Файл: Жуков А.В. Колебания лесотранспортных машин.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 85

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

(рессорами) с жесткости ми cpi

и ср2

и амортизаторами

с коэф­

фициентами сопротивления kp\

и kp2

. Жесткости и коэффици­

енты сопротивления шин обозначены соответственно с ш

и кш . В

точіке О тягач и полуприцеп связаны шарнирно. Число возмож­ ных перемещений кузова автомобиля и полуприцепа весьма ве­ лико, однако основное влияние на колебательный процесс ока­ зывают продольно-угловые, вертикальные и поперечно-угловые перемещения кузова [3,5, 19, .25].

При рассмотрении колебаний одного автомобиля ограничи­ ваются тремя степенями свободы. В случае автопоезда (тягача с полуприцепом) колебательная система несколько усложняется.

Выведем сначала дифференциальные уравнения движения • для общего случая, когда рассматриваемая система имеет де­

вять степеней

свободы,

пять из которых обусловлены колеба­

ниями кузова

и четыре

колебаниями колес.

Выбираем

обобщенные

координаты, характеризующие поло­

жение системы при колебаниях. Наиболее удобны для дальней­

ших исследований

две системы обобщенных: координат:

 

 

 

 

1)

Z,,

Z 2 ,

Z 3 , Рь Р2 ,

£ ь %2,

ТЬ

42"

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

Zoi,

<*i, 2о2, <*2, Рь

Рг, &ь $2,

Ть "і2,

 

 

 

 

где

zi, z2 , z3

— вертикальные

перемещения

соответствующих

 

2оь 2 0 2

 

осей;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— вертикальные

перемещения

центров

тяжести

 

ai,

а 2

подрессоренных

масс Mi и

М2;

 

 

 

 

 

— угловые

перемещения

масс

ЛІі

и М 2

в

продоль­

 

 

 

ной

плоскости;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рь

р2 — угловые

перемещения

масс

M i и Л42

в

попереч­

 

%и \ 2

ной

плоскости;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— вертикальные перемещения

масс

mi и

т 2 ;

 

 

"їь

Ї2 — угловые

перемещения

масс

тх

и

от2

в

пзпереч-

 

 

 

ной

плоскости.

 

 

 

 

Zi, z2 ,

 

 

 

 

Таким образом,

обобщенные

координаты

z3 , z0 i,

z0 2 ,

«і,

a2 характеризуют

 

продольно-угловые

и вертикальные,

pi и

р 2 — поперечнонугаовые

колебания

масс Мх

и М2,

a

Si, ?2, чь

f 2

вертикальные

и

поперечно-угловые

колебания

масс

т\

ит2.

Системы 1) и 2) различаются только тем, что первая описы­ вает колебания масс M i и М2 в продольной плоскости координа­

тами Zj, z2 ,

z3 , а вторая — координатами

z0 i,

а и

2 0 2 , <*2.

Между

координатами Zi, z2 , z3 и z0 i,

а ь

2 0 2 ,

<*2 существует

связь:

 

 

 

 

Zoi = . ( 2 i 6 + z 2 a ) / L i ; ai=(z 1 — ,z 2 )/Li;

z 0 2 = . ( z 3 a i - f z 2 & i ) / L 2 ; a 2 = .(z3 —z2 )/L2 .


Будем считать, что угловые колебания кузова

не сопровож­

даются

появлением

продольных сил, т. е. центры

колебаний

ле­

жат в

горизонтальной

плоскости, проходящей через центры

тя­

жести

тягача и полуприцепа. Примем, что автопоезд движется

п р я м о л и н е й н о

я

р а в н о м е р н о, коэффициенты жест­

кости и демпфирующие сопротивления системы являются посто­ янными величинами. Такое допущение, по мнению ряда иссле­ дователей [3,5, 12,25, 19], вполне оправдано. Кроме того, пусть поверхность дороги, а также все элементы исследуемой системы, кроме рессор и шин, будут жесткими. Для вывода дифференци­ альных уравнений движения колебательной системы, представ­ ленной на рис. 18, воспользуемся уравнением Лагранжа.

Кинетическая энергия (как однородная квадратичная функ­ ция обобщенных скоростей), выраженная через первую систему

обобщенных координат, после некоторых преобразований

примет

вид

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Г = і 2 ! М 1 п р + 2 2

2 М 2 п р 4 - і 1 г 2 М , п р

+ і 2 3 М 4 п р

+ 2 2 2 2 2 3 М 5 п р

4-

.+MiP2 *i P 2 i + A f 2 P V p 2 a + f l i i ( S M - p V i M + m a

(S2 2 + Р г

* і

П 2 2 ) ,

где

pxl,

px2 — (радиусы

инерции

 

подрессоренных

 

 

(масс (соответственно

М\ и М2)

отно­

 

 

сительно

продольных

осей,

проходя­

 

 

щих через их центры

тяжести;

 

 

Pxi,

Рхи — радиусы

инерции

неподрессоренных

 

 

масс гп\ и т2 относительно продоль­

 

 

ных осей, проходящих через их цент­

 

 

ры тяжести;

 

 

 

 

Мі пр, M 2 n p . • • •, МЪпг>

— приведенные массы.

