источников возбуждения колебаний

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи БОРИСОВ СЕРГЕИ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПЛАВНОСТИ ХОДА И ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ С УЧЕТОМ ВНУТРЕННИХ ИСТОЧНИКОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ

Специальность 05.05.03. - автомобили и тракторы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена на кафедре "Автомобили" Московского ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожного института

Научный руководитель - кандидат технических наук,

профессор Жигарев В.П.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Бухин Б.Л., кандидат технических наук Коввдкий В.И.

Ведущее предприятие - Московское производственное

объединение АвтоЗИЛ

Защита состоится "_"_1992 г. в _часов

на заседании специализированного совета К 053.30.09. Московского автомобильно-дорожного института по адресу: 125829, Москва, Ленинградский проспект, 64.

С диссертацией можно ознакомиться в диссертационном зале МАДО.

Автореферат разослан "_"_1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

В.М.Власов

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время повышаются требования к допустимым уровням вибраций, воспринимаемым человеком без снижения его производительности труда. В стандарте ISO присутствуют интегральная оценка сохранения работоспособности человеком при механических колебаниях и дифференциальная оценка (в третьоктав-ных диапазонах частот), которая значительно уменьшает допустимые уровни среднеквадратических ускорений. Поэтому большое значение приобретает снижение уровня вибраций, вызванных внутренними источниками автогенерации колебаний, которые при движении автомобиля по ровным дорогам могут вносить существенный вклад в воз-бувдение его колебаний, и которые передаются человеку и перевозимому грузу.

К таким источникам в первую очередь необходимо отнести двигатель и колеса. Внутренние источники возбуждения колебаний автомобиля создают некоррелированные с возмущающим воздействием от дороги сигналы. Эти вибрации имеют дискретный спектр. Определить их наличие можно по графикам функций когерентности между сигналом возмущающего воздействия от дороги и сигналом ускорений какой-либо точки автомобиля. Такие функции когерентности были получены при испытаниях автомобиля ЗШ1-131 при его движении по изношенному асфальту. Для всех функций когерентности характерным является то, что на частотах, кратных частоте вращения колес автомобиля, образуются "провалы", где функция когерентности практически равна нулю. Таким образом, на этих частотах имеются узкополосице возбуждения, большие, чем возмущения, создаваемые дорожным микропрофнлем. Источником этих колебаний может быть только неоднородность колес.

Кроме того внутренние источники возбуждения колебаний могут в значительной степени влиять на колебания перевозимых виброчувствительных грузов и вызывать резонансные явления.

В силу указанных причин актуальными являются экспериментальные и теоретические исследования вибронагруженности автомобиля, вызванной внутренними источниками генерации колебаний. Работа была выполнена в рамках заказов МОКБ "Горизонт", НИИХСМ и ПО АвтоЗИЛ.

Цель работы:

- исследовать влияние внутренних источников автогенерации колебаний на вибронагруженность и динамическую нагружен-

- г -

ность автомобиля;

- выполнить стендовый эксперимент с целью определения уровней вибраций, возникающих вследствие внутренних источников автогенерации колебаний;

- определить количественные характеристики радиальной неоднородности колес грузовых автомобилей;

- определить силовое воздействие, возникающее вследствие радиальной неоднородности колес одного моста автомобиля;

- построить модель силового воздействия, возникающего вследствие радиальной неоднородности колес одного моста автомобиля и включить ее в математическую модель вертикальных колебаний грузового автомобиля;

- выполнить расчет параметров плавности хода и динамической нагруженности автомобиля с учетом внутренних источников генерации колебаний;.

Научная новизна работы заключается в том, что характеристики неоднородности колес грузовых автомобилей определены по оригинальной методике при испытании автомобиля на стенде с гладкими барабанами. Исследовано влияние параметров шин (давления воздуха в шинах, температуры их разогрева) на параметры их неоднородности. Исследования трехосного грузового автомобиля показали, что параметры плавности хода автомобиля, получаемые из эксперимента на стенде с гладкими барабанами, являются самостоятельными характеристиками автомобиля, необходимыми для оценки его виброна-груженности и динамической нагруженности, что подтверждает необходимость их введения в проект нового ГОСТ "Автотранспортные средства. Показатели плавности хода и методы их измерения". Построена математическая модель силового воздействия, возникающего вследствие неоднородности колес одного моста автомобиля, которая включена в математическую модель вертикальных колебаний грузового автомобиля.

