Скачать презентацию Тема 25 Основы теории самоходных машин Теория Скачать презентацию Тема 25 Основы теории самоходных машин Теория

ДВС 14 (тема 25).ppt

  • Количество слайдов: 28

Тема № 25. Основы теории самоходных машин Теория самоходных машин включает в себя ряд Тема № 25. Основы теории самоходных машин Теория самоходных машин включает в себя ряд разделов, где рассматриваются закономерности взаимодействия движителя с опорной поверхностью, а также отдельных элементов машины друг с другом в различных режимах движения. Используя полученные закономерности, можно оценить потенциальные возможности той или иной машины и выбрать её наилучшие параметры, отвечающие требуемым характеристикам. В зависимости от того какой конкретно тип самоходной техники рассматривается, данное научное направление получило различные наименования - “Теория автомобиля”, “Теория трактора”, “Теория танка” и т. п.

Взаимодействие движителя с опорной поверхностью Важнейшими параметрами колеса, определяющими тяговодинамические характеристики самоходной машины, являются, Взаимодействие движителя с опорной поверхностью Важнейшими параметрами колеса, определяющими тяговодинамические характеристики самоходной машины, являются, вопервых, радиус колеса, во-вторых, площадь пятна контакты шины с опорной поверхностью. Различают несколько радиусов колеса - свободный, статический, кинематический, динамический. Свободный радиус r 0 равен половине наибольшего наружного диаметра шины в ненагруженном состоянии. Статический радиус rст - это расстояние от твёрдой опорной поверхности до оси вращения неподвижного колеса нагруженного нормальной (радиальной) силой Gк. Gк Rz rст Схема неподвижного колеса Свободный и статический радиусы можно непосредственно замерить на колесе мерительными инструментами.

Кинематический зависимости радиус или радиус качения вычисляется по rк = v / , где Кинематический зависимости радиус или радиус качения вычисляется по rк = v / , где v - средняя поступательная скорость оси колеса (скорость качения); - средняя угловая скорость вращения колеса вокруг своей оси. При полном буксовании колеса v = 0, но 0. Тогда rк = 0. При полном юзе колеса, когда v 0, но = 0, имеем rк = . Динамический радиус rд - это расстояние от оси движущегося колеса до опорной поверхности, то есть линии действия горизонтальной продольной проекции реакции опоры Rx. Gк v Rx Rz rд Схема чистого качения колеса Вычисляют динамический радиус по зависимости rд = vт / , где vт теоретическая скорость оси колеса, то есть без учёта буксования или юза.

4. Введение понятия “динамический радиус колеса” позволяет без нарушения фундаментальных законов физики применять принципы 4. Введение понятия “динамический радиус колеса” позволяет без нарушения фундаментальных законов физики применять принципы статики сил к существенно деформируемым телам, которыми являются шины самоходных машин и мягкая опорная поверхность. Сравнивая кинематический и динамический радиусы, выделяют три режима движения колеса: 1) “чистое качение”, когда скорость шины в точке приложения реакции опорной поверхности Rz равна нулю. В этом случае rд = rк , а момент, приложенный к ступице колеса равен нулю. 2) “юз”, когда скорость шины в точке приложения реакции опорной поверхности больше нуля. Тогда rд < rк , vт < v , а к ступице колеса приложен тормозной момент Mт , то есть направление этого момента противоположно . При полном юзе rд = = 0. 3) “буксование”, когда скорость шины в точке приложения реакции опорной поверхности отрицательна. Тогда rд > rк , vт > v , а к ступице колеса приложен крутящий момент Mк. Колесо является ведущим. При полном буксовании, то есть нулевой скорости машины и вращающемся колесе, rд = .

