возможен режим только вертикальных колебаний, когда подрес
соренное сиденье будет |
эффективно |
при установке |
в |
любом |
месте остова. Поэтому для гусеничной |
машины |
целесообразно |
использовать |
нелинейную характеристику |
подвески |
сиденья. |
При высокочастотных |
колебаниях |
она |
должна |
фильтровать |
воздействия, |
а при низкочастотных |
колебаниях за счет |
вовле |
чения прогрессивных участков характеристик |
отстраиваться от |
резонансных |
режимов. |
|
|
|
|
|
|
|
Для расчета колебаний тракториста на сиденье необходимо подсчитать параметры колебаний точки остова в месте уста новки сиденья. Приведем соответствующие расчетные формулы.
Для единичного воздействия
г с = z, (1 — г) + 22г,
где г =-— — отношение расстояния от передней упругой опоры
до точки остова под сиденьем к расстоянию между опорами.
Для периодического и случайного воздействия
оо
|
|
|
|
|
— 00 |
|
|
|
|
|
|
где |
5с (со)—спектральная |
плотность |
ускорения |
точки |
|
|
|
остова под сиденьем; |
|
|
|
|
|
|Фс (/со) | — модуль передаточной функции сиденья. |
|
На основании предыдущего |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5с(со) = 5,(со)|Фг (/со)|2 , |
|
|
|
| Ф г | ( / с о ) | 2 = |
|0i(/ш) (1 — г) |
+ Ф2 (/со)г|2 — модуль |
передаточ |
ной |
функции |
точки |
остова |
под |
сиденьем; |
здесь |
Ф1(/со) и |
ФгО'со)—передаточные |
функции точек |
остова над |
|
передней |
и задней упругими |
опорами. |
|
|
|
|
|
|
|
Если |
уровень |
ускорений |
точки |
под |
сиденьем |
достаточно |
велик, то |
изложенными выше |
способами |
не |
удается |
|
добиться |
необходимой плавности хода. Поэтому необходимо разработать такую систему подрессоривания сиденья, где использовались бы более прогрессивные принципы. Такой системой может быть система подрессоривания по принципу замкнутых систем авто матического управления.
Рассмотрим систему подрессоривания, показанную схематич но на рис. 134. Под влиянием внешнего воздействия zc масса сиденья 5 перемещается на величину zT , преобразуемую с по мощью акселерометра в ускорение гт . Золотник 2 получает сигнал от акселерометра /. Золотник реагирует на деформацию пружинного элемента акселерометра, т. е. фиксирует относи тельное смещение массы акселерометра относительно массы сиденья. Золотник связан с гидроцилиндром 4, который в зави-
симости от смещения золотника увеличивает усилие, притяги вающее или отталкивающее сиденье от основания.
Составим структурную схему такой системы. На рис. 134,6 показан объект регулирования — сиденье 5, а акселерометр,
Рис. |
134. Система |
подрессоривания сиденья с обратной связью: |
|
|
а — |
конструктивная |
схема; б — с т р у к т у р н а я схема; / - акселерометр; 2 |
— |
золот |
ник; 3 — гидронасос; 4 — гидроцилиндр; 5 — сиденье; 6 — регулятор; в — |
модуль |
частотной характеристики для линейной оптимальной нерегулируемой (/) |
и |
авто |
матической системы |
(//) |
|
|
золотник и гидроцилиндр условно объединены в один узел — регулятор 6. Составим дифференциальные уравнения объекта регулирования и регулятора.
Имеем для сиденья
MzT + Kzr + CzT = Kzc |
+ Czc + Fn, |
|
|
где Fn — усилие гидроцилиндра. |
|
|
|
регуля |
Для простоты будем считать, что характеристика |
тора определяется |
лишь одним |
коэффициентом |
усиления |
(статическое звено). |
Представим, |
что |
принципиально |
такую |
характеристику с определенной |
степенью точности можно |
обе |
спечить. Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
цгт = |
/ v |
|
|
|
|
Решая совместно |
уравнение |
объекта |
и регулятора, |
получим |
(М + ц)гт + Кгт + Сгт = Kzc + Сг с .