На защиту выносится:

- методика экспериментального определения силового воздействия, возникающего вследствие радиальной неоднородности колес автомобиля;

- результаты эксперимента на стенде с гладкими барабанами (характеристики радиальной неоднородности колес грузовых автомобилей);

- результаты стендового эксперимента по влиянию давления воздуха в шинах и температуры их разогрева на параметры неодао-

родности колес;

- математическая модель вертикальных колебаний грузового автомобиля с учетом силового воздействия, возникающего вследствие радиальной неоднородности колес и работы двигателя;

- результаты расчета параметров плавности хода и динамической нагруженности автомобиля, выполненные с учетом внутренних источников возбуждения колебаний.

Практическая ценность работы. Разработанная методика расчета вертикальных колебаний автомобиля с учетом внутренних источников генерации колебаний позволяет выполнить уточненную оценку параметров плавности хода и динамической нагруженности автомобиля при его движении по дорогам с ровными покрытиями, а также уточнить нагрузки, воздействующие на дорогу, со стороны движущегося автомобиля. Разработана модель силового воздействия, возникающего вследствие неоднородности шин, и расчетно-эксперимен-тальная методика его определения.

Разработанная методика расчета вертикальных колебаний автомобиля позволяет оптимизировать- параметры систем подрессоривания несущей системы, агрегатов и сиденья водителя с учетом внутренних источников возбуждения колебаний.

Разработанные в диссертации модель вертикальных колебаний грузового автомобиля и методика определения параметров неоднородности колес автомобиля могут быть использованы в опытно-конструкторских работах на автомобильных заводах при создании и доводке новых моделей автомобилей; в организациях, эксплуатирующих автотранспортные средства, при назначении режимов движения при транспортировке виброчувствительных грузов; в организациях, эксплуатирующих автомобильные дороги, при определении воздействия подвижного состава на дорожные покрытия.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 48-ой, 49-ой и 50-ой научно-исследовательских конференциях МАДИ (г. Москва, 1990, 1991 и 1992 г.г.), на 4-ом научно-техническом совещании "Динамика и прочность автомобиля" (г. Москва, институт проблем механики АН СССР, 1990 г.)

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, содержащего 153 наименования, и приложений. Общий объем работы - 250 страниц, в том числе: 121 страница машинописного текста, 68 рисунков, 43 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности, основные целп работы, и обзор литературы.

В обзоре литературы выполнен анализ работ, посвященных теоретическим и расчетно-экспериментальным исследованиям автомобилей. Значительный вклад в развитие теории и конструкцш автомобиля как колебательной системы и его систем подрессори-вания внесли советские ученые и исследователи Акопян P.A., Аксенов П.В., Атоян K.JI., Беленький Ю.Ю., Борисович В.Б., Грида-сов Г.Г., Гришкевич А.И., ДерОаремдикер А.Д., Жнгарев В.П., Ковицкий В.И., Кольцов В.И., Конев А.Д., Мельников A.M., Мусар-ский P.A., Островцев А.Н., Пархиловский И.Г., Певзнер Я.М., Плетнев А.Е., Прутчиков O.K., Ротенберг Р.В., Силаев A.A., Степанов И.С., Фурунжиев Р.И., Хачатуров A.A., Юткевич М.А., Яцен-ко H.H. и другие, а также зарубежные ученые Bobbert G., Cheies A., Clark D., Grigg P., Miteohke M., Oberto L. и другие. В работах указанных авторов приводятся исследования колебаний автомобиля по математическим моделям различной сложности прк детерминированном и случайном возмущениях от дорожной поверхности, а также результаты расчетов плавности хода и динамической нагруженности автомобиля и влияния на эти эксплуатационные характеристики скорости движения автомобиля, его конструктивных параметров и типа дорожного покрытия.