5. Для оценки степени буксования и юза колеса вводятся специальные коэффициенты. Коэффициент буксования определяют 5. Для оценки степени буксования и юза колеса вводятся специальные коэффициенты. Коэффициент буксования определяют по зависимостям Иногда вместо коэффициента буксования используется понятие КПД колеса к = v / vт. Эти величины связаны соотношением к = 1 – . Коэффициент юза оценивают по выражениям

6. Контур пятна контакта шины с опорной поверхностью в первом приближении принимается в виде 6. Контур пятна контакта шины с опорной поверхностью в первом приближении принимается в виде эллипса с радиусами a и b близкими к 0, 5 Bш. За счёт окружной податливости шины, у ведущего и тормозящего колеса эллипс деформируется и смещается центр давления. тяговый режим v центр эллипса a к ш b e Пятно контакта шины центр давления

7. Площадь пятна контакта шины Aш с опорной поверхностью определяется по зависимости где ш 7. Площадь пятна контакта шины Aш с опорной поверхностью определяется по зависимости где ш - деформация шины; Dш - диаметр ненагруженного колеса; Bш - ширина профиля шины.

8. Движение ведомого колеса происходит под действием толкающей силы несущей системы машины Fк и 8. Движение ведомого колеса происходит под действием толкающей силы несущей системы машины Fк и нормальной нагрузки Gк. Эти силы приложены к ступице колеса. Со стороны опорной поверхности действуют эквивалентные по модулю, но противоположные по направлению компоненты реакции Rx и Rz , которые препятствуют проскальзыванию и проваливанию колеса. За счёт воздействия Fк происходит продольная деформация шины, а за счёт воздействия Gк - нормальная.

к v c Gк rд Rz Fк e O Rx эпюра давлений Схема к v c Gк rд Rz Fк e O Rx эпюра давлений Схема движения ведомого колеса При неподвижном пятне контакта и продольной деформации шины центр вращения колеса смещается на величину “c” относительно ненагруженного колеса (точки O). Равнодействующая нормальных реакций опорной поверхности Rz смещается на величину “e” относительно проекции точки O. Причём, в общем случае расстояние e c, что связано с гистерезисными потерями в резине шины. То есть давление шины на опору впереди (в набегающей ветви) отличается от давления сзади опорной ветви шины.

10. В результате нежёсткости шины пара сил Gк и Rz создают момент, который называют 10. В результате нежёсткости шины пара сил Gк и Rz создают момент, который называют моментом трения качения. Он зависит от силы, прижимающей колесо к опорной поверхности Gк и от характеристик шины. Коэффициент трения качения в отличие от коэффициента трения скольжения является размерной величиной и определяется как разность d = e – c.

Уравнения сумм сил на вертикальную и продольную оси, а также уравнение моментов сил относительно Уравнения сумм сил на вертикальную и продольную оси, а также уравнение моментов сил относительно центра давления (точка приложения нормальной реакции опоры Rz) выглядят так: X: Fк – Rx = 0; Z: Rz – Gк = 0; M: rд Fк – (e – c) Gк = 0. Из первого уравнения следует, что Fк = Rx. Но в виду того, что шина связана с опорной поверхностью не жёсткой кинематической связью, как, например, зубчатые колёса в редукторе, а посредством сил трения, то максимальная величина продольной реакции не может превышать силу трения резины по данной опорной поверхности. Максимально возможную продольную реакцию определяют по зависимости Rxmax = Gк , где - коэффициент сцепления шины с опорной поверхностью. Для сухого асфальта 0, 9. Т. е. максимальная продольная реакция опорной поверхности в данном случае не может превышать 90 % от силы, прижимающей колесо к опоре.

12. Из второго уравнения следует, что Rz = Gк , а из третьего - 12. Из второго уравнения следует, что Rz = Gк , а из третьего - с учётом вышесказанного, Отношение (e – c) / rд = f называют коэффициентом сопротивления качению. С его помощью определяют силу сопротивления качению Ff = f G к.

Движение ведущего колеса осуществляется под действием крутящего момента Mк , направленного в сторону вращения Движение ведущего колеса осуществляется под действием крутящего момента Mк , направленного в сторону вращения к и приложенного к ступице колеса, на которую также воздействует сила со стороны несущей системы Fк. к Mк c v O rд Rz e Gк Fк Rx Схема ведущего колеса Из-за продольной деформации шины от силы Fк , а также нормальной деформации от Gк и окружной от Mк , как и в случае ведомого, колесо становится некруглым. Отличие в динамической модели от ведомого колеса заключается в смещении оси ведущего колеса назад, а продольная реакция – вперёд, т. е. в сторону скорости v, что связано с действием силы F.

