Формирование функции цели при оптимизации системы виброзащиты транспортного агрегата мотоблока

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Библиографический список

1. Шамарин, Ю.А. Совершенствование испытаний форсунок при техническом обслуживании и ремонте дизелей лесных машин: дисс. ... канд. техн. наук / Ю.А. Шамарин. - М.: МГУЛ, 2006. - 134 с.

2. Мылов, А.А. Разработка метода оценки технического состояния плунжерных пар ДТА при ремонте: автореф. ... канд. техн. наук. / А.А. Мылов. - Балашиха: Издательство РГАЗУ 2005. - 18 с.

3. Петровский, Д.И. Диагностирование топливной системы высокого давления дизелей по амплитудно-фазовым параметрам топливоподачи: автореф. ... канд. техн. наук / Д.И. Петровский. - М.: РГОУ ВПО МГАУ 2004. - 18 с.

4. Шамарин, Ю.А. Оценка и анализ технического состояния дизельной топливной аппаратуры: учебное пособие / Ю.А. Шамарин, В.М. Корнеев, А.С. Назаренко и др. - М.: МГУЛ, 2005. - 75 с.

5. Неговора, А.В. Улучшение эксплуатационных показателей автотракторных дизелей совершенствованием конструкции и технологии диагностирования топливоподающей системы: дисс. ... д-ра техн. наук / А.В. Неговора. - М.: ФГОУ ВПО СГАУ, 2004. - 330 с.

6. Шамарин, Ю.А. Способ диагностирования элементов дизельной топливной аппаратуры лесных машин / Ю.А. Шамарин, В.И. Панферов, А.В. Си-ротов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2006. - № 1. - С. 85-86.

ФОРМИРОВАНИЕ ФУНКЦИИ ЦЕЛИ ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМЫ

виброзащиты транспортного агрегата мотоблока

М.В. ПОДРУБАЛОВ, зав. лаб. каф. сопротивления материалов МГУЛ

Транспортный агрегат (ТА) мотоблока с прицепом (МБсП) относится [1] к мобильным машинам, при сертификации которых оценка уровня низкочастотной вибрации должна осуществляться по отечественным и международным стандартам [2-5]. В качестве основных фонов для испытываемой движущейся машины в них установлены ис-скуственные треки, имитирующие агрофон и грунтовую дорогу, и даны числовые ряды их профилограмм. По обоим стандартам испытания должны проводиться на двух фонах с различными регламентированными скоростями движения. Предполагалось [6], что они реализуют характеристики воздействий от профилей пути, представляющие типичные условия эксплуатации, для которых нужно нормировать критерии условия труда. Часть этих треков построена в 70-80-х годах прошлого века на территории бывшего ПФ НАТИ (Московская обл., г. Чехов).

Поэтому использование эталонных фонов в качестве воздействий на динамическую систему ТА МБсП при оптимизации его системы виброзащиты обязательно. Их выбор за основу удобен также и потому, что позволяет на стадии проектирования виброзащитной системы оценить ее эффективность

podrubalov@mgul.ac.ru

по выполнению нормативов виброускорений [4, 5] на руле и сиденье. Причем с этой точки зрения наибольший интерес представляет тот эталонный фон, при использовании характеристик которого можно обоснованно применять результаты расчетов или эксперимента в соответствии с требованиями как отечественного, так и международного стандартов. В этом случае, например для сидения, функция цели будет

U = &XYZ(^^ [&XYZ(^) (^ A ^ k, SQ )]

m e M, l e L, c e c, k e K, Q e Q3,

i

где о (z) - среднеквадратическое значение (СКЗ) ускорений в i-х октавных диапазонах частот (ОДЧ) в трех направлениях;

M, L, C, K - векторы возможных конструктивно реализуемых массово-геометрических и упруго-демпфирующих параметров динамической системы МБсП; малые буквы компоненты векторов;

Q3 - вектор параметров функции воздействия от эталонного фона;

Q, Sq - символ представительного эталонного фона и его спектральная плотность.

В противном случае оптимумов должно быть четыре (для каждого трека и соот-

110

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ветствующей ему скорости движения), что неудобно и существенно увеличивает объем вычислений и получаемых для анализа данных, а также создает проблему разработки алгоритма получения глобального максимума.