Исследования неоднородности пневматических шин начались зе рубежом. Значительный вклад в исследования неоднородности шин сделали Olarok S.K., Geareg D.M., Gough V.U., Gruber P.M., Norde en D. В нашей стране большой вклад в исследования в этой области внесли работы, выполненные в НИИШП Бухиным Б.Л., Захаровым С.П., Коноваловой Н.П. и Туровской H.A.

Публикации указанных авторов в основном посвящены шинам легковых автомобилей. В них рассматриваются причины, вызывающие неоднородность шин, критерии неоднородности шин, приводятся результаты гармонического анализа сил, возникающих вследствие неоднородности шин легковых автомобилей.

Неоднородность шин грузовых автомобилей изучена меньше. Публикаций, посвященных неоднородности шин грузовых автомобилей, крайне мало. Одними из немногих работ, посвященных этой теме, являются работы Gilleepie T.D., Медведкова В.И. и Дербаремдике-ра А.Д. В этих работах показано, что неоднородность шин грузовых

автомобилей может вызывать заметные колебания не только непод-рессоренных, но и подрессоренных масс. Эти колебания передаются к водителю и перевозимому грузу.

Существует довольно большое количество моделей пневматической шины. В основном эти модели основываются на теории оболочек и не приемлемы для расчета колебаний автомобилей. В подобных расчетах используются более простыв модели, в которых в основном используется элемент Кельвина-Фойхта. Бухин Б.Л., Захаров С.П., Комкин А.И., Яценко H.H., Captain K.M., Clarok S.K., Sttuts D.S. и другие предлагают и используют различные модели пневматической шины, которые в той или иной мере учитывают ее неоднородность. Как правило в этих работах рассматриваются колебания только не-подрессоренных масс автомобиля, либо колебания и подрессоренных масс, которые рассчитываются по простейшим моделям автомобиля. На основании подобных расчетов мокно больше судить о качественном влиянии неоднородности колес на параметры колебаний автомобилей нежели об изменении их количественных характеристик. Поэтому представлялось важным разработать такую модель вертикальных колебаний грузовых автомобилей с учетом неоднородности колес, которую можно было бы применить для расчета параметров плавности хода и динамической нагруженности конкретных транспортных агрегатов.

Исследованием колебаний силовых агрегатов автомобилей занимались советские ученые Латышев Г.В., Минкин Л.М., По-пык К.Г., Резвяков Е.М., Семенов Г.И., Тольский В.Е. и другие, а также зарубежные ученые Bolton-Knight B.L., Horovitz М., Law R.Ii., Mather D. и другие. В публикациях указанных авторов предлагаются различные модели колебаний автомобилей, учитывающие колебания двигателя. В большинстве из них двигатель считается твердым телом, установленным на упругих опорах на неподвижной раме автомобиля, то есть в основном работы посвящены колебаниям самого двигателя, а не влиянию его колебаний на колебания автомобиля в целом.

На основе анализа литературы сформулированы направления и цели исследований.

Первая глава посвящена модели силового воздействия, возникающего вследствие неоднородности шины. Моделью, в которой интегрально учтены все параметры неоднородности колес одного моста автомобиля, может служить модель с приложением к каждому мосту одной силы, равной главному вектору всех сил, возбуждающих

колебания, и одной пары сил с моментом, равным главному моменту этих сил. Указанные силовые факторы, генерирующие колебания не-подрессоренных масс автомобиля и автомобиля в целом,- главный вектор И*(1;) и главный момент М*(-Ь), могут быть представлены полигармоническими функциями, то есть в виде суммы гармоник, частоты которых кратны скорости вращения колес и определяются скоростью движения автомобиля и радиусом качения колес.

к

й*(1;) = 2 Е*оов(мЛ + 7 ),

(I)

■(Ю =2 м сое(п£«Л + 7 ). п=1 п п

Амплитуды п-ой гармоники главного вектора и главного момента определяются следующими выражениями:

Нп = 2(0п + &<У1) ~

(2)

Ы* = <1(0^ + АС^Ш - Вп</)в1л§.

