Исследование активной пневматической системы демпфирования продольно - угловых колебаний автотранспортных средств

научно-практической конференции “Современные проблемы геометрического моделирования”. - Мелитополь: ТГАТА. - 2003. - с.61-65.

5. Платонова О. А. Проекции гладких поверхностей / О. А. Платонова // Тр. Семинара им. И.Г. Петровского. - 1984. - т. 10. - с. 135-149.

6. Платонова О. А. Особенности проекций гладких поверхностей / О. А. Платонова // Успехи мат. наук. - т.39, вып. 1. - с. 149-150.

7. Залгаллер В. А. Теория огибающих. - М.: Наука, 1975. - 104 с.

8. Погорелов А. В. Геометрия. / А. В. Погоре-лов. - М.: Наука, 1984. - 268 с.

DISPLAY THE ORTHOGONAL PROJECTION

OF THE SURFACE, GIVEN IN IMPLICIT FORMS

A. A. Lyashkov, V. Y. Volkov

The work is a study of orthogonal projection of the surface of the display, given in implicit form, the coordinate plane. Define the curvature of the surface, in pixels, of the contour lines. Establishes that the curves are derived from the

intersection of the surface planes parallel to the coordinate planes containing the axis along which you display are extreme points from contour line surface. This property is used to calculate the points on the path and sketch surface numerical methods that do not require the use of differential characteristics of the surface.

Ляшков Алексей Ануфриевич - кандидат технических наук, доцент кафедры "Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика" Омского государственного технического университета. Основное направление научных исследований - геометрическое и компьютерное моделирование сложных поверхностей деталей. Общее количество публикаций - 90.

Волков Владимир Яковлевич - Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ), 644080, г. Омск, пр. Мира, 5, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Начертательная геометрия, инженерная и машинная графика». E-mail: volkov_vy39@mail. ru

УДК 629.3.018.2:62-567.5:629.3.027.3

ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЕМПФИРОВАНИЯ ПРОДОЛЬНО-УГЛОВЫХ КОЛЕБАНИЙ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

В. Н. Сорокин, Н. В. Захаренков

Аннотация. В работе проводится исследование активной пневматической системы демпфирования продольно-угловых колебаний автотранспортных средств на экспериментальном комплексе. Силовые элементы активной подвески выполнены в виде резинокордных оболочек, с релейной системой управления их наполнением и опорожнением. Приведены результаты, которые показывают эффективность разработанной системы демпфирования, а также адекватность математической и физической моделей реальному автомобилю.

Ключевые слова: активная подвеска, испытательный стенд, экспериментальный комплекс, система автоматического управления, резинокордная оболочка.

Введение очередь, приводит к снижению производитель-

Движение транспортных и технологических ности транспорта. машин по пересеченной местности сопровож- Амплитуды этих колебаний, зависят не

дается непрерывными колебаниями, которые только от характера неровностей дорожного

оказывают значительные нагрузки на подвеску, полотна, но и от эффективности работы си-

водителя, пассажиров, перевозимые грузы и стемы амортизации. Настоящее исследование

оборудование. Для снижения амплитуды про- посвящено анализу работы активной пневма-

дольно-угловых колебаний и повышения, таким тической системы демпфирования продольно-

образом, плавности хода, водители вынужде- угловых колебаний транспортных и технологины снижать скорость движения, что, в свою ческих машин в низкочастотной области, где

стандартные и модифицированные упругие и

демпфирующие элементы пассивной системы подрессоривания не достаточно эффективны.

Задачи исследования

Одним из способов решения задачи снижения продольно-угловых колебаний транспортных и технологических машин является создание активных систем демпфирования этих колебаний. Однако создание таких систем, включающих в себя силовые элементы, а также элементы контроля и управления, является весьма трудоемким и затратным. Это побудило авторов разработать и построить экспериментальный комплекс для исследования активной системы демпфирования продольно-угловых колебаний транспортных и технологических машин [1-5]. Были проведены исследования активной системы демпфирования, как на математической модели, так и на испытательном комплексе, который, по сути, представляет собой физическую модель транспортного средства. Задачей данной работы является оценка адекватности проведенных исследований данным, полученным для реальной машины.

