Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе

вании установленных закономерностей делать заключение о возможности осуществления следующего цикла, т.е. перемещения определенного груза по определенной траектории.

Алгоритм прогнозирования подразумевает идентификацию грунта по зависимости текущего значения просадки от нагрузки, которые определяются группой датчиков и бортовым процессором, объединенными в единую информационно-измерительную систему. Для достижения этой цели необходимо смоделировать поведение грунтов различных типов при определенном спектре нагрузок со стороны крана.

Построение такой модели можно реализовать с помощью программного комплекса GEO5 [2, 3]. Одним из модулей является «Осадка» – программа расчета осадки и уплотнения грунта, предназначенная для определения вертикальной осадки и происходящего со временем уплотнения грунта.

Программа основана как на аналитических методах, так и на методе конечных элементов, используются различные теории расчета осадки. Встроенная база данных параметров грунтов дает возможность задания сложных геологических разрезов.

Основные свойства программы:

–любое количество дополнительных нагрузок, применимое к конструкции;

–отображение общего результата осадки или разницы от предыдущего этапа проектирования;

–ограничение зоны деформации в соответствии с теорией прочности конструкции, в процентах от геостатического напряжения или несжимаемого основания;

–автоматический расчет осадки и напряжений во всех ответственных точках;

–расчет осадки в зависимости от времени (консолидации);

–изображение результатов с помощью цветовой гаммы (рисунок). При задании свойств грунта можно воспользоваться встроенной

базой данных, в которой находятся ориентировочные значения основных характеристик. Характеристики грунтов, которых нет в каталоге, необходимо задавать вручную.

Для определения напряжения в состоянии грунта во всех методах анализа усадкииспользуетсятеория упругости. Общий подходво всехтеориях основан на разделении подгрунта на слои разной толщины взависимости от глубины под основанием или поверхностью земли. Затем рассчитывается вертикальная деформация каждого слоя: общая усадка определяется как суммачастныхусадокотдельныхслоеввзоневоздействия.

11

Рис. Пример реализации программы

Программное обеспечение GEO5 предназначено для моделирования различных геотехнических процессов и используется для решения широкого спектра задач в строительной индустрии. Возможность его непосредственного использования в системе прогнозирования просадки грунта под выносными опорами стрелового самоходного крана вызывает сомнения, однако программа «Осадка» вполне подходит для проведения компьютерного эксперимента. С ее помощью можно смоделировать конкретные реальные ситуации для различных типов грунтов, проанализировать их поведение, проследить динамику изменения их свойств, создать базу данных для использования в комплексной системе безопасности мобильной грузоподъемной машины.

Задачу прогнозирования можно решить, используя принцип самообучающейся системы автоматизированного управления. Реализовать этот принцип для стреловых самоходных кранов можно следующим образом. По прибытии на место работы и после установки на выносные опоры оператор-крановщик осуществляет пробный рабочий цикл (поворот стрелы без груза на 360°), фиксируя при этом изменения давления в гидроцилиндрах опор.

Поскольку масса оборудования крана заранее известна и может содержаться в памяти бортового компьютера, можно при текущем положении стрелового оборудования определять закон изменения нагрузки в опорах с учетом дополнительных нагрузок, в том числе возникающих из-за изменения свойств грунта [4, 5]. Сравнивая полученные в результате измерений данные с заранее рассчитанными, можно прогнозировать просадки под каждой из опор. Одновременно по показаниям датчиков давления определяются значения суммарной нагрузки, распределенной на опоры крана.

12

Таким образом, получается зависимость просадки грунта от нагрузки, интерполяция которой позволит судить о возможном развитии ситуации при работе крана с грузом. Масса груза и траектория его перемещения, если она заранее неизвестна, может быть также определена путем сравнения текущих нагрузок в опорах со значениями, содержащимися в памяти компьютера.

Список литературы

1.Редькин А.В., Сорокин П.А., Чернов А.В. Расчет нагрузок на опоры крана с учетом характеристик упругости рамы, опорных элементов и грунта // Изв. Тул. гос. ун-та. Техн. науки. – 2009. – Вып. 2. –

Ч. 1. – С. 117–122.

2.Geotechnical software suit “GEO5”. Руководство пользователя. Версия 16. Fine Ltd. 2013 [Электронный ресурс]. – URL: http: //www.fine- software.ru/geotechnical-software/solutions/settlement-analysis/ (дата обраще-

ния: 22.09.2015).

3.Ивахненко А.Г., Клепиков С.И. Прогнозирование параметрической надежности машин методом сетевого стохастического моделирования // Изв. вузов. Машиностроение. – 1987. – № 1. – С. 136.

4.Редькин А.В. Способ управления стреловым краном с учетом дополнительных динамических нагрузок // Изв. Тул. гос. ун-та. Техн.