где 1 - колея автомобиля, а - угол между силами п-ой гармоники, приложенными к колесам одного моста, со - скорость вращения колес, 0_, ДО кЯ - константы.

п п п

Если коэффициенты <2п и Д<Зп определяются только расчетно-экспериментальными методами, то коэффициенты (гармоники

статического дисбаланса) можно рассчитать.

Существует довольно большое количество моделей колеса, которые позволяют рассчитать силовое воздействие, возникающее вследствие его статического дисбаланса. Рассмотрим модель, с помощью которой можно относительно просто определить гармоники этого силового воздействия для шин, имеющих одну дебалансную массу (случай наибольшего силового воздействия, возникающего вследствие статического дисбаланса). Примем допущение, что шина деформируется только в зоне площадки контакта с дорогой, а остальная поверхность недеформирована и имеет форму окружности. (На самом деле поверхность пшны в зоне входа в площадку контакта и в зоне выхода из нее имеет большую кривизну, что приводит к изменению распределения инерционных сил вдоль длины беговой дорожки.) Ускорение неуравновешенной массы в зоне площадки контакта является векторной суммой переносного ускорения, относитель-

ного ускорения и ускорения Кориолиса, и его проекция на вертикальную ось ъ равняется нулю (рис.1). Таким образом, при принятых допущениях проекция неуравновешенной силы на ось ъ определяется выражением:

О, -а < ср < а

(3)

Ш^оовф, а < ф $ 27с - а,

где 0 - величина статического дисбаланса.

Разложив найденную функцию в ряд Фурье, получим гармоники статического дисбаланса:

ю1 = - а- |в1п(2а)),

с2 = ^(в1ла - двЛгАх).

(4)

в3 = ^(281п(2а) + в1п(4а)),

= |(1|в1п3а - ^|з1п5а - 2в1па),

Рис.1. Расчетная схема силового воздействия, возникающего вследствие статического дисбаланса колеса.

Для моделей шин Вцй-11276, КИ-ПЗ и НР-56, устанавливаемых на грузовых автомобилях, значения гармоник статического дисбаланса находятся в следующих пределах:

Б1 = (0,66...0,79)0,

V. = (0,20...0,28)0,

2 (5)

Б3 = (0,18...0,26)В,

0Д = (О,II...О,16)0.

Наибольшая амплитуда неуравновешенной силы, возникающей вследствие дисбаланса, соответствует первой гармонике. С ростом частоты гармоник их амплитуда уменьшается. Гармонический ряд силового воздействия, возникающего вследствие дисбаланса шины, сходится медленно, и высокочастотные гармоники могут вызывать существенные колебания неподрессоренных масс автомобиля.

Вторая глава посвящена расчетно-экспериментальным методам определения количественных характеристик радиальной неоднородности шин грузовых автомобилей. Для определения коэффициентов, входящих в выражения (2) был проведен эксперимент на стенде с гладкими барабанами. Из результатов эксперимента был определен характер влияния скорости вращения колес, давления воздуха в шинах и температуры их разогрева на вибронагруженность автомобиля, значения коэффициентов в выражениях (2) и на амплтуды гармоник главного вектора и главного момента силового воздействия, возникающего вледствие неоднородности шин.

Испытания проводились с перспективной моделью ПО Автозил автомобилем ЗШГ-4334 и пятью моделями шин: шина 1140-450x508 модели БцИ-П276, шина модели БцИ-П276 с насечками, шина 370/80 И 508 модели НР-56, шина 12.00 И 20 модели КИ-ПЗ, шина модели М-93. '

Трехосный автомобиль ЗШ1-4334 устанавливался колесами на гладкие барабаны стенда и удерживался на них тросами - растяжками. Колеса автомобиля приводились во вращение как от электродвигателя стенда, так и от двигателя автомобиля. Такая методика эксперимента позволила выделить колебания, возникающие как вследствие неоднородности колес автомобиля, так и вследствие работы двигателя. После прогрева шин до достижения ими теплового баланса (температуры около 50° С) при скоростях вращения колес, соответствующим скоростям движения автомобиля 20, 40, 60 и 80 км/ч, измерялись вертикальные ускорения колес, вертикальные

ускорения лонжеронов в сечениях над передним мостом автомобиля и над осью балансирной тележки, а также вертикальные ускорения на полу кабины. Измеряемые датчиками ускорения регистрировались на шестиканальном магнитографе, после чего записанные на магнитную ленту сигналы обрабатывались на двухканальном анализаторе сигналов. В эксперименте использовалась аппаратура фирмы Брюль и Къер. Перед записью сигналов регистрировался шум, который впоследствии исключался при построении графиков.