Отсюда модуль частотной характеристики ускорения подрес соренного сиденья
Ф г 0 © = 1 / 7-2 |
24 , Л 2 » |
|
Г |
(со"1—- coy + 4ft or |
|
где |
|
|
|
|
2/1 = — ^ ; |
сос = |
у |
\ / . |
|
М+ц |
|
М+ц |
|
Как видим, введение регулятора привело к изменению |
параметров подвески — уменьшились |
частоты |
собственных |
колебаний и коэффициент демпфирования. Коэффициент апе риодичности также уменьшится
ю с |
2 У(\», + М)С |
|
Введение регулятора |
эквивалентно увеличению |
массы |
сиденья, а это существенно увеличивает инертность и, следо вательно, приводит к уменьшению ускорений на сиденье. Одновременно с введением регулятора необходимо увеличивать коэффициент демпфирования подвески, чтобы обеспечить оптимальное значение коэффициента апериодичности при котором в резонансном режиме усиление колебаний еще прием
лемо. Практически |
можно |
демпфирующие свойства подвески |
увеличить также |
за счет |
регулятора, |
если обеспечить его |
характеристику в виде |
|
|
|
|
L12T + |
V2T = F u . |
|
Легко видеть, что модуль передаточной |
функции |
|
|
, / |
4ft2 со2 + |
а4 |
1Ф*</'Ш>1 = |
У |
( с о 2 - с о 2 ) 2 + |
4Я2 <о2 ' |
где |
|
|
|
|
Выбором величины коэффициента h\ можно обеспечить при емлемое увеличение амплитуд ускорений в резонансе.
В такой системе, несмотря на снижение частоты собственных колебаний, нельзя опасаться «укачивания», так как теоретиче
ски выбором параметров |
регулятора можно |
|
обеспечить прак |
тически |
нечувствительную к воздействиям |
реальной |
частоты |
систему, т. е. колебания будут происходить |
с |
малыми |
ампли |
тудами ускорений, что не опасно. |
|
|
|
|
|
Амплитудно-частотная |
характеристика |
ускорения |
автома |
тически |
подрессоренного |
сиденья |
имеет |
вид, |
показанный на |
рис. 134, |
в. |
|
|
|
|
|
|
Статические же деформации |
упругого |
|
элемента |
будут |
такими же, как и статические деформации в обычной нерегули руемой системе.
5. Некоторые методы исследования
колебаний тракторов
Экспериментальное определение характеристик подрессоривания. К характеристикам подрессоривания относятся: компо новочные параметры машины — момент инерции и расположение центра тяжести остова; рабочие характеристики амортизаторов, рессор и шин, характеристики демпфирования в шинах и сопря жениях подвески; ускорения точек остова, деформация подве-
сок. Методы определения указанных характеристик достаточно хорошо разработаны [29, 40].