науки. – 2013. – Вып. 12. – Ч. 1. – С. 233–238.

5.Алгоритмы нечеткой логики в управлении устойчивостью стационарного башенного крана / П.А. Сорокин, В.Ю. Анцев, А.В. Редькин, В.А. Обыденов // Изв. Тул. гос. ун-та. Техн. науки. – 2011. – № 4. –

С. 238–245.

Об авторах

Бровкин Иван Дмитриевич (Тула, Россия) – студент, Тульский государственный университет (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92; e-mail: ptm@tsu.tula.ru).

Грачев Александр Павлович (Тула, Россия) – студент, Тульский государственный университет (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92; e-mail: ptm@tsu.tula.ru).

13

УДК 621.752

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИБРОЗАЩИТЫ ОПЕРАТОРОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ И ДОРОЖНЫХ МАШИН

В.Г. Васильев, С.И. Вахрушев, С.В. Манн

Пермский военный институт внутренних войск МВД России, Россия

Представлены результаты исследований повышения эффективности виброзащиты операторов строительных и дорожных машин на основе разработки новых энергоемких и простых конструкций пружинных виброизоляторов.

Ключевые слова: амплитудно-частотная характеристика, демпфирующий элемент, однополостный гиперболоид вращения, резонанс, ромб, перпендикуляр, упругий элемент.

Внастоящее время система подвески сиденья, механический аналог которой представляет собой массу, установленную на цилиндрической пружине и демпфере, соединенных параллельно с помощью направляющего устройства, не всегда обеспечивает высокое качество виброзащиты в условиях сложных динамических возмущений. Такой пружинный виброизолятор не обеспечивает эффективного виброгашения в широком диапазоне амплитудно-частотных характеристик вследствие постоянства жёсткости цилиндрической пружины и неизменной площади демпфирующего элемента. Ограниченные возможности такой подвески сиденья особенно проявляются при гашении ударных нагрузок.

Кроме того, известно устройство в виде конической винтовой пружины, используемое в различных конструкциях виброизоляторов

иобладающее нелинейностью упругих характеристик1. Недостатком указанного устройства являются слабые диссипативные свойства за счёт внутреннего трения, возникающего в упругом элементе при его деформациях.

Вцелях исключения указанных недостатков предлагается новая конструкция пружинного виброизолятора сиденья оператора СДМ. Сущность предлагаемой конструкции состоит в том, что пружинный

1 Кер-Вильсон У. Вибрационная техника. – М.: Машгиз, 1983. – 415 с.

14

виброизолятор (рис. 1) содержит пружину 1 и закреплённый по всей её длине демпфирующий элемент 2. Пружина 1 выполнена в виде однополостного гиперболоида вращения, а демпфирующий элемент 2 в поперечном сечении имеет форму ромба, большая диагональ которого перпендикулярна оси пружины 1. Кроме того, шаг витков уменьшается от центра к её торцам.

Рис. 1. Пружинный виброизолятор (продольный разрез)

Предложенный виброизолятор, содержащий пружину и закреплённый по всей её длине демпфирующий элемент, отличается тем, что с целью повышения эффективности виброгашения за счёт увеличения нелинейности амплитудно-частотной характеристики пружина выполнена в виде однополостного гиперболоида вращения, а демпфирующий элемент в поперечном сечении имеет форму ромба, большая диагональ которого перпендикулярна оси пружины. Кроме того, шаг витков пружины уменьшается от её центра к торцам.

Целью предлагаемого устройства является повышение эффективности виброгашения путём увеличения нелинейности амплитудночастотной характеристики виброизолятора.

Поставленная цель достигается рядомконструктивных мероприятий:

1.Пружина выполнена в виде однополостного гиперболоида вращения.

2.Шаг витков пружины уменьшается от её центра к торцам.

3.Демпфирующий элемент закреплен вдоль витков пружины.

4.Демпфирующий элемент в поперечном сечении имеет форму ромба, большая диагональ которого перпендикулярна оси пружины.

15

На рис. 1 изображён пружинный виброизолятор, продольный разрез; на рис. 2 – то же, общий вид при нагружении; на рис. 3 – поперечный разрез витка пружинного виброизолятора; на рис. 4 – упругая характеристика виброизолятора; на рис. 5 – амплитудно-частотная характеристика с сопротивлением.

Пружинный виброизолятор работает следующим образом. При воздействии вертикальной нагрузки пружина сжимается, при этом точки приложения нагрузки лежат на внутренних сторонах витков пружинного виброизолятора. По мере сжатия пружины уменьшается фокусное расстояние и эксцентриситет однополостного гиперболоида (см. поперечное сечение на рис. 3). Это позволяет постепенно увеличивать площадь контакта двух противоположных сторон ромба демпфирующего и, в свою очередь, диссипацию механического воздействия. Уменьшающийся шаг витков пружины от её центра к торцам позволяет выдержать сопротивление ходу амортизируемого объекта в начальный момент времени незначительное, и жёсткость виброизолятора понижается, а эффективность виброзащиты на низких частотах повышается.