Для определения СКЗ вертикальных ускорений водителя была использована передаточная функция:

гвР+0в

*КЯВ ШрР +ГвР+Ов

где па^ - масса водителя, ов - жесткость сиденья, гв - коэффициент вязкого трения в сиденьи, гк - ускорение пола кабины, гв -ускорение водителя.

В ходе обработки записанных сигналов были получены графики спектральных плотностей вертикальных ускорений указанных точек (рис.2). Спектры имеют ярко выраженный линейчатый характер. Частоты спектральных полос кратны частоте вращения колес, то есть зависят от скорости движения автомобиля.

По результатам стендового эксперимента были получены величины амплитуд гармоник главного вектора и главного момента косвенным образом. Для определения величин амплитуд гармоник главного вектора автомобиль был представлен линейной моделью, по которой были рассчитаны ашлитудно-частотные характеристики (АЧХ) неподрессоренной массы при значении амплитуды силы о 1000 Н, приложенной к центру тяжести моста. Для определения численного значения амплитуд гармоник главного вектора сил возбуждения необходимо привести СКЗ полусуммы вертикальных ускорений колес к амплитудному значению, увеличив СКЗ в У2 раз. Разделив его на значение амплитуды, полученное из АЧХ на той же частоте и умножив на 1000 Н, получим амплитуду гармоники главного вектора сил возбуждения.

Аналогичным образом, используя АЧХ угловых поперечных ускорений моста, были вычислены величины амплитуд гармоник составляющих пары сил с моментом, равным главному моменту сил возбуждения.

По значениям амплитуд гармоник, полученным для различных

0,4

0,2

а)

10

15

0,4

0,2

, л

5 10 15

б)

Рис.2. Спектральная плотность полусуммы ускорений а) - колес заднего моста; б) - лонжеронов в сечении над осью балан-сирной тележки. V = 40 км/ч.

скоростей прокручивания колес, были рассчитаны значения кэффици-ентов Qn, ¿Qn и Dn, входящих в формулы (2).

Величины коэффициентов для исследованных моделей шин находятся в следующих пределах:

Q1 = 500..Л900 Н.

Q2 = (0,25...0,50)0,.

АС^ = 0,1.. Л,4 Не, n = I, 2. (7)

= 0,38...О,59 кгм,

D2 = (0,2...0,3)Dt.

Угол а между силами, приложенными к колесам одного моста, в принципе может быть произвольным. У исследованных моделей шин он находился в пределах 27...92°.

Стендовый эксперимент показал, что неоднородность шин вызывает заметные колебания как неподрэссоренных, так и подрессоренных масс автомобиля. Силовые факторы, действующие на автомобиль вследствие неоднородности шин, существенно зависят от температурного режима их работы, и давления воздуха в них. Колебания мостов автомобиля возникают в широком диапазоне частот (0...20 Гц), то есть амплитуды гармоник сил возбуждения, убывают с ростом частоты медленно. Неоднородность шин вызывает колебания водителя. СКЗ вертикальных ускорений водителя в спектральных полосах частот достигают 20 % от допустимых значений, установленных ISO для рабочего дня продолжительностью 8 часов. Работа двигателя оказывает существенное влияние- на вибронагруженность автомобиля только при работе на холостом ходу, то есть работа двигателя может оказать влияние на вибронагруженность автомобиля при его движении накатом.