14. Нетрудно заметить, что у ведущего колеса момент трения качения больше по сравнению с 14. Нетрудно заметить, что у ведущего колеса момент трения качения больше по сравнению с ведомым. Подводимая к ведущему колесу мощность N к = Mк к затрачивается на преодоление: 1) силы сопротивления несущей системы машины Fк; 2) на трение в материалах самого ведущего колеса (Mтр = c Gк + e Rz); 3) на преодоление инерционного момента колеса при разгоне (Mj = Jк d к/dt).

Движение колеса по деформируемой опорной поверхности, например грунту, сопровождается упругими и остаточными деформациями опоры. Движение колеса по деформируемой опорной поверхности, например грунту, сопровождается упругими и остаточными деформациями опоры. Так, для ведомого колеса имеем следующую расчётную схему. к v Gк rд Fк Rz пл + у у Rx Взаимодействие ведомого колеса с деформируемой опорой В передней (набегающей) части шины происходят упругие у и пластические пл деформации опоры, а в задней - только упругие. Усилие в передней части шины, затрачиваемое на пластическую Fпл и упругую Fу деформации опоры называют силой лобового сопротивления, которая является силой сопротивления качению колеса по деформируемой опоре. Определяется данная сила по известной зависимостью Ff = f Gк.

В гусеничном движителе различают рабочую, свободную и опорную ветви. Динамическая модель с эпюрой растяжений В гусеничном движителе различают рабочую, свободную и опорную ветви. Динамическая модель с эпюрой растяжений гусеничной цепи показана на рис. v Fр Mк к rд Rx Схема гусеничного движителя Сила растяжения рабочей ветви гусеницы, которая заставляет двигаться машину, определяется зависимостями где cр - коэффициент жёсткости рабочей ветви гусеничной цепи; к - относительный угол закручивания ведущего колеса, соответствующий растяжению рабочей ветви гусеничной цепи, а значит и крутящему моменту на ведущем колесе Mк.

17. Расчёт тягово-динамических характеристик машины Цель – оценка тяговых и динамических свойств машины. Исходные 17. Расчёт тягово-динамических характеристик машины Цель – оценка тяговых и динамических свойств машины. Исходные данные - Nн (номинальная мощность двигателя); н (номинальная угловая скорость коленчатого вала); uтр. j –передаточные числа трансмиссии; rк – радиус ведущего колеса и другие основные параметры машины. Вначале осуществляется построение внешних скоростных характеристик двигателя. Для вычисления мощности мотора используется зависимость где Ni - мощность двигателя для текущей угловой скорости коленчатого вала i.

Затем для каждой i вычисляется крутящий момент двигателя Mi = N i / i. Затем для каждой i вычисляется крутящий момент двигателя Mi = N i / i. При этом максимальное значение угловой скорости принимается на 15% больше н. Далее определяется скорость машины для каждой i на каждой передаче где j - номер передачи; rк - радиус ведущего колеса; uтр. j - передаточное число трансмиссии, равное произведению передаточного числа коробки передач (сначала u. I , затем u. II и т. д. ) на передаточное число главной передачи u 0.

19. Следующим этапом расчёта является определение силы тяги машины где тр - КПД трансмиссии. 19. Следующим этапом расчёта является определение силы тяги машины где тр - КПД трансмиссии. Затем оцениваются силы сопротивлений движению машины: FW - сила сопротивления воздуха: где Cx - коэффициент сопротивления воздуха; Aл - площадь лобового сопротивления машины; Ff - сила сопротивления качению: где f - коэффициент сопротивления качению; m - полная масса машины; g = 9, 81 м/с2 - ускорение свободного падения; Fh - сила сопротивления подъёму: где h - тангенс угла наклона опорной поверхности в профильной плоскости или, что то же самое, уклон дороги.