С увеличением хода виброизолятора его жёсткость увеличивается (возрастает нелинейность), гасятся высокочастотные колебания. Выполнение пружины с переменным шагом позволяет исключить резонансные явления.

Теоретические исследования предложенного устройства показали, что наиболее эффективны характеристики пружинного виброизолятора при следующих геометрических соотношениях:

– отношения предыдущего шага витков пружины к последующему

16

–отношения диагоналей ромба

С= 2.

D

Предположим, что F(x) – нелинейная характеристика упругого элемента, выражающая зависимость восстанавливающей силы от деформации х, отсчитываемой от положения статического равновесия

(см. рис. 4).

Диссипативная сила, как правило, пропорциональна скорости деформации H = bx.

Уравнение движения одномассовой системы запишется в следующей форме:

Отметим наиболее существенные особенности поведения этой системы, связанные с нелинейностью упругой силы. Решение уравне-

ния (3), имеющее период T = 2ωπ, обычно оказывается близким к гар-

моническому процессу (высшие гармоники этого решения обычно сравнительно малы по амплитуде) и может поэтому в первом приближении определяться в следующей форме:

где a0 – смещение середины размаха колебаний от положения статического равновесия; a – амплитуда колебаний; φ– сдвиг по фазе между колебаниями и вынуждающей силой.

17

Связь между a0 и a получается из условия равенства нулю постоянной составляющей силы f (x), которое может быть приведено к форме

Из уравнения (5) можно определить зависимость a0 (a). Амплитуда колебаний выразится следующим образом:

Решив уравнение (6) при различных значениях частоты ω, строим резонансную кривую системы а( ω). Одна из возможных форм резонансной кривой показана на рис. 5.

Рис. 5. Амплитудно-частотная характеристика

ссопротивлением

Вшироком диапазоне частот существует несколько периодических

решений, при которых Кр < 1.

Таким образом, предлагаемая конструкция пружинного виброизолятора не только обеспечивает эффективное гашение колебаний сиденья водителя в широком диапазоне частот внешнего возмущающего воздействия, но также полностью исключает пробой подвески при наезде транспортной машины на единичную неровность.

Об авторах

Васильев Вадим Геннадьевич (Пермь, Россия) – кандидат техни-

ческих наук, старший преподаватель, Пермский военный институт

18

внутренних войск МВД России (614112, г. Пермь, ул. Гремячий Лог, 1; e-mail: modest-1966@mail.ru).

Вахрушев Сергей Иванович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент, Пермский военный институт внутренних войск МВД России (614112, г. Пермь, ул. Гремячий Лог, 1; e-mail: modest1966@mail.ru).

Манн Сергей Владимирович (Пермь, Россия) – старший преподаватель, Пермский военный институт внутренних войск МВД России

(614112, г. Пермь, ул. Гремячий Лог, 1; e-mail: mann-SV@mail.ru).

19

УДК 629.1.02

РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА СТОЯНОЧНОЙ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ

М.Р. Габдуллин, Н.М. Филькин, Р.С. Музафаров, Э.Р. Музафаров

Ижевский государственный университет имени М.Т. Калашникова, Россия

Представлено описание и принцип работы электромеханического привода стояночной тормозной системы.

Ключевые слова: электротележка, стояночная тормозная система, электродвигатель, электромеханический привод.

Стояночная тормозная система у большинства автомобилей выполняет сразу две функции – функцию стояночной тормозной системы для удержания автомобиля неподвижно относительно опорной поверхности и функцию запасной тормозной системы, необходимой при возникновении отказа в основной тормозной системе автомобиля1.

Основными проблемами, связанными с проектированием и использованием стояночной тормозной системы автомобиля, являются: ограничения по усилию органов управления и рабочему ходу привода стояночного тормоза, отсутствие автоматической системы компенсации износа тормозных механизмов [1]. Данные проблемы можно решить путем использования в конструкции автомобиля электромеханической стояночной тормозной системы. Электромеханическая стояночная тормозная система интенсивно используется на автомобилях иностранного производства и имеет различные конструкции [2].

В ФГБОУ ВПО «ИжГТУ им. М.Т. Калашникова» на кафедре «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование» разрабатывается электромеханическая стояночная тормозная система универсального типа. Ее универсальность состоит в том, что исполнительные элементы стояночной тормозной системы автомобилей, на которые она устанавливается, остаются от базового автомобиля, а привод стояноч-

1ГОСТ Р 51709–2001. Автотранспортные средства. Требования безопасности

ктехническому состоянию и методы проверки.

20