Введение к работе
Актуальность работы. Многоопорные транспортно-тяговые машины получили значительное распространение, так как при большой грузоподъемности они обладают высокой проходимостью, устойчивостью и управляемостью при сравнительно небольших нагрузках на ось. Это позволяет эксплуатировать многоопорные машины на дорогах с твердым покрытием, грунтовых, а также в сельском хозяйстве и условиях бездорожья.
Эксплуатационные свойства многоопорных машин в значительной мере зависят от качества их подвески. Потенциальные возможности традиционно используемых пассивных подвесок практически исчерпаны. Дальнейшее улучшение эксплуатационных свойств многоопорных машин требует перехода к управляемым подвескам. Управление подвеской позволяет существенно повысить плавность хода многоопорных машин,поперечную и курсовую устойчивость, управляемость, а также обеспе -чить стабилизацию грузовой платформы в продольной и поперечной плоскостях и по вертикальному перемещению, снизить динамические нагрузки на несущую конструкцию.
Управление подвеской позволяет обеспечить более стабильный контакт ходовых систем с опорной поверхностью (за счет уменьшения дисперсии вертикальных реакций), что улучшает тягово-сцепные качества многоопорных машин и уменьшает разрушающее воздействие на почву. Поэтому усложнение конструкции подвески, вызванное введением управляемых элементов и обратных связей, представляется оправданным, тем более, что современные технические средства управления позволяют осуществить практическую реализацию управляемых подвесок.
Многоопорные машины с управляемой подвеской представляют собой сложные системы, функционирующие в условиях воздействия случайных возмущений. В процессе проектирования управляемой подвески требуется вести поиск технических решений, сравнивать возможные варианта, определять основные конструктивные параметры, произво -дить выбор структурной схемы системы управления и синтез алгоритма управления, а также оценивать эффективность принятых решений. Сложность используемых математических моделей - их многомерность, нелинейность, наличие неголояоыных связей и случайных возмущений, а также необходимость решения задач синтеза управления подвеской, обусловливает необходимость разработки единой методики моделиро-
вания и синтеза управляемой подвески многоопорных машин, которая и составляет основу данной работы.
В диссертации сфорлулирозакы и развиты основные положения нового научного направления, имеющего важное прикладное значение: разработка и совершенствование прикладной, теории и методики решения задач моделирования и синтеза управляемой подвески многоопорных транспортно-тяговых машин. Исследования по теме диссертации проводились в период 1978-1992 гг. и были связаны с проведением НИ ОКР по Постановлению ГКНТ при СМ СССР (№ 132 от 19.04.82), в рамках межвузовской программы САПР (приказ MB и ССО СССР И 535 от 20.05.81), п. 2.4.6, плана важнейших НИР в области естественных и общественных наук на 1981-85 гг. (постановление Президиума АН БССР Л 230 от 5.12.80), Республиканской НТП "Машиностроение", раздел 03.03.Н9.
Цель работы - улучшение эксплуатационных свойств многоопорных транспортно-тяговых машин, улучшение условий труда водителей,обеспечение сохранности перевозимых грузов на основе углубления исследований процессов управления подвеской, разработки методов моделирования и синтеза управляемой подвески и применение разработанных методов к решению технических задач, возникающих при проектировании управляемых подвесок.
Методы исследования. В работе использованы методы аналитичес -кой механики, теории колебаний, динамических аналогий, теории случайных процессов и спектрального анализа, теории управления, численные методы, методы машинного эксперимента. Решения получены в аналитическом виде и приближенными методами с применением ЭВМ.
Синтез управлений построен на использовании методов репвния обратных задач динамики, теории управления и теории устойчивости.
Научная новизна работы заключается в получении и обобщении методов моделирования и синтеза управляемой подвески многоопорных транспортно-тяговых машин.
