Введение к работе
з
Актуальность темы. Тема диссертации продиктована необходимостью снижения уровней вибрации и шума мобильных машин, и в первую очередь автомобилей. Основными источниками вибрации и шума автомобиля являются двигатель, трансмиссия, подвеска, шины и неровности дороги. Наибольший вклад в создание вибрации и шума автомобиля вносит силовой агрегат-двигатель и трансмиссия. Причем диапазон частот вибрации двигателя более широкий, чем трансмиссии, и существенным образом зависит от типа двигателя. Характер вибрации автомобиля в звуковом диапазоне частот в первую очередь определяется параметрами опор двигателя. Применяемые в отечественном автомобилестроении в настоящее время резинометаллические опоры, гасящие вибрацию двигателя, при работе имеют ряд существенных недостатков: наличие сухого трения, снижение демпфирующих свойств в течении времени.
К автомобилям как к источникам вибрации и шума предъявляются высокие требования. Это обусловлено не только техническими причинами, например чувствительностью к вибрации и шумам различных приборов и электроники, все более объемно насыщающими транспортные средства и другие мобиьные машины и оборудование, но и экологическими соображениями, когда норматив по шуму в окружающей среде значительно превышается. Так, по данным экологических измерений 2001 года в г. Москве на пешеходных тротуарах в районах оживленных автомобильных трасс показателе шума составлял порядка 70 дБА вместо нормативных 55 дБА, что требует от стояния от трасс домов и пешеходных дорожек на 400 метров для соответствия нормам по шуму.
Проблема вибрации и шума мобильных машин становится все более острой в связи с ростом профессиональных заболеваний водителей и операторов эксплуатирующих виброактивное оборудование, а также в связи с тенденцией все более возрастающей доли автомобильного транспорта в общем объеме шумности и вибрации, излучаемом машиностроительной техникой.
Применительно к мобильной технике борьба с вибрацией и шумом велась
TTVTPM сспттяття игпгтт.'зплянъш u vrnnpnmpwrTnnnairao "СИНОМеТ^ДЛИЧ^СКИХ
виброизоляторов, гидравлических амортизаторов, пружин, звукоизолирующих ограждений и кожухов.
Учитывая сказанное, актуальной представляется задача разработки нового поколения более эффективно работающих автомобильных виброзащитных
средств, принцип действия которых связан с использованием в работе преобразования диссипации энергии колебаний в реологических средах. Такие средства получили название гидравлических виброопор (гидроопор). Их модификации также могут быть установлены вместо сайлент-блоков в автомобилях, усиливая общий эффект гашения вибрации.
Работами А.А. Андронова, Н.Н. Боголюбова, В.В. Болотина, Крылова. Н.А Л.И. Мандельштама, Н.М.. Митропольского, Ю.И. Неймарка., Н.Д. Папалекси, Я.Г. Пановко., СП. Тимошенко, К.В. Фролова и других, созданы методы теоретического анализа колебательных систем и приложения теории колебаний к различным разделам техники. Эти методы, позволившие с помощью трудов Н.Ф. Бочарова, А.Д. Дербаримдикера, Ф.М. Диментберга, Л.В. Корчемного, Э.Э. Лавендела, Г.В. Латышева, В.Н. Луканина, В.Н. Ляпунова, Б.Н. Нюнина, ЯМ. Певзнера, Р.В. Ротенберга, В.Е. Тольского, К.В. Фролова, Г.Д. Чернышева, С.Л. Шляпочникова, и других выполнить аналитическую и практическую работу по разработке, внедрению и усовершенствованию средств гашения вибрации и шума машин
В настоящее время наибольший вклад в создание средств гашения вибрации и шума новою поколения вносят работы В.С Бакланова., Б.А Гордеева, С.К Карцева., СО Лазарева., А.В Синева., В.В Фролова., А.Г Чистякова., а также зарубежных ученых М. Бермухона., Дж. Бретля, Г. Дюкле, К. Кадомацу, Г. Керна, Л. Нашифа Р. Сингха,, Дж. Хендерсона, и других. Цель работы: Физическое и математическое описание действия и получение динамических характеристик гидроопоры как механической системы. Поставленная цель достигается решением следующих задач:
-
Разработка математических моделей систем с внутренним гашением колебательной энергии и автоматизированного решения описывающих их дифференциальных уравнений.
-
Оптимизация демпфирования в гидроопоре на основе минимаксного подхода.
-
Разработка новых технических решений, устройств и механизмов виброизоляции.
-
Проведение всестороннего экспериментального исследования гидроупругоинерционных свойств гидроопор и математическое обоснование ряда выводов.