Результаты исследования

Опираясь на компоновку подрессоренной массы, штатной подвески и силовых элементов и учитывая ряд допущений были составлены расчетная схема стенда (рисунок 1) и его нели-

нейная математическая модель [2]. При этом рассматривалась только плоская расчетная схема колебаний автомобиля т.к. независимые переменные изменяются в продольной плоскости, оставаясь постоянными в поперечной. Было принято также, что грузовая платформа с ее несущим элементом (рамой), грузом и надстройками является твердым телом, имеющим продольную плоскость симметрии. В этом случае деформациями рамы на изгиб можно пренебречь [6].

При учете того, что силы тяжести подрессоренной и неподрессоренных масс уравновешиваются силами упругости подвески [2], система дифференциальных уравнений для малых углов р и а , соответствующая расчетной

схеме на рисунке 1 будет иметь вид:

Jlф — 2Ь • 12 (ф — а) + 2(С • 12 - С х2) х

х (р -а) - 2l FT (sgn(<& - а )) =

= P1 (Ф, t)  S^x - P2 (Ф, t)  S^X

J 2а - 2b  12( ф -а ) - 2(C  l2 - Cpx2) х х (р-а) - 2l2FT (sgn(<& - а)) =

= F (t )  Ax - p (<&, t)S^x + P2 (ф, t )S^x.

Рис.1. Расчетная схема стенда 1 - несущие опоры, 2 - балка, имитирующая неподрессоренную массу, 3 - балка, имитирующая подрессоренную массу, 4 - стойки-амортизаторы - элементы штатной подвески автомобиля, 5 - силовые элементы активной системы демпфирования, 6 - гидроцилиндр системы

имитации воздействия профиля дороги

где р,а - угловые перемещения балок 1 и

2;

Jl,2 - момент инерции балок 1 и 2;

С, Cp - коэффициенты жесткости пружин и РКО;

b - коэффициент сопротивления амортизатора;

Бэф - эффективная площадь РКО;

Pi,2 (<&, t) - давление в РКО;

F (t) - сила, создающая колебания балки 2;

Fт - сила сухого трения в элементах конструкции.

Давления р и Р2 в РКО создаются системой автоматического управления (САУ) процессом их наполнения и опорожнения, структурная схема, которой представлена на рисунке 2 [4]. Работа САУ понятна из схемы. Если, например, при определении логическим устройством 2, установленным на балке 3 (рисунок 1), что ф выходит за предел зоны нечувствительности р, то реле 1 включает ЭМК-1 на подачу давления воздуха от ресивера в РКО-1 и одновременно

выключает ЭМК-2, открывая выход воздуха из РКО-2, через ЭМК-2, в атмосферу. При значении ф < в давление подается в РКО-2 и одновременно сбрасывается из РКО-1. Во время нахождения значения ф в пределах зоны нечувствительности, т.е. в < ф < в клапаны открыты на сброс давления из обеих РКО.

В качестве измерителей угловой скорости использованы микромеханические датчики угловой скорости, выполненные по технологии МЕМЭ, с нелинейностью выходной характеристики не более 1%. Такие датчики имеют частоту собственных колебаний 140 Гц и погрешность при измерении угловой скорости, не более

0,08% [2].

Дополняя уравнения колебаний балок стенда дифференциальными уравнениями динамики процесса наполнения и опорожнения РКО, при срабатывании электромагнитных клапанов и учитывая, что постоянная времени электромагнитного клапана много меньше времени наполнения и опорожнения объема РКО, то динамика процессов в РКО может быть представлена инерционным звеном первого порядка [5].

