МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Автотракторный факультет
Кафедра «Тракторы»
Группа 101219
КУРСОВАЯ РАБОТА
«МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ НА МЕСТЕ ВОДИТЕЛЯ УНИВЕРСАЛЬНО - ПРОПАШНОГО ТРАКТОРА»
по дисциплине
«МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ»
Выполнил: Матюшонок А.Ю.
Проверил: Плищ В.Н.
Минск, 2011
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ МОДЕЛИРОВАНИЯ 5
2 КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА И ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА МОДЕЛИРОВАНИЯ 6
3 РАСЧЕТНАЯ СХЕМА ОБЪЕКТА МОДЕЛИРОВАНИЯ, ХАРАКТРЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 14
4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА МОДЕЛИРОВАНИЯ, НАЧАЛЬНЫЕ И ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ 17
5 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧИ 26
6 ИСХОРДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ 27
В таблице 1 приведены параметры модели, используемые в программе и их описание. 27
7 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА И ИХ АНАЛИЗ 30
ЛИТЕРАТУРА 32
Введение
Универсально-пропашные тракторы тягового класса 1,4-2,0 являются самыми распространенными в нашей стране, поэтому тема работы «Моделирование колебаний на месте водителя универсально-пропашного трактора» охватывает широкий круг техники. А разработка программы на ЭВМ, которая может служить для оценки вибраций на сиденье водителя в зависимости от целого ряда исходных варьируемых параметров существенно сэкономит время, необходимое на проведение испытаний реальных тракторов на полигоне. Также экономятся человеческие ресурсы, а в конечном итоге снижаются материальные затраты.
При выполнении курсовой работы были изучены требования государственных стандартов, предъявляемые к колебаниям на сиденье трактора, конструкция трактора МТЗ-80, методы расчета колебаний, разработана расчетная схема и математическая модель, создана законченная программа в среде Delphi 7.
В результате выполнения работы получены графические зависимости перемещения, скорости, ускорения сидения трактора в вертикальном направлении.
1 Цели и задачи моделирования
Целями данной курсовой работы являются:
1. Составление математической модели, которая позволит с необходимой точностью смоделировать колебания на месте водителя универсально-пропашного трактора.
2. Выходным параметром, по которому можно оценить колебания на месте водителя универсально-пропашного трактора, в данной математической модели должно являться среднеквадратическое значение ускорения.
Для достижения поставленных целей в процессе создания математической модели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ конструкции, принципа работы системы подвески и сиденья водителя трактора, которые и будут объектом моделирования.
2. Составить конструктивную схему и описание объекта моделирования.
3. Составить расчетную схему объекта моделирования, определить характеристики объекта моделирования и окружающей среды.
4. Математически описать объект моделирования, определить начальные и граничные условия.
5. Сформировать исходные данные для моделирования.
6. Реализовать на ЭВМ решения поставленных задач.
7. Провести расчет среднеквадратического ускорения на месте водителя и проанализировать полученные результаты.
8. Исследовать характеристики модели.
2 Конструктивная схема и описание объекта моделирования
Трактор МТЗ-80 – базовая модель. Он представляет собой универсально-пропашной трактор с задними ведущими колесами и передними управляющими колесами меньшего размера.
Для моделирования колебаний на месте водителя трактора необходимо рассмотреть узлы, агрегаты, системы, которые воспринимают неровности дороги и передают их воздействие в виде колебаний на место водителя. Также необходимо учитывать общую конструкцию трактора, его компоновку, которая может повлиять на моделируемую величину, а именно на среднеквадратическое значение ускорения, которое замеряется на поверхности сиденья водителя.
Основными устройствами трактора МТЗ-80, которые защищают водителя от колебаний, являются: шины, подвеска, представленная пружинами, находящимися в передней оси и гасящими колебания от колес к передней оси, сиденье водителя. Также на параметры вибрации оказывает влияние тип остова трактора. Компоновка вышеперечисленных агрегатов представлена на рисунке 2.
Влияние виброизолятора, находящегося между остовом и кабиной, в данной курсовой работе не учитываем, т.к. он снижает низкочастотную вибрацию от движущихся деталей двигателя и трансмиссии, которая не оказывает существенного влияния на среднеквадратическое значение ускорения на сиденье водителя.
1 – шины; 2 – передняя ось; 3 – остов; 4 – сиденье водителя.
Рисунок 1 – Трактор МТЗ-80
где 1 – глушитель; 2 – аккумулятор; 3 – воздухоочиститель; 4 – кабина; 5 – люк кабины; 6 – блок отопления и охлаждения воздуха в кабине; 7 – задний фонарь; 8 – механизм переключения ВОМ на 1000 и 540 об/мин; 9 – муфта сцепления; 10 – картер двигателя.
Рисунок 2 – Конструктивная схема трактора МТЗ-80
Данный трактор имеет моноблочную компоновку. Передний мост имеет балансирную подвеску с подрессоренными колесами, а задний мост выполнен в едином моноблоке с трансмиссией и двигателем и, следовательно, не имеет подвески.
Для определения колебаний необходимо рассмотреть следующую систему: шины–мосты–подвеска–остов–сиденье водителя.
Шина [1, c.107-110] (рисунок 3) состоит из покрышки и камеры, удерживающей воздух во внутренней полости шины. Стенки покрышки и камеры вместе с сжатым воздухом воспринимают действующие на шину нагрузки. Покрышка состоит из каркаса 3, брекера 2, протектора 1, боковин 4 и бортов 6. Каркас 3 является основной силовой частью шины, определяющей ее прочность и грузоподъемность. Изготавливают каркас из нескольких слоев специальной прорезиненной кордовой ткани, слои которой плотно наложены друг на друга. Протектор 7 образует беговую часть шины из массивного слоя резины, плотно облегающей каркас. Выступы (почвозацепы) и впадины протектора создают рисунок, от которого зависит сцепление шины с грунтом. Брекер 2 представляет собой подушечный слой из мягкой резины, который смягчает удары