В отличие от других транспортных средств на характеристи ки подрессоривания тракторов существенное влияние оказывают
|
|
|
|
|
|
|
|
параметры |
почвы, |
поскольку |
дороги, по которым |
движутся |
тракторы, и поля обладают большей |
сминаемостью, чем покры |
тия, |
например, автомобильных |
трасс. |
В результате |
изменяются |
как |
упругие, |
так |
и демпфирующие |
характеристики |
системы |
подрессоривания. Для точного |
учета |
параметров |
почвы необ |
ходимо рассматривать полную колебательную систему трактора, где влияние почвы учитывается введением упругих нелинейных элементов, а также нелинейных демпфирующих сил и присоеди ненных масс почвы. В результате анализ такой системы суще ственно усложнится. Можно приближенно полагать, что упруго-демпфирующее основание соответствует снижению об щей (эквивалентной) жесткости подвески и увеличению
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
демпфирования в ней. Таким образом, расчетная схема |
подрес |
соривания трактора |
остается |
неизменной, |
а |
вводятся |
эквива |
лентные |
жесткость |
и демпфирование. |
Расчеты |
автора |
показы |
вают, что |
уменьшение |
эквивалентной |
жесткости |
|
подвески |
в связи с учетом податливости мягкой почвы |
снижает |
частоты |
собственных |
колебаний |
на 10—15%. |
По |
экспериментальным |
данным |
частота собственных |
угловых |
колебаний |
гусеничного |
трактора |
Т-74 снижается |
на |
вспаханном |
поле по |
сравнению |
с собственной частотой угловых колебаний на грунтовой дороге на 25,4%. Можно считать, что для очень мягкой почвы частота собственных колебаний снижается на 15—20%, и учитывать это обстоятельство в расчетах колебаний машины при движении по вспаханному полю, полю, подготовленному под посев и в других аналогичных условиях. Учет деформации почвы приводит также к увеличению эквивалентного демпфирования в подвеске. По расчетным и экспериментальным данным приращение отно сительно коэффициента затухания в зависимости от удельного давления (0,5—1,0 кгс/см2 ) и плотности почвы (1,0—1,5 ктс/см2 ) составляет 0,015—0,06. Если принять, что средний относитель ный коэффициент демпфирования в подвеске на жестком грунте
равен 0,3, то, следовательно, с учетом |
деформаций грунта он |
увеличивается на 5—20%. Эти результаты также |
можно учесть |
в расчетах колебаний трактора при |
движении |
по мягкому |
грунту. |
|
|
Полигонные испытания тракторов на плавность хода. Основ ным видом испытаний на плавность хода следует считать эксплуатационные испытания в естественных условиях. Для сравнительных испытаний следует широко использовать поли гонные испытания тракторов, которые позволяют многократно повторять эксперимент, автоматизировать процесс измерений, уменьшить ограничения, связанные с сезонными условиями и т. д. При строительстве полигонов возникает потребность в созда-
нии неровного рельефа для возбуждения колебаний машины. Создать необходимые условия можно с помощью естественных участков пути или искусственных неровностей. Последнему способу следует отдать предпочтение, поскольку при испытаниях на естественных участках нет однообразных условий, из-за значительной деформации разрушаются участки естественных профилей, во время испытаний затруднено применение самоход ной тензометрической станции. Применение искусственных неровностей в значительной мере устраняет эти недостатки. При этом несколько искажаются результаты из-за отсутствия податливости неровностей, которая влияет на величину оценоч ных показателей. Однако стабильность испытаний и сравни мость получаемых результатов способствуют широкому распро странению метода испытаний плавности хода трактора на поли гонах с искусственными неровностями.
В НАТИ разработана методика выбора параметров неров ностей, которая состоит в следующем. На основании обмера не ровностей поля или дороги строятся дифференциальные и ин тегральные законы распределения длин и высот неровностей. Задавая общее количество неровностей, можно с помощью зако нов распределения рассчитать количество неровностей опреде ленной длины и высоты.
Для выбора параметров искусственных неровностей можно воспользоваться и другим способом. Известно, что профилограмма неровностей достаточно хорошо описывается стационарной случайной функцией x(t). Последняя может быть представлена в виде канонического разложения [14], т. е. в виде суммы гар монических составляющих, амплитудные значения которых представляют собой случайные величины с заданными диспер сиями.
Набором неслучайных неровностей можно воспроизвести гармоническое воздействие определенной частоты и случайной амплитуды. Создавая набор неровностей разной длины, можно полностью воспроизвести необходимый случайный процесс. При этом надо иметь в виду, что форма неровности может и не быть строго синусоидальной. По-видимому, возможно, как и в методике НАТИ, применение трапецеидальных неровностей вместо синусоидальных.
Параметры и последовательность расположения неровностей на полигоне должны быть такими, чтобы спектральные характе ристики колебаний остова машины в эксплуатации и на поли гоне совпадали.
При этом достаточно воспроизводить лишь те воздействия, которые содержат спектр ускорения остова, поскольку воздейст вия другого вида, которые не нашли отражения в спектре уско рения, не являются опасными и, следовательно, могут не ими тироваться.