После оценки всех сил сопротивлений для каждой скорости машины vij определяется суммарная сила сопротивления После оценки всех сил сопротивлений для каждой скорости машины vij определяется суммарная сила сопротивления Fс и свободная сила тяги Fсв: Затем для каждой скорости машины vij вычисляется динамический фактор Далее определяется динамический фактор по сцеплению ведущих колёс с опорной поверхностью где - коэффициент сцепления шин с поверхностью; mв - масса, приходящаяся на ведущие колёса.

21. Параметры опорных поверхностей Коэффициент Опорная сопротивления поверхность качению f асфальт сухой бетон мокрый 21. Параметры опорных поверхностей Коэффициент Опорная сопротивления поверхность качению f асфальт сухой бетон мокрый булыжник сухой грунтовая дорога асфальт мокрый булыжник мокрый снег укатанный песок влажный 0, 01 0, 02 0, 03 0, 05 0, 02 0, 03 0, 04 0, 15 Коэффициент сцепления 0, 9 0, 6 0, 7 0, 65 0, 6 0, 5 0, 3 0, 2

10 Fк. I к. Н 1 7, 5 Д I 0, 75 Д Fк. 10 Fк. I к. Н 1 7, 5 Д I 0, 75 Д Fк. II ДII 5 0, 5 Fк , F c Д, Д Fк. III 2, 5 ДII I 0, 25 F c 0 0 5 v 10 15 м/с Силовой баланс машины 20 5 v 10 15 Динамические факторы машины м/с 20

23. Затем для каждой скорости машины вычисляется ускорение j где - коэффициент разгона вращающихся 23. Затем для каждой скорости машины вычисляется ускорение j где - коэффициент разгона вращающихся масс; - коэффициент суммарного дорожного сопротивления. Коэффициент разгона вращающихся масс оценивается по зависимости Коэффициент суммарного дорожного сопротивления определяется по выражению

jм. I 1, 2 jм. II м/с2 0, 9 jм. III 0, 6 jм jм. I 1, 2 jм. II м/с2 0, 9 jм. III 0, 6 jм 0, 3 0 v 1 I v 2 I. . . vi 10 5 v Ускорение машины 15 м/с 20

Затем для каждой скорости машины vij вычисляется время разгона tрi где vij - последующая Затем для каждой скорости машины vij вычисляется время разгона tрi где vij - последующая скорость машины; v(i -1) j - предыдущая скорость машины; tр(i -1) - время разгона до предыдущей скорости; tп. п - время переключения передач (0, 5. . . 2, 5 с). В заключении для каждой скорости машины вычисляется путь разгона Sрi где tрi - время разгона до скорости vij; tр(i -1) - время разгона до предыдущей скорости v(i -1) j; Sр(i -1) - путь разгона до предыдущей скорости v(i -1) j. Полученные данные заносятся в соответствующие таблицы и затем строятся графики, с помощью которых осуществляется оценка тяговодинамических качеств машины.

300 75 м v км/ч 200 50 Sр v Sр 100 0 10 20 300 75 м v км/ч 200 50 Sр v Sр 100 0 10 20 30 25 с tр Динамические характеристики машины 40

На современном этапе развития науки и техники анализ движения самоходной машины осуществляется с помощью На современном этапе развития науки и техники анализ движения самоходной машины осуществляется с помощью математического моделирования на ЭВМ рабочих процессов, протекающих в системах машины с учётом влияния внешней среды и оператора. p ( gц; gв) Jсц Jд д mij Jкп cкп uкп cн j cк mв Mд(p) cс с cj m Jy Jx j cш j J 0 u 0 Bj cп Jкj mкj F ij qij Rxij L Rzij Динамическая модель колёсной самоходной машины cшоj

Движение масс, представленных на динамической модели, описывается с помощью системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Движение масс, представленных на динамической модели, описывается с помощью системы обыкновенных дифференциальных уравнений.