-
Разработка новой структурной схемы активной гидроопоры, воздействием на жидкость через мембрану и создание схем управления.
Объекты исследования. Гидравлические опоры отечественного производства (разработка НФ ИМАШ РАН) типа ОГ- 90 и ОГ —120, так же гидроопоры иностранного производства фирмы "Freudenberg" (Германия), Lord (США), легковые автомобили ОАО «ГАЗ», грузовые машины и автобусы типа «Бычок» АМО «ЗиЛ», с установленными на них гидроопорами.
Методы исследования. Решение ряда задач теоретической механики и теории колебаний, поставленных в работе, применительно к гидроопорам, стало возможным благодаря известным достижениям указанных научных дисциплин и не противоречат их положениям. Эти решения базируется на строго доказанных выводах фундаментальных и прикладных наук, таких как математический анализ, математическая статистика, теоретическая механика, теория оптимизации и планирование эксперимента. Создание методики расчета гидравлических систем виброизоляции со стабилизацией положения и внутренним гашением колебательной энергии согласуется с опытом их проектирования. Разработанные теоретические положения и новые технические решения подтверждены экспериментально. Экспериментальные исследования методологически обеспечены и проводились на базе лабораторий:
Исследования и разработки средств виброзащиты систем «человек - машина»
Экспериментальных исследований виброакустических характеристик транспортных средств.
Результаты эксперимента и испытаний анализировались и сопоставлялись с известными экспериментальными данными полученными на Калужском турбинном заводе, заводах Газ и СеАЗ.
Научная новизна:
1. Рассмотрены новые математические модели гидроопор как системы,
объединяющие механические и гидравлические элементы, адекватно описывающие реальные физические объекты.
2. Обосновано введение гидравлического инерционного трансформатора для
формирования частотной области повышенного гашения в динамических характеристиках гидроопоры
3. Полученная зависимость поршневого действия эластомерного упругого
элемента от его геометрических параметров позволила однозначно связать
основные параметры гидроопоры с ее динамическими характеристиками в
системе виброизоляции.
4. Предложена схема расчета параметров гидроопоры на стадии
проектирования.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Динамические процессы, которые происходят внутри гидроопоры, определяются совместным рассмотрении механических и гидравлических процессов в гидроопоре;
-
Для связи механических воздействий и гидравлических процессов необходимо знание площади поршневого действия упругого элемента, которая определяется расчетом и/или экспериментально;
-
Для усиления эффективности виброгашения в области частот наибольших возмущений от силового агрегата, необходимо использовать гидравлический инерционный трансформатор - ГИТ (гидравлический преобразователь движения), который с помощью инерционных каналов формирует область повышенного виброгашения в заданном частотном диапазоне, например (20 Гц);
-
Оптимальное соотношение между повышением динамичности и максимальным гашением на резонансной частоте подвески силового агрегата, при использовании ГИТ, обеспечивается подбором дроссельного канала;
-
Как результат на защиту выносится методика расчета гидроопоры на стадии проектирования.
Практическая ценность:
1. Для решения поставленных задач использованы новые подходы в области разработки методики построения гидроупругоинерпионных систем виброизоляции.
-
Результаты аналитических исследований отдельных элементов и гидроопоры в целом, позволяют прогнозировать на стадии проектирования протекающие процессы, сопутствующие работе вибро изолятора.
-
Полученные решения задач расчета и моделирования рассматриваемых устройств позволяют существенно сократить объем экспериментальных исследований, тем самым снизить временные и финансовые затраты на доводочные испытания.
Апробация работы. Материалы диссертации неоднократно докладывались и обсуждались на VIII Международной научно-технической конференции по динамике и прочности автомобиля (Москва 2000); XII, XIII, XJV Конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов (Москва 2000-2003); V Международной конференции по проблемам колебаний "ICOVP-2001" (Москва 2001); VT Международной конференции по проблемам колебаний "ICOVP-2002" (Либерец 2002); Научная конференция «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин» (Астрахань 2002); Московской конференции молодых ученых «НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ МОСКОВСКОГО МЕГАПОЛИСА» (Москва 2002).Результаты работы доложены, переданы и используются на Серпуховском Автомобильном заваде СеАЗ (Серпухов 2008г.).
Цуй/шкации.Основное содержание диссертации опубликовано в 15 печатных работах.
Структура и объем диссертации.Дяссертщш состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 69 наименований. Работа изложена на 160 страницах сквозной нумерации, включая 59 рисунков и 4 таблицы.