В третьей главе рассматривается модель колебаний грузового трехосного автомобиля, которая учитывает радиальную неоднородность шин и силовое воздействие со стороны двигателя. Трехосный автомобиль ЗШГ-4334 был представлен нелинейной дискретно-континуальной моделью, в которой кабина, двигатель, водитель и мосты являются твердыми телами, а несущая система - свободным стержнем податливым на изгиб в вертикальной плоскости и работающим в условиях свободного кручения. В математической модели учтены поперечные реакции на колесах. Модель листовой рессоры учитывает наличие сухого трения и кручение рессоры. Кручение рессоры описывается линейной моделью.

При моделировании упругих колебаний несущей системы было удержано два тона упругих изгибных колебаний и шесть тонов упругих крутильных колебаний стержня, моделирующего несущую систему автомобиля.

Силовые факторы и М*(Ю, возникающие вследствие

неоднородности шин, вычислялись по формулам (I) и (2). Величина опрокидывающего момента двигателя, передаваемого через опоры двигателя на раму автомобиля, равна моменту на коленчатом валу. При разложении функции момента на коленчатом валу в ряд Фурье определялись амплитуды и фазы гармоник опрокидывающего момента.

Проведенные исследования показали, что при движении автомобиля в широком диапазоне скоростей по.дорожным покрытиям различной ровности, колебания двигателя ЗШГ-645, устанавливаемого на автомобиле 311Д-4334, незначительно влияют на вибронагруженность и динамическую нагруженность автомобиля в диапазоне частот О...25 Гц, и поэтому ими можно пренебречь.

Моделирование вертикальных колебаний автомобиля ЗИЛ-4334 выполнялось на аналого-вычислительной машине АВК-23. Обработка результатов проводилась с помощью комплекса аппаратуры фирмы Брюль и Къер. Выходными параметрами расчета являлись спектральные плотности дисперсий (СПД) и среднеквадратические значения (СКЗ) параметров плавности хода и динамической нагрукенности автомобиля. Были рассчитаны СПД и СКЗ полусуммы ускорений лонжеронов и ускорений углов поворота несущей системы в различных сечениях, ускорений углов закручивания и углов закручивания несущей системы в базе автомобиля, изгибающих моментов в различных сечениях несущей системы, ускорений колес, ускорений точек двигателя и кабины, а также ускорений водителя.

Возмущащее воздействие от дороги задавалось с помощью генератора случайных сигналов "белый шум" и формирующих фильтров для получения из "белого шума" случайных сигналов, имеющих статистические характеристики, соответствующие характеристикам микропрофилей дорог. При моделировании случайных колебаний автомобиля использовались характеристики следущих типов дорог: динамометрическая дорога, ровный асфальт, разбитый асфальт, булыжник. Спектральные плотности возмущающих воздействий для этих дорог были приняты следующими:

3'1(Г6<Лг + 0,6г)

к (Л.) = -----— (8)

4 (А. ♦ 0,1 ) (А + 0,2 )

для динамометрической дороги,

6 "Ю-6 (А.2 + О,б2)

К (XI = —----------(9)

4 (А. + 0,1г)(А.2 + 0,2 )

для ровного асфальта,

2,5* Ю-5 (А.2 + 52)

К (Л) = __---------(Ю)

1 (К + 0,Г2)(Л.2 + З2) для разбитого асфальта, 10~4

К (А.) = -----(II)

4 кг + 0,12

для булыжника, где А. - дорожная частота.

Сглаживающий эффект шины в возмущающем воздействии учитывался вводом в фомируицие фильтры звеньев, передаточные функции которых имеют вид:

V» - ^ • (12>

где Хд = 1,1/10 (210 - длина площадки контакта шиш с дорожной поверхностью).

Моделирование запаздывания подачи возмущагацего воздействия под колеса среднего и заднего мостов осуществлялось с- помощью блоков постоянного запаздывания БПЗ 2М.

Проверка адекватности модели проводилась сравнением экспериментальных и расчетных спектров параметров колебаний при движении автомобиля по булыжнику и динамометрической дороге ЦНИАП НАМИ. Дорожный эксперимент был проведен в ЦНИАП НАМИ совместно с ПО АвтоЗИЛ.

Оценивая сопоставимость спектров, необходимо принимать во внимание,что различие обусловлено погрешностью конечной выборки, аппаратурной погрешностью эксперимента и погрешностью моделирования (рис.3).