На защиту выносятся:
методика математического моделирования многоопорных машин с управляемой подвеской, учитывающая иерархическую структуру систем, и ее физическую неоднородность, наличие элементов с нелинейными характеристиками и неголономных связей;
математическая модель многоопорной колесной машины с управляемой подвеской, описывающая ее пространственное движение с учетом
злинейных характеристик элементов подвески, кинематики направля-цего аппарата, неголономных связей и управляемых гидропневгати -зских опор;
- методика динамического синтеза систем виброзащиты и стаби -
азации, включая формализацию технических требований к управляє -
ой подвеске, декомпозицию задачи синтеза с использованием иерар-
шческой модели и сведение задачи синтеза к последовательности
братных задач динамики, обоснование рангового критерия динамичес-
ой управляемости многоопорных машин с управляемой подвеской;
-решение задачи об оптимальной стабилизации многоопорного твердого тела и применение этого решения к синтезу алгоритмов управления подвеской многоопорных машин;
алгоритм управления подвеской многоопорной машины с различили схемами соединения управляемых гидропневматических опор (управление опорами, осями, тележками и опорами бортов);
результаты исследования динамики многоопорной машины с уп -равляемой подвеской, полученные методом машинного эксперимента и подтверждающие эффективность предложенных методов моделирования и синтеза управляемой подвески многоопорных машин и работоспособ -ность полученных алгоритмов управления по критериям управляемости, плавности хода и энергетическим затратам на управление.
Новизна технических решений, полученных в ходе исследований, подтверждена 5-ю авторскими свидетельствами.
Практическая ценность работы. Разработанные в диссертации теоретические положения и проблемно-ориентированный инструментарий моделирования и синтеза позволяют решать широкий круг задач исследования и проектирования управляемых подвесок многоопорных машин.
Разработанная прикладная теория позволяет создавать управляемые подвески с заданными свойствами, определять их параметры и получать алгоритмы управления, обеспечивающие необходимое качество стабилизации, плавность хода и управляемость в заранее неизвестных условиях движения машины, улучшать условия труда водителя,повысить безопасность транспортного процесса и обеспечить сохран -ность перевозимых грузов, сократить сроки проектирования управляемых подвесок. Разработана конструкторская документация на стен -довую установку с управляемой гидропневматической опорой и алгоритмы управления подвеской многоопорных машин.
Разработанные теоретические положения и методики отражены з
двух монографиях. Предлагаемая методика моделирования составляет основу курсов лекций"Методы моделирования" и "Математические модели в расчетах на ЭВМ", читаемых автором в Белорусской государст -венной политехнической академии, а методы моделирования и синтеза, выносимые на защиту, используются з курсовом и дипломном проектировании.
Реализация работы. Результаты исследований используются при проектировании и создании управляемых подвесок автомобилей в ПО БелавтоМАЗ.
Апробация -работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Белорусского политехнического института в 1978-93 гг., на научно-технической конференции Ивановского энергетического института в 1979 г., на ХХП-ХХШ научных конференциях Университете дружбы народов им. П.Лумумбы в 1986-90 гг., на научных семинарах кафедры теоретической механики УДН им. П.Лумумбы, руководимых проф. А.С.Галиуллиным, в 1985, 1986 и 1988 гг., на ХШ-ХУ республиканских научно-технических конференциях Минского автомобильного завода в 1979-81 гг., на республиканской научно-технической конференции, посвященной 70-летию Великого Октября и 40-летию Белорусского автомобилестроения на Минском автомобильном заводе в 1987 г.; на всесоюзных семинарах, совещаниях и конференциях, среди которых: Ш Всесоюзная конференциях по механике управляемых систем, г. Иркутск, 1978 г.; Всесоюзная конференция "Автоматизация проектных и конструкторских работ", г. Москва, 1979 г.; П Всесоюзный семинар "Методы активной виброзащиты машин и конструкций, г. Каунас, 1981 г., Всесоюзное научное совещание по проблемам виброизоляции машин и приборов, г. Москва, 1986 г., всесоюзная НТК "Применение микропроцессорной техники в системах управления автомобилем", г. Минск, 1988 г., на семинаре "САПР изделий и технологических процессов в машиностроении", г.Волгоград, 1988 г., всесоюзной конференции "Нелинейные колебания механических систем", г. Горький, 1990 г.. Результаты докладывались и обсужда -лись также на 23-м международном коллоквиуме в Высшей технической школе г. Ильмеяау (ГДР) в 1978 г., а также 33-м (1988 г.), 34-м (1989 г.) и 36-м (1991 г.) и на международном симпозиуме МАМ UNDER VIBRATION, г. Москва, 1985 г.
Публикация. По теме диссертации опубликовано 43 работы, в том
іисле две монографии, 5 авторских свидетельств на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, іємь разделов, заключение, список литературы из 140 наименований і приложения. Основное содержание работы изложено на 240 страницах машинописного текста, иллюстрированного 61 рисунком и 5-ю таблицами.