Для оценки эффективности работы системы можно принять, что система управления процессом наполнения и опорожнения РКО описывается следующей системой уравнений:

р + Р = Рр 1 . п

> если р > 0;

Т2 + р2 = РаI

тР2 + р2 = рр ТР\ + Р[ = Ра

где: т « 0,05 — 0,1 с - постоянная времени.

Жесткость РКО определяется, как известно, из выражения:

если ф < 0

Срі =

СР2 =

2

эф

дSr

фрі

П^эф дSэфP2

V д:

Полагая, в первом приближении, что вели-

чина

д:

мала, а объем РКО - V являет-

ся линейной функцией относительно перемещения, коэффициенты жесткости РКО можно определить по следующим выражениям:

Рис. 2. Структурная схема САУ.

1 - датчик угловой скорости ф ; 2 - логическое устройство; 3 - реле; 4 - двухпозиционный

электромагнитный клапан; 5 - РКО; 6 - система компрессор-ресивер;

7 - сброс воздуха в атмосферу.

+

д

Рис. 3. Общий вид экспериментального комплекса

О т—1--1--1-1--1--1-1-1--1-1--1-1-Г 1 Г Г 1----1-1 Т 1--1-Г—I 1---1-і 1--1-1--1-1--1-1-1--1-Г 1--1-1

О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

О)

Рис. 4. АЧХ угловых перемещений подрессоренной массы при неработающей активной системе демпфирования: 1 - верхней балки стенда, имитирующую подрессоренную массу автомобиля; 2- подрессоренной массы

СП ,_±2Ф ,СР2 ,

*0 *0

где: ^ - высота РКО в среднем положении. N = 1,4 - показатель адиабаты.

Учитывая сделанные выше допущения, система нелинейных дифференциальных уравнений для оценки динамики угловых колебаний балок стенда с учетом (1), (2) примет вид:

Зр — 2Ь • 12(ф — а) + 2(С • 12 — Срх2) х х (р — а) — 212¥т (sgn(р — а)) =

= Р (р, t) • Бэфх — Р2 (., t) • Бэфх; з 2а —2Ь • 12(Ф—а)—2(С • 12 — Срх2) х х (р — а) — 212¥т (sgn(р — а)) =

= ^ (I") •Ах — р1 (., t) • 8эфх + р2 (р,t) • 8эфх;'

ГР1 + Р1 = Рр 1 • п

> если р> 0;

Р + Р2 = Ра

Р + Р2 = Рр 1 • 0

!> если р< 0

тР+ Р= Р I

11 а )

Решение дифференциальных уравнений (3) математической модели было выполнено с использованием пакета программ “МаАаЬ” с расширением ‘^тиНпк”.

Для исследования активной системы демпфирования угловых колебаний автомобилей разработан и построен экспериментальный комплекс (рисунок 3).

Для оценки адекватности полученных на математической модели и экспериментальном комплексе результатов данным полученным с реальной машины АЧХ продольно-угловых колебаний подрессоренной массы математической модели и экспериментального комплекса сравнивались с АЧХ [7] колебаний реального автомобиля (рисунок 4). Сравнение полученных графиков АЧХ продольно-угловых колебаний показало, что их суммарное расхождение не превышает 8,1 %.

Заключение

Таким образом, динамические характеристики созданного экспериментального комплекса и его математической модели (с расхождением в 8,1%) соответствуют реальному автомобилю. Это позволяет использовать их для более глубокого исследования активной системы демпфирования продольно-угловых колебаний транспортных средств, которая снижает их влияние на водителя, пассажиров и перевозимый груз, а также повышает тяговодинамические характеристики автомобиля.

Библиографический список

1. Стенд для исследования активной системы демпфирования продольно-угловых колебаний транспортных средств / В.Н. Сорокин, Н.В. Захарен-ков // Наука и технологии. Материалы ХХХ1 Всероссийской конференции. - Миасс: МСНТ, 2011. - С. 113-115.

2. Математическая модель стенда для исследования активной системы демпфирования угловых

колебаний автомобилей / Н.В. Захаренков, В.Н. Сорокин // Вестн. Кузбасского гос. тех. унив., 2012, №1. С. 132-136.

