Введение к работе
Актуальность темы. Практика создания военных гусеничных машин (ВГМ) показывает, что существенную долю времени от выдачи техннчеекої о задания до постановки машины на вооружение занимает процесс опредете-ния и обеспечения эксплуатационных свойств нового образца. И комшгексг работ по созданию машин до 70% времени, связанного с разработкой и постановкой нового образна на производство, затрачивается на проведение исследовательских и испытательных работ. Сложность и трудоемкость испытаний для оценки показателей эксплуатационных свойств машин обусловлены многообразием условий эксплуатации, что влечет необходимость длительных экспериментальных исследований машин. Порой даже информации полученной на стадии продолжительных доводочных испытаний (пробег образцов нескольких серий может достигать гарантийного или ресурсного значения) недостаточно для того, чтобы выяснить все особенности машины. 15 этом случае свойства машины уточняются в процессе эксплуатации, а полученная информация используется при модернизации. Существенно сократи, время па разработку машины можно лишь за счет развития теоретических методов прогнозирования эксплуатационных свойств. Настоящая работа посвящена прогнозированию эксплуатационных свойств систем полреееорива-ния ВГМ.
Увеличение мощности силовых установок современных ВГМ, сопер шенствование механизмов поворота позволяет повысить среднюю скорость. В этой связи высокие требования предъявляются и к системе полрессорнпа-ния. При плохом качестве подвески снижение быстроходности, как правило, происходит не из-за отсутствия управляемости при повороте или запаса по тяге. Водитель вынужден снижать скорость при движении по неровное ьчм вследствие перегрузок.
Однако средняя скорость движения машины по неровностям местности является не единственной характеристикой эксплуатационных своі'іспі системы подрессоривапия ВГМ.
Как известно, колебания корпуса машины оказывают существенное влияние на работоспособность установленного вооружения. В свою очередь, перемещения башни относительно корпуса при наведении оружия, стрельба могут привести к раскачиванию корпуса и, как следствие, снижению эффективности оружия. Помимо традиционных для гусеничных машин требовании по уровню и спектральному составу ускорений корпуса, амплитудам продольно-угловых колебаний, по обеспечению устойчивости корпуса дейсг-
пню внешних сил, к системе подрессоривашш ВГМ предъявляются и специ
альные требования. Они определяют допустимые скорости и частоты про
дольно- и поперечно-угловых колебаний корпуса при движении машины по
местности. Эгн характеристики эксплуатационных свойств подвески также
связаны С обеспечением функционирования комплекса вооружения совре
менной ВГМ. . -, .
Одним из основных эксплуатационных свойств ВГМ является надежность, оцениваемая па критерию усталостной долговечности. Как отмечает КогаевВ.П., проблема предотвращения усталостных разрушений весьма актуальна для машиностроения особенно в связи с быстрым ростом мощностей и одном агрегате (без существенного изменения габаритов машины), увеличения скоростных и снловых параметров рабочих процессов машины. По данным Решетова Д.Н. на ходовую часть и, в частности, элементы системы нодрессоривания приходится до 20 % всех отказов современной гусеничной машины. Причем до 50% из них происходят по причинам усталостного характера. Кроме того, демпфирующие элементы подвесок опорных катков отличает высокая тепловая напряженность.
В этой связи, совершенствование систем нодрессоривания ВГМ с це
лью повышения быстроходности, эффективности установленного на машину
вооружения и обеспечения долговечности подвески является актуальной за
дачей. .-''".
Цели и задачи. Целью, работы является развитие теории и методов исследования сисісм подрессоривання ВГМ, направленное на сокращение сроков доводочных испытаний машин за счет прогнозирования эксплуатационных свойств. Для достижения этой цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
-
Разработан комплексный метод математического описания воздействий на подрессоренный корпус и подвеску ВГМ.
-
Создана математическая модель динамики,ВГМ при движении по неровностям и работе систем вооружения.
-
Разработаны методы прогнозирования быстроходности ВГМ, исследования влияния системы подрессоривання на работу систем вооружения.
-
Разработан метод теоретической оценки тепловой напряженности и цикловой наїруженности деталей подвески ВГМ.