В работе [6], а также в стандартах [2, 3] используется метод анализа и задания воздействий на движущуюся машину в виде реализаций или числовых массивов ординат профилей пути с учетом скорости ее движения. Принципиальным недостатком такого подхода является несоответствие физической сущности оцениваемых выходных

S- (ш) = W (/ш) |2 Sq (ш) = W (/ш) |2 -ш4-Se (ш), (2) где W(j&) - частотная характеристика динамической системы j = V-I;

Sq (ш) - спектральная плотность ускорений массы системы (оцениваемый выходной процесс);

SQ (ш) и Sq (ш) - спектральные плотности входного воздействия соответственно по перемещению и по ускорению.

Если предположить, что в выражении

(2) квадрат модуля частотной характеристики динамической системы равен во всем исследуемом диапазоне частот единице (случай, когда, например, твердое тело без упругодиссипативных связей движется без отрыва по профилю), то временная реализация процесса ускорений этого тела будет однозначно совпадать с реализацией воздействия по ускорению от профиля пути, а спектральная плотность процессов Sq(ш) и Sq(ш) будет одинакова. Т.е. в нашем случае процесс на выходе системы (ускорение) получается преобразованием динамической системы процесса на входе, который отображается в тех же физических величинах (воздействие по ускорению). Поэтому ясно, что базовой статистической характеристикой, описывающей свойства подсистемы «воздействие» при исследовании динамики мобильной машины, должна быть спектральная плотность

воздействия по ускорению от профиля пути, а также ее дисперсия или СКЗ в ОДЧ. Только при таком подходе можно получить качественную и количественную оценки изменения характеристик воздействия, в полной мере определяющих вибронагруженность машины.

На рисунке представлены рассчитанные по массивам ординат нормированные спектральные плотности воздействий по ускорениям от изучаемых эталонных треков с регламентированными стандартами скоростями движения машины (ГОСТ 12.2.002-91: v = 2,22 м/с - агрофон; v = 4,17 м/с - дорога; СТ ИСО 5008-2002: v = 1,39 м/с - неровная колея (агрофон); v = 3,33 м/с - ровная колея (дорога)). Расчеты спектров и их нормирование проведены в первых четырех ОДЧ (до

11,2 Гц), т.е. в диапазоне наибольшего влияния низкочастотной вибрации на человека-оператора.

Из графиков видно, что спектры воздействий по ускорению от эталонных фонов ГОСТ (v = 2,22 м/с - агрофон, v = 3,33 и v = 4,17 м/с - дорога) и СТ ИСО (v = 3,33 м/с -ровная колея) имеют монотонный практически линейный рост. Если нанести эти кривые на один график, то они будут весьма близки друг к другу. Эти возбуждения в качественном отношении к динамической системе машины одинаковы.

Иная картина у спектров воздействий от агрофона ГОСТ на повышенной скорости v = 3,33 м/с взята для анализа и от агрофона СТ ИСО при v = 1,39 м/с. В четвертом ОДЧ (5,6-11,2 Гц) они имеют практически на всей ширине этого диапазона приблизительно постоянный характер, т.е. являются «белым» шумом по ускорению.

Для получения численных оценок уровня возбуждения на динамическую систему машины, движущейся по искусственным эталонным трекам с различной скоростью, было проведено интегрирование нормированных спектров воздействий (рисунок) в ОДЧ с последующим вычислением СКЗ воздействий по ускорению (таблица).

Расчетные данные подтверждают качественную картину, полученную для воз-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011

III

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

4 5 6

- v=2,22 м/с

7 8 9

— - v=3,33 м/с

10

ГОСТ 12.2.002-91 (СТ СЭВ 3472) - агрофон

8

9

10

- v=3,33 м/с

- v=4,17 м/с

ГОСТ 12.2.002-91 (СТ СЭВ 3472) - дорога

левая колея

правая колея

СТ ИСО 5008 - агрофон, v=1,39 м/с

П /Гц

11

f Гц

левая колея;

правая колея.