3. Стенд для испытания элементов подвески автотранспортных средств: заявка 2011149215 Рос. Федерация / Захаренков Н.В., Сорокин В.Н.; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Омский государственный технический университет”; заявл. 02.12.11; опубл. 20.01.12; приоритет 02.12.11.

4. Результаты исследования системы автоматического управления активным демпфированием по возмущению / Н.В. Захаренков // Ориентированные фундаментальные и прикладные исследования -основа модернизации и инновационного развития архитектурно-строительного и дорожно - транспортного комплексов России: материалы Всероссийской научно-технической конференции (с международным участием) - Омск: СибАДИ, 2011. Кн. 2 - с. 306309.

5. Математическая модель стенда для исследования активной системы демпфирования продольно-угловых колебаний многоосных автомобилей / Ю.А. Бурьян, В.Н. Сорокин, Н.В. Захаренков // Математика, ее приложения и математическое образование: Материалы IV международной конференции. -Улан-Удэ, 2011. Ч.1. С.135-139.

6. Аксенов П.В. Многоосные автомобили. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989.

7. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля. Изд. 3е, переработ. и доп. М., «Машиностроение», 1972.

INVESTIGATION OF VEHICLES PNEUMATIC ACTIVE DAMPING SYSTEM OF LONGITUDINAL-ANGULAR OSCILLATIONS

V. N. Sorokin, N. V. Zaharenkov

In this article described investigation of pneumatic active damping system of vehicle longitudinal-angular oscillations on the experimental complex. Investigated active elements of a suspension are executed in the form of pneumocylinders, with a relay automatic control system on signal from the giroscope. Experiment results which show efficiency of the offered automatic control system are resulted. The analysis of results of physical modeling and comparison to the results of the numerical decision received on mathematical model is carried out.

Сорокин Владимир Николаевич - доктор технических наук, профессор, ОмГТУ. Основное направление научных исследований - активные системы демпфирования колебаний и вибрационные сейсмические источники, 77.

демпфирования колебаний. Общее число Захаренков Николай Владиленович - публикаций - 9. аспирант, ОмГТУ, Основное направление научных исследований - активные системы

УДК 621.43.068.2

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА НА РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Д. В. Шабалин, Е. С.Терещенко

Аннотация. В статье кратко изложены результаты исследований по влиянию наддувочного воздуха и условий окружающей среды на рабочий процесс дизельного двигателя, приводятся сведения о зависимости теплового состояния деталей двигателя от параметров наддувочного воздуха.

Ключевые слова: надувочный воздух, компрессор, расход топлива, газотурбинный наддув.

Увеличение мощности поршневых двигателей внутреннего сгорания без изменения их размеров (т. е. повышение удельных показателей) связано с необходимостью решения задачи сжигания в цилиндрах больших порций топлива за один рабочий цикл. Решение этой задачи требует наличия в цилиндрах дизеля большего количества воздуха. Увеличение количества воздуха при неизменном рабочем объеме двигателя, может быть обеспечено только за счет повышения его плотности в результате предварительного сжатия. Этот способ, известный под названием наддува, успешно применяется в современном двига-телестроении.

Заметим, что сжатие атмосферного воздуха в компрессоре сопровождается не только

повышением давления, но и ростом температуры наддувочного воздуха. Последнее существенно отражается на характере рабочего процесса в цилиндрах дизеля и на его надежности.

Анализ работ по исследованию влияния температуры наддувочного воздуха на параметры дизелей с газотурбинным наддувом свидетельствует о том, что повышение этой температуры на каждые 10 0С уменьшают массу воздушного заряда на 3,0-3,5 % и рост удельного эффективного расхода топлива на 0,8-1,2 %. На рисунке 1. представлена зависимость параметров рабочего процесса дизеля 1 ЧВН 12/12,5 от температуры наддувочного воздуха при неизменном давлении наддува

Ъ [1].