Научная новизна работы заключается в том, что в результате теоретических исследований и анализа экспериментальных данных сформулирован новым научный подход к прогнозированию эксплуатационных свойств.систем попрессоринанил ВГМ ил основе имитационного моделирования на ЭВМ
поведения машины в статистически заданных условиях эксплуатации, по то ляющий значительно сократить объем доводочных испытаний разрабагмв.н-мых машин. Создана оригинальная математическая модель прямолинейною Движения ВГМ по неровностям и динамики установленного вооружения, особенностью которой является то, что впервые для решения задач теории подрессоривания скорость машины не принудительно задается, а форм прус і ся в зависимости от частоты вращения ведущих колес и условий движения і учетом отрыва катков от опорной поверхности, юза и буксования дпижшечм. Разработан новый метод математического моделирования реализаций статистических случайных функций высот неровностей, встречающихся на путч гусеничной машины; основанный на канонических представлениях и позволяющий охватить всю совокупность условий эксплуатации ВГМ. П работе впервые движение ВГМ по неровностям одновременно моделируется на двух отдельных уровнях, отличающихся между собой по степени детализации: 1-ый уровень - моделирование динамики ВГМ как механической системы; 2-ой уровень - моделирование рабочих процессов (механических, термодинамических, гидравлических и теплообмена) в элементах системы подрессоривания, что позволяет повысить точность модели ВГМ, эффективность прогнозирования нагруженности и тепловой напряженности элементов подвески.
На защиту выносятся основные положения нового научного подхода:
математическая модель прямолинейного движения ВГМ по неровностям с учетом динамики установленного вооружения;
метод математического моделирования реализаций статистических случайных функций высот неровностей;
метод прогнозирования быстроходности ВГМ с учетом ограничений, накладываемых системой подрессоривания, на основе имитационного моделирования, позволяющий получить теоретические функции распределения скорости машины в статистически заданных дорожных условиях.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов базируется на накопленном опыте теоретических и расчетно-экспериментальных исследований динамики системы «подвеска - корпус ВГМ - вооружение»,' на применении апробированных методов теории случайных процессов, имитационного моделирования, механики жидкости и газа, теории теплообмена, теории усталостного разрушения.
Практическая ценность работы. Разработанные положения системною подхода к прогнозированию эксплуатационных свойств систем подрессоривания ВГМ реализуют решение проблемы обеспечения на стадии разработки
быстроходности машины, плавности хода, работоспособности элементов подвески.
1 фактическая ценность работы заключается в разработке:
аліоритмов и ироіраммпого комплекса для моделирования протяженных прямолинейных трасс ВГМ с использованием статистических данных;
шпоригмон и программного комплекса для исследования быстроходности и динамики ВГМ при прямолинейном движении по неровностям;
библиотеки программно-методического комплекса для ЭВМ, позволяющего моделировать рабочие процессы нневмогидравлнческих устройств (І1ГУ) систем лодрессоривания различных конструкций;
конструктивных мероприятий по совершенствованию систем подрессори-ваним ВГМ, направленных на повышение эффективности установленного вооружения;
методики расчета цикловой нагружешюсти деталей подвески ВГМ в виде статистических функций распределения амплитуд напряжений.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в ОКБ -40 ЗАО «Метровагонмаш», Академии бронетанковых войск, НИИСМ МГТУ им. Н.Э.Баумана, используются в учебном процессе при подготовке инженеров на кафедре «Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы» МГТУ им. Н.Э.Баумана
Апробация работы и публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 научные работы. Основные положения и результаты диссертационной работы заслушивались и обсуждались па заседаниях научно-технического семинара кафедры "Гусеничные машины" МГТУ им. Н.Э. Баумана в 1997-2000г., научно-практической конференции "Проблемы и перспективы развития ракетно-артиллернйского вооружения, вооружения ГЮО СВ, ВДВ и авиации СВ" (Москва, 1997 г.), на международной научно-технической конференции, посвященной 35-летнему юбилею кафедры «Автомобильный транспорт» ШТУ (Н.Новгород, 1998 г.), на научно-техническом семинаре кафедры "Колесные машины" МГТУ им. Н.Э. Баумана в 1999г., на 57-ой научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ(ТУ) ( Москва, 1999 г.), на Международный научном симпозиуме: Научно-технической конференции «Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа» в МГТУ МАМИ (Москва, 1999 г.) и др.
Структура и объем диссертации. Диссертация состопг in ведения, пяти глав, общих выводов и списка литера гуры. Работа изложена на 265 листах машинописного текста, содержит 94 рисунка. Библиография в работе содержит 72 наименования,