Расчетные и экспериментальные спектры удовлетворительно

■г

Рис.3. СГЩ полусуммы ускорений лонжеронов в сечении над передним мостом автомобиля, а) - булыжник, V = 30 км/ч; б) - динамометрическая дорога, V = 50 км/ч. I - эксперимент; 2 - расчет без учета и м*т: 3 - расчет с учетом и*(1;) и м*(г).

согласуются между собой. Лучшее совпадение наблюдается в диапазоне частот, меньших 18...20 Гц. Качественный характер расчетных и экспериментальных спектров полностью совпадает, у расчетных спектров наблюдаются те же резонансные зоны, что и у экспериментальных спектров. Также удовлетворительно согласуются СКЗ параметров плавности хода автомобиля, подсчитанные в диапазоне частот 0,25...25 Гц. При движении автомобиля по булыжнику наихудшее совпадение наблюдается у СКЗ ускорений угла закручивания рамы в базе автомобиля.При скорости движения 30 км/ч, разница между ними составляет 7,5 %. При движении автомобиля по динамометрической дороге наихудшее совпадение наблюдается у СКЗ полусуммы ускорений лонжеронов в сечении над передней осью автомобиля при его движении со скоростью 50 км/ч, разница между экспериментальными и расчетными значениями составляет 35 % при расчете СКЗ без учета радиальной неоднородности шин и 13 Ж при расчете с учетом радиальной неоднородности шин.

Учет силового воздействия, возникающего вследствие неоднородности шин, при движении автомобиля по булыжнику в незначительной степени сказывается на ординатах спектров вследствие высокого уровня возмущающего воздействия от дороги, хотя учет неоднородности шин приводит в большинстве случаев к-улучшению сходимости расчетных и экспериментальных спектров. При движении автомобиля по динамометрической дороге ЦНИАП НАШ и ровному асфальту учет силового воздействия приводит к значительному увеличению ординат спектров на частотах силового воздействия.

В четвертой главе рассматривается целесообразность учета силового воздействия от неоднородности шин при расчете параметров плавности хода и динамической нагруженности автомобиля при моделировании его движения по дорогам с ровными покрытиями.

Неоднородность шин вызывает резкое увеличение ординат спектров на частотах, кратных частоте вращения колес,но при третьок-тавном осреднении этот резкий подъем ординат спектров в узкой полосе частот "размывается" по третьоктавной полосе, и влияние неоднородности шин менее наглядно.

Значения спектров, полученные при моделировании движения автомобиля по ровному асфальту с учетом силового воздействия, в зависимости от рассчитываемого параметра могут увеличиваться в несколько раз по отношению к значениям, рассчитанным без учета силового воздействия. Особенно это относится к тем случаям, когда частота одной из гармоник силового воздействия находится

ы

в резонансной зоне.Кроме того было установлено, что неоднородность шин при движении автомобиля по дорогам с ровными покрытиями может оказывать заметное влияние и на дисперсии некоторых процессов -

В четвертой главе также рассмотрено влияние величин амплитуд гармоник силового воздействия, возникавдего вследствие неоднородности шин, и фаз силового воздействия на параметры колебаний автомобиля.

Силовое воздействие оказывает существенное влияние на параметры колебаний кабины и водителя. Наличие силового воздействия от неоднородности пшн приводит к увеличению СКЗ ускорений в третьоктавных полосах частот и необходимости учитывать неоднородность шин при оптимизации систем подрессоривания кабины и водителя с целью снижения их вибронагруженности.

Приводятся результаты оптимизации систем подрессоривания автомобиля.

основные вывода

1. Внутренние источники возбуждения колебаний оказывают заметное влияние на колебания автомобиля при его движении по дорогам с ровными покрытиями.

2. Спектры виброускорений различных точек автомобилей, получаемые на стенде с гладкими барабанами, являются его самостоятельными вибрационными характеристиками. Проведенные исследования подтверждают необходимость их введения в проект ГОСТ "Автотранспортные средства. Показатели плавности хода и методы их определения ."