формулам:

П р и в е д е н н ы е

м а с с ы

определяются по

A«.„p=-M1 (6a +.P2 ,i ) \ L \ \ M 2 n p

= M , ( a 2

+ p V

 

)\L\-Mi{b\-

 

 

 

- р 2 * 2 ) Д Л ;

 

 

 

 

M3np=2Ml(ba~9\{)/L2i;

 

 

M 4 n p =

M 2 ( a 2 ! + P

2 2

) / L 2 2 ;

 

 

M5np

= 2M2(biai~?2y2

) / L 2 2 .

 

 

 

В этих выражениях py l

и; py2 — радиусы инерции масс M t

и М2 относительно поперечных 'осей, проходящих через

их цент­

ры тяжести; величины a, b, alt

bu

L h L 2

те же, что и на рис. 18.

Для потенциальной энергии выражение будет следующим:

2П =

Срі ( Z 2 ! п р

-\-Z2\Лев)

 

( ^ 1 пр +

£~1 лев ) + с р 2

( 2 2 2

пр

+ 2

2 2 л е в ) + с

ш 2

( ^ 2 п р +

^ 2

л е в ) + С Ш

3 ( г 2 3 пр + 2 2 3 л

е в ) ,

(1)

где

сш1 = с ш 2 = с ш 3

= с ш — жесткость одной пары шин.

 

В выражение

(I ) входят величины 2 и £ для левой и пра­

вой

сторон автопоезда.



Ести воспользоваться первой системой обобщенных коорди­ нат, то, используя 'рис.- 18, .можно записать величины деформа­ ции упругих элементов для правой и левой сторон автопоезда.

Деформации рессор передней и задней осей тягача:

2 і „ р = = 2 1 и ьп

P i + & „ 7 i ; 2 2 п р

= 2 2 h ^ п Р і + ^ п і г ;

гілев=гі i f

j ;

г 2 a

e a ~ z 2 ?2 +&n Pibn f2 , (2)

деформации шин передней и задней осей тягача:

U пр =

$ 1 Ь п fj—<7і п р J ?2 пр =

^2Ь„ Т2<72 пр .*

 

?1 л е в =

? 1 + ^ л Т і к і л е в і

^2 лев—

^2 + ^ п "2#2 лев,

(3)

деформации шин оси полуприцепа:

 

 

 

2злев = 2 3 +6 п р2 — <7злев -

14)

В уравнениях (3) и (4) q

перемещения, вызванные неров­

ностями дороги с правой и левой сторон автопоезда для соот­

ветствующих

осей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставив

ов уравнение (1) выражения

(2), ( 3 ) , ( 4 ) , полу­

чим для потенциальной

энергии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 П = 2 с р 1

z2l+2cp2z22+2caizWb\(cpl

 

 

+ с р 2 )

^+2Ь\с

 

ш$22+'

 

+2(ср1

ш)

5 2 , + Э ( с р 2

+ с ш )

%Wb\{cvX

ш)

т 2 1 + 2 & 2 п ( с р 2

+

 

 

fr—4tpi

zi %l—4cp2z2

Ъг—4cpi 62

п Рі Ті—4cp 2

b2n^l

i 2

 

 

— 2 с ш 5 і ( 9 і п р +

9ілев ) — 2 с ш І 2 ( 9 2 п р + ' ? 2 л е в ) — 2 с ш г з ( 9 з п р + 9 - З л е в )

 

+

+ ' 2 с ю & і Л і ( < 7 і п р — 9 і л е в ) + 2 с ш & п 7 2 ( 9 2 п р —

<72лев )+2с ш

6П Р2 (<73пр

"

—<7з лев

) +

С Ш

{q\ пр + ? 2 1 лев + 9 2 2 пр + £ 2

2 лев +Я*3 пр + <723 лев ) •

 

 

Выражение для дисеипативной функции будет следующим:

2R — kp\

( І 2 ] Л е в + 2 2 !П р ) -f-&p2 ( z 2

2 л е в + 2 ^ 2 пр ) + & щ

(^2 3лев

+

 

 

 

+ ^ 2 3 п р ) + ^ ш

( £2 1 лев +

?21 пр )+Ал

( 5 2 лев

+ £2 2пр ) •

 

'(5)'

Дифференцируя

выражения

(2),

(3) и

( 4 ) ,

определяем

обобщенные скорости, входящие в уравнение

( 5 ) . Тогда

дисои-

пативная функция йудет иметь вид

 

 

 

 

 

 

 

 

2Я =

2 £ р 1 г\+2кр2г22+2кші23+2Ь2прХ

 

