Введение к работе
Актуальность работы. Проблема снижения уровней вибрации и шума на дорожных машинах (ДМ) в настоящее время приобретает все большую актуальность. Повышенная вибрация снижает ресурс силовых агрегатов ДМ, вызывает дополнительное потребление энергии в переходных режимах работы агрегатов, приводит к возникновению и развитию профессиональных заболеваний обслуживающего персонала. Повышенный уровень шума ухудшает экологические показатели транспортных средств, увеличивая дискомфорт, что приводит к снижению производительности труда. Поэтому в нормативные документы при создании ДМ вводятся жесткие требования по защите от вибрации и шума. В связи с этим возникает необходимость на этапе проектирования ДМ обеспечивать необходимые параметры систем виброзащиты и рассчитывать предполагаемую вибрационную нагрузку на рабочем месте человека-оператора.
На современном российском рынке предлагается достаточно большое количество инженерных САЕ-систем (Computer Aided Engineering) с помощью которых можно исследовать колебания машин. Среди них есть системы инженерного анализа среднего уровня, такие как COSMOS/Works, COSMOS/Motion, COSMOS/FloWorks для SolidWorks; системы инженерного анализа, встроенные в тяжелые САПР, - Pro/MECHANICA для Pro/ENGINEER, Unigraphics NX САЕ для Unigraphics NX, CATIA CAE для CATIA и системы полно функционального инженерного анализа с мощными средствами и обширными библиотеками элементов - ANSYS/Multiphysics, APNASTRAN, MSC.NASTRAN и другие.
Для расчетов в этих системах обычно используется метод конечных элементов. Они позволяют осуществить полный цикл проектирования от построения трехмерной модели до расчета различных узлов на прочность, но использование этих систем для расчета вибрационной нагрузки достаточно сложно, трудоемко и нецелесообразно. Например, если есть трехмерная модель какой-либо машины, то для анализа колебаний необходимо задать все сопряжения и ограничения для деталей, нагрузки, либо создавать еще одну упрощенную модель.
В связи с этим, является актуальной задача создания специализированных систем для автоматизации проектирования (САПР) элементов виброзащиты ДМ.
Целью диссертационной работы является создание системы автоматизации проектирования элементов устройств, снижающих динамические воздействия на кабину ДМ на базе колесного трактора.
Объект исследования - процесс моделирования устройств снижающих динамические воздействия на кабину ДМ на базе колесного трактора.
Предмет исследования - закономерности процесса моделирования устройств, снижающих динамические воздействия на кабину ДМ на базе колесного трактора.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
проанализированы и систематизированы современные отечественные и международные нормы в области вибрационной безопасности, сформулирован критерий оценки вибрационной нагрузки на рабочем месте человека-оператора;
разработана пространственная математическая модель сложной динамической системы «микрорельеф - дорожная машина - кабина -человек-оператор»;
разработаны алгоритмы автоматизации процессов синтеза параметров устройств виброзащиты и обработки вибрационного сигнала на месте человека-оператора;
разработана система автоматизации проектирования основных параметров устройств виброзащиты кабин дорожных машин на базе колесных тракторов.
Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования, прикладной математики и теории алгоритмов.
Научная новизна работы заключается в разработке пространственной математической модели сложной динамической системы «микрорельеф -дорожная машина - кабина - человек-оператор», позволяющей рассчитывать вибрационную нагрузку места человека-оператора на этапе проектирования ДМ. Разработке алгоритма автоматизации синтеза параметров устройств, снижающих динамические воздействия на кабину ДМ, позволяющего в автоматизированном режиме производить расчет оптимальных параметров устройств виброзащиты. Разработке методики имитационного моделирования для проектирования устройств, снижающих динамические воздействия на кабину ДМ, учитывающей влияние рабочего оборудования на формирование вибрационной нагрузки на мете человека-оператора.
Практическая ценность работы.
Использование разработанной САПР позволит:
сократить затраты времени инженеров при проектировании устройств, снижающих динамические воздействия на кабины дорожных машин на базе колесных тракторов;
повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции за счет оптимизации параметров и сокращения времени разработки новых виброзащитных устройств и модернизацию существующих;
повысить качество и оперативность получения проектных решений;
повысить качество подготовки специалистов в высших учебных заведениях.
Применение разработанных алгоритмов и программного продукта в качестве модуля более мощной САПР позволит осуществлять полный цикл автоматизации проектирования дорожных машин и получать расчетные значения вибрационной нагрузки на месте человека-оператора на этапе проектирования.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались на научно-практических конференциях: Всероссийская научно-техническая конференция «Роль механики в создании эффективных материалов, конструкций и машин XXI века» (г. Омск, СибАДИ, 2006 г.), Межвузовские научно-практические конференции студентов, аспирантов и молодых исследователей «Теоретические знания в практические дела» (г. Омск, РосЗИТЛП, 2007, 2008, 2009 г.г.), II Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» (г. Омск, СибАДИ, 2007), III Международная научно-техническая конференция «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (г. Омск, НГАВТ, 2007 г.), IV Международный технологический конгресс «Военная техника, вооружение и современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения» (г. Омск, СибАДИ, 2007 г.), Международный конгресс «Машины, технологии и процессы в строительстве» (г. Омск, СибАДИ, 2007 г,), 62-ая научно-техническая конференция ГОУ "СибАДИ" (г. Омск, СибАДИ, 2008 г.), IV Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» (г. Омск, СибАДИ, 2009 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 печатных работ.
Внедрение результатов работы. Система автоматизации проектирования устройств, снижающих динамические воздействия на кабину ДМ внедрена в Конструкторское бюро Транспортного машиностроения.