3. Как показал эксперимент на стенде с гладкими барабанами наибольшие значения виброускорений различных точек автомобиля, вызванных работой двигателя, возникают при работе двигателя на холостом ходу. То есть, в наибольшей степени двигатель может оказывать влияние на вибронагруженность автомобиля при его движении накатом.

4. Величина силового воздействия, возникающего вследствие радиальной неоднородности колес, в значительной степени зависит от эксплуатационных параметров шин - давления воздуха в них, температуры их разогрева и скорости вращения колес (скорости движения автомобиля). Уменьшение давления воздуха, увеличение температуры разогрева шин приводят к уменьшению силового воздействия. Влия-

нив скорости движения автомобиля на величины силового воздействия, возникающего вследствие неоднородности колес, зависит от фазовых соотношений силовых факторов.

5. Неоднородность колес приводит к увеличению прогибов шин, и как следствие, к увеличению силового воздействия, оказываемого на дорогу со стороны движущегося автомобиля.

6. Неоднородность колес при движении автомобиля по дорогам с ровными покрытиями оказывает существенное влияние на колебания как неподрессоренных масс, так и подрессоренных масс. Колебания неподрессоренных масс, вызываемые неоднородностью колес, возникают в широком диапазоне частот (Q...20 Гц). Колебания несущей 4 системы автомобиля возбуждаются в основном в низкочастотной области, на частотах, близких к собственным частотам колебаний ненесущей системы как твердого тела.

7. Низкочастотные колебания, вызванные неоднородностью колес, от несущей системы через системы виброзащиты передаются на двигатель и кабину с водителем. В зависимости от количественных характеристик неоднородности колес и фазовых соотношений средне-квадратические значения ускорений водителя в третьоктавных полосах частот, вызванные этими причинами, могут достигать 20 % от допустимых значений, установленных ISO для воздействия продолжительностью 8 часов.

8. Оптимальные параметры систем виброзащиты кабины и водителя получаются различными при их оптимизации с учетом и без учета силового воздействия, возникающего вследствие неоднородности колес. Рекомендуется проводить оптимизацию систем виброзащиты автомобиля с учетом этого силового воздействия.

9. Так как параметры плавности хода и динамической нагруженности автомобиля зависят от количественных характеристик силового воздействия и фазовых соотнояений между силовыми воздействиями среднего и заднего мостов, эти эксплуатационные свойства могут значительно отличаться у автомобилей одной модели в зависимости от неоднородности колес, установленных на них.

10. Целесообразно проводить расчет вибронагруженности и динамической нагруженности автомобилей при их движении по дорогам с ровными покрытиями с учетом сил, возникающих вследствие неоднородности колес.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ

1. Борисов C.B., Жигарев В.П. Влияние параметров подвески кабины и двигателя на спектр собственных частот и формы колебаний несущей системы автомобиля. //Расчетные и экспериментальные исследования эксплуатационных параметров движения автотранспортных средств: Сб. науч. тр./МАДИ, 1987, с. 28-34.

2. Борисов C.B., Жигарев В.П. Влияние характеристик резиновых элементов виброзащитных систем на колебания автотранспортных средств. //Расчетные исследования вибронагруженности и прочности элементов конструкции автомобиля: Сб. науч. тр./МАДИ, 1989, с. 40-51.

3. Борисов C.B. Влияние параметров виброзащитных элементов автомобиля на спектр его собственных частот. //Расчетные исследования вибронагруженности и вибропрочности элементов конструкции автомобиля: Сб. науч. тр./МАДИ, 1989, с. 33-39.

4. Борисов C.B., Забулдовский Г.С., Латышев C.B., Сайдов Г.Г., Борисович В.Б. Испытания трехосного автомобиля на стенде с гладкими барабанами. //Расчетно-экспериментальные исследования динамической нагруженности и прочности конструкции автотранспортных средств: Сб. науч. тр./МАДИ, 1990, с. 27-36.

5. Борисов C.B. Исследование неоднородности автомобильного колеса. //Расчетно-экспериментальные исследования динамической нагруженности и прочности конструкции автотранспортных средств: Сб. науч. тр./МАДИ, 1990, с. 37-46.