 

+kp2

)

р 2 , + 2 b \ k J \ +

 

( +2(А р 1 +km)

\h+Q(kp2

ш)\22+2Ь2пр1

+km)

? 1 + 2 6 2 п ( й р 2

+•

+*ш)т2 2—4Арі 5і Єї4*p2 z2 І 2 — 4 & p l

ft2nPiTi—4£p2

62 „Pi - Ї2 — 2АШ

X(<7tnp

+ 9 і л е в ) — <2&шМ?2пр +<72лев )—2^ш г3 (<7зп р

+^злев)+і

 

+ 2 А ш 6 п Т 1 ( < 7 і п р

— <7і Л Є в ) + 2 Й ш 6 п 7 2 ' ( 9 2 п р

—<?2лев ) + 2 ^ ш Ь л ^ 2 ( < 7 з п р

—Яі лев ) + km

2\ пр +

<7лев +<72 2 пр

+ й 2 2 лев + £

2 3

пр +

?2 3

лев ) •

(6)'

Теперь, подставляя выражения для Т, П и R в уравнение Лапранжа и выполняя несложные преобразования, получаем си-


стему дифференциальных уравнений, описывающих колебания автопоезда:

Мi„pZi+2fcp, z,+2cp l

г і + 0 , 5 І И ї п р г 2 — 2 А р , Е\р 1

 

; , = 0 ;

 

М 2

пр z2 +i2*p 2

г 2 +2с Р 2 г 2 + 0 , 5 Л13 п

р

г, - . 2& р 2

^ 2 — 2 с р 2 1 2 +

 

 

 

 

 

 

+ O , 5 A f 5 n p z 3

=

0;

 

 

 

 

 

 

 

(7)

М 4

п р 2 3 + й ^ ш

£ 3 + 2 с ш г 3 +0, б Ж 5 п р

 

г2 =

(3 3 п р - f

QiMB;

 

яг,ї',+2(Л р ,

5 і + 2 ( с р 1 + с ш )

Є,—2Лр1

г, — р 1

Zi =

Q, n

p + Q ,

^ B ;

" Ї 2 ? г + 2 ' ( * р 2 + Й ш )

? 2 + 2 ( с р 2

+ С ш )

U—2kp2Z2—2cp2Z2

= Q2np

+ Q2neB;

MlP2xI'^+2b\(kpl

 

+kp2

) f3,+2&2 n (cp l

+ c p 2

 

2йр, 6 2 nT . -

 

—2cp l 62 nTi—2&p 2

6 2 n f 2 — 2c p 2

& 2

n l 2

= 0;

 

 

 

 

<™i Р 2 х і'їі+2Ь 2 п( £ Р і

 

Ti+ ( 2 f e 2 n(c p i

 

 

 

 

2^p l

Ь2 пРі—

 

 

- 2 c p l

b \ ^ t n ( Q l J i

e B

- Q l

n

p

) ;

 

 

 

 

(8)

« 2 p2x II Ї2 + 2 & 2

П ( * Р 2

- f km) :І2 + 2Ь2П

(cp2

+ СШ) T2—2ifep 2

 

*2 „P,—

 

—2cp 2

62 n 3, = 6„{Q2 л

е в

Q2

np);

 

 

 

 

 

^ 2 Р 2 з 2 ? 2 + 2 й 2

п ^ ш * р 2

+ 2 6 2

п с ш ? 2

=

6 п ( ( Э 3 л е в

- Q 3

n p

),

:(9)

где возмущающие

 

силы,

действующие

 

 

на

колеса: QineB

=

= kasql л е

в -\~Cmq\

дев J Q l пр —

пр ~Ьс ш 9і пр \

Ql лев =

 

?2 лев + .

" Ь ^ ш ^ г л е в ! Q2 пр

 

?2 пр "Т"Сш ?2 пр !

 

лев

 

<7з лев "4~

 

+сш<73лев>' Q3 np ==&ш<73пр~Г"сш<73пр-

Из полученных девяти дифференциальных уравнений пер­ вые пять описывают колебания автопоезда в продольной (верти­ кальной плоскости. Уравнения (8) соответствуют колебаниям тягача, а уравнение (9) — колебаниям полуприцепа в попереч­ ной плоскости. Система уравнений (7) не связана с (8) и (9) в связи с симметрией автопоезда относительно продольной верти­ кальной плоскости, проходящей через центр тяжести колебатель­ ной системы. Учитывая сказанное, мы с полным основанием мо­ жем рассматривать продольно-угловые колебания автопоезда как независимые от поперечно-угловых.

Отметим также, что уравнение (9) не вошло в систему урав­ нений (8),так как автомобиль и полуприцеп в седельном устрой­ стве имеют шарнирную связь не только в продольной, но и в поперечной плоскости, следовательно, поперечно-угловые коле­ бания полуприцепа не связаны с поперечно-угловыми колеба­ ниями тягача.