Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В настоящее время на современных автотранспортных средствах (АТС) различной грузоподъемности широкое распространение получили подвески, включающие однополостные пневматические рессоры (ПР) низкого давления с резинокордной оболочкой (РКО) в качестве упругого элемента и гидравлические амортизаторы. Такие подвески имеют ряд преимуществ перед подвесками с металлическими упругими элементами, однако и они не обеспечивают нормативные показатели плавности хода АТС на неровных дорогах, что вызывает необходимость их совершенствования. Перспективным направлением такого совершенствования является применение двухполостных пневматических рессор (ДПР) с коммутацией (сообщением и разобщением) полостей в цикле колебаний. Алгоритмами коммутации полостей занимались многие исследователи: Г.С. Аверьянов, А.С. Горобцов, А.С. Дьяков, Б.А. Калашников, В.В. Новиков, А.В. Синев, Б.Н. Фитилев, Р.Н. Хамитов, В.И. Чернышев и др., которые доказали возможность улучшения виброзащитных свойств ДПР. Однако проведенные исследования носят разобщенный характер и не решена задача выявления оптимальных алгоритмов коммутации полостей, обеспечивающих повышение виброзащитных свойств ДПР. В связи с этим тема диссертации является актуальной.
Цель работы: повышение виброзащитных свойств пневматических подвесок автотранспортных средств на основе синтеза оптимальных алгоритмов коммутации полостей двухполостных пневматических рессор.
Для достижения данной цели поставлены следующие задачи исследования:
1. Разработать теоретические предпосылки, необходимые для поиска опти
мальных алгоритмов коммутации полостей ДПР, которые включают:
определение оптимальных условий изменения жесткости упругого элемента в цикле колебаний одноопорной одномассовой регулируемой линейной колебательной системы (РЛКС), обеспечивающих минимизацию абсолютных перемещений подрессоренной массы;
сравнительную оценку виброзащитных свойств РЛКС с найденным алгоритмом оптимального управления жесткостью и известным алгоритмом оптимального управления демпфированием;
Разработать методику синтеза алгоритмов коммутации полостей ДПР и синтезировать алгоритмы;
Разработать математические модели колебательных систем с ДПР на основе формулы обобщенной упругодемпфирующей характеристики;
Провести исследование виброзащитных свойств ДПР с коммутацией полостей по синтезированным алгоритмам и выявить оптимальные алгоритмы по отдельным показателям;
Предложить новый алгоритм коммутации полостей ДПР и провести исследование виброзащитных свойств ДПР с коммутацией полостей по этому алгоритму;
Разработать и обосновать новые показатели оценки алгоритмов коммутации полостей ДПР;
Провести многопараметрическую оптимизацию синтезированных алгоритмов коммутации полостей ДПР и выявить оптимальный алгоритм по совокупности показателей;
Разработать методики стендовых испытаний ДПР с механическим и микропроцессорным управлением коммутацией полостей;
Разработать конструкции ДПР, обеспечивающие коммутацию полостей по выявленным оптимальным алгоритмам.
Автор выражает благодарность доктору технических наук Новикову Вячеславу Владимировичу за научное консультирование
Методы исследования. В диссертации используются методы теоретической механики, в частности теории колебаний, математической теории оптимального управления, вычислительной математики и программирования, а также стендовые испытания с помощью современной контрольно-измерительной аппаратуры.
Объекты исследований. Объектами исследований являлись экспериментальные ДПР с механическим и микропроцессорным управлением коммутацией полостей, созданные на базе серийных рессор автобуса «Волжанин».
Научная новизна:
Впервые на основе принципа максимума Л.С. Понтрягина определены оптимальные моменты мгновенного переключения жесткости в цикле колебаний РЛКС;
Впервые проведена сравнительная оценка виброзащитных свойств РЛКС с найденными на основе принципа максимума Л.С. Понтрягина алгоритмами оптимального управления демпфированием и жесткостью в цикле колебаний в результате которой выявлено, что более целесообразным является оптимальное управление жесткостью;
Получена формула обобщенной упруго демпфирующей характеристики ДПР, с помощью которой синтезированы 30 различных алгоритмов коммутации полостей, необходимых для проведения оптимизации;
Разработаны математические модели одноопорных одномассовой и двух-массовой колебательных систем с ДПР на основе предложенной формулы обобщенной упругодемпфирующей характеристики;
В результате исследования виброзащитных свойств ДПР с синтезированными алгоритмами коммутации полостей при вынужденных и свободных затухающих колебаниях выявлены 3 оптимальных алгоритма по отдельным показателям;
Предложен новый алгоритм коммутации полостей ДПР с управлением по амплитуде относительных колебаний и по заданной амплитуде выравнивания давлений в полостях ДПР, который легко реализуется на практике;
Разработаны и обоснованы новые показатели для оценки алгоритмов коммутации полостей ДПР: коэффициент снижения частоты (КСЧ) колебаний подвески, а также коэффициент неэффективного импульса силы (КНИС);
В результате многопараметрической оптимизации доказано, что предложенный новый алгоритм коммутации полостей ДПР является оптимальным по совокупности показателей.
Практическая ценность:
Предложенный и обоснованный теоретически и экспериментально оптимальный алгоритм коммутации полостей ДПР с управлением по амплитуде относительных колебаний подрессоренной массы и по заданной амплитуде выравнивания давлений в полостях обеспечивает повышение виброзащитных свойств ДПР по сравнению с известными алгоритмами;
Предложенные и апробированные новые показатели КСЧ и КНИС могут быть использованы для оперативной оценки эффективности алгоритмов управления демпфированием и жесткостью в различных типах подвесок АТС;
Разработанные и запатентованные конструкции ДПР, обеспечивающие коммутацию полостей по выявленному оптимальному алгоритму, могут быть использованы при создании реальных пневматических подвесок АТС.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на меж-дунар. науч.-практ. конф. «Прогресс транспортных средств и систем» (Волгоград, 2009); «Россия периода реформ» (Волгоград, 2009, 2010); «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития '2011» (Одесса, 2011); «Актуальные проблемы науки в современном мире» (Тамбов, 2011); на всерос. науч.-техн. конф. «Проектирование колёсных
машин», посвящ. 100-летию начала подгот. инж. по автомобильной специальности в МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2010); на междунар. науч.-техн. конф. «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: актуальные проблемы теории, практики и подготовки кадров», посвящ. 70-летию с начала выпуска танков на Челябинском тракторном заводе (Челябинск, 2011); на науч.-практ. конф. ВолгГТУ (Волгоград, 2010-2012); на регион, конф. молод, исследов. Волгоград, обл. (Волгоград, 2007-2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах, включенных в Перечень изданий, рекомендованных ВАК, и 3 патента на полезные модели.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и результатов, списка литературы, включающего 178 наименований (из них 57 на иностранных языках), приложений. Работа содержит 220 страниц машинописного текста, включающего 14 таблиц и 127 рисунков.
Основные положения, выносимые на защиту:
теоретические предпосылки, необходимые для поиска оптимальных алгоритмов коммутации полостей ДПР;
методика синтеза алгоритмов коммутации полостей ДПР и синтезированные алгоритмы;
математические модели одноопорных одномассовой и двухмассовой колебательных систем с ДПР, разработанные на основе предложенной формулы обобщенной упругодемпфирующей характеристики;
оптимальный алгоритм коммутации полостей ДПР с управлением по амплитуде относительных колебаний и заданной амплитуде выравнивания давлений в полостях ДПР;
методики стендовых испытаний ДПР с механическим и микропроцессорным управлением коммутацией полостей;
результаты теоретического и экспериментального исследования виброзащитных свойств ДПР с различными алгоритмами коммутации полостей;
новые показатели оценки алгоритмов коммутации полостей ДПР;
многопараметрическая оптимизация алгоритмов коммутации полостей ДПР;
оригинальные конструкции ДПР, обеспечивающие коммутацию полостей по выявленному оптимальному алгоритму.