CT ИСО 5008 - дорога, v=3,33 м/с:

Рисунок. Нормированные спектральные плотности воздействий по ускорениям от эталонных фонов

112

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Таблица

СКЗ воздействий по ускорению от профилей эталонных треков, м/с2

Наименование профиля пути Фон Скорость, м/с Колея Диапазоны частот, Гц

0,0-0,7 0,7-1,4 1,4-2,8 2,8-5,6 5,6-11 ,2 0,0-11,2

ГОСТ 12.2.002-91 (СЭВ 3472-81) Агрофон 1,0 Колеи совпадают 0,13 0,3 0,73 1,2 0,29 1,47

2,22 0,16 0,41 1,09 2,87 5,92 6,69

2,5 0,16 0,44 1,14 3,07 7,04 7,78

2,78 0,15 0,45 1,19 3,24 7,9 8,63

Грунтовая дорога 1,0 0,08 0,16 0,4 0,44 0,2 0,65

3,61 0,18 0,33 0,85 1,94 5,41 5,82

4,17 0,21 0,36 0,92 2,09 5,87 6,31

4,72 0,22 0,4 0,98 2,21 6,36 6,81

ИСО 5008-2002 Неровная колея (агрофон) 1,0 Л 0,4 0,77 1,46 2,74 5,20 6,11

П 0,31 0,69 1,2 2,21 2,33 3,51

Сред 0,35 0,73 1,33 2,47 3,77 4,81

1,39 Л 0,41 1,08 1,92 4,07 6,62 8,07

П 0,28 0,91 1,66 3,32 4,5 5,9

Сред 0,35 0,99 1,79 3,69 5,56 6,98

Ровная колея (дорога) 1,0 Л 0,08 0,16 0,5 0,43 0,83 1,07

П 0,07 0,17 0,47 0,38 0,7 0,93

Сред 0,08 0,16 0,48 0,41 0,76 1

3,33 Л 0,16 0,29 0,76 1,91 6,19 6,53

П 0,16 0,31 0,65 2,06 5,78 6,18

Сред 0,16 0,3 0,71 1,98 5,98 6,35

действий от эталонных фонов с помощью спектрального анализа. Так, из таблицы видно, что уровень воздействий по ускорению от профилей левой, правой колей и их среднего значения ровной колеи (дороги) СТ ИСО при скорости машины v = 3,33 м/с (12 км/ч) весьма близки (отличие до 1,2-1,3 раза) к СКЗ воздействий по ускорению от искусственного трека, имитирующего грунтовую дорогу ГОСТ при регламентируемых скоростях v = 3,61 м/с (13 км/ч) и v = 4,17 м/с (15 км/ч). Причем это наблюдается как для ОДЧ, так и в суммарном диапазоне 0-11,2 Гц. Несколько большие числовые различия по оценкам СКЗ по отношению к указанным выше у воздействий по ускорениям от агрофона ГОСТ при v = 2,22 м/с (8 км/ч). Наибольшая разница видна в третьем ОДЧ (2,8-5,6 Гц), где она достигает 1,45 раза.

Таким образом, спектральный и дисперсионный анализы позволяют на основе разработанного метода (по воздействию от профиля по ускорению) обоснованно выбрать эталонный фон для оптимизации системы виброзащиты МБсП. Этим фоном является трек грунтовой дороги ГОСТ 12.2.002-91

(СТ СЭВ 3722-91). Параметры его кинематических воздействий на машину, определяющих вибронагруженность при соответствующих скоростях, практически идентичны эталонному треку «ровная колея» СТ ИСО 5008 и весьма близки треку агрофона из самого же стандарта. Т.е. данные, полученные при расчетном и натурном экспериментах с ТА МБсП, будут являться представительными и обладать общностью в смысле достижения оптимума целевой функции качества (1).

Библиографический список

1. ГОСТ Р 50908-96 Тракторы малогабаритные, мотоблоки и мотокультиваторы. Методы оценки безопасности. М.: Изд-во стандартов, 1996.

2. ГОСТ 12.2.002-91. Техника сельскохозяйственная. Методы оценки безопасности. М.: Изд-во стандартов, 1991.

3. ГОСТ 31323-2006 (ИСО 5008:2002). Сельхозтракторы и машины. Измерение вибрации тела водителя. М.: Изд-во стандартов, 2008.

4. ГОСТ 12.2.019-86. Тракторы и машины самоходные сельскохозяйственные. Общие требования безопасности. М.: Изд-во стандартов, 2005.

5. ГОСТ 31191-2004 (ИСО 2631-2003). Руководство по оценке воздействия общей вибрации на тело человека. М.: Изд-во стандартов, 2004.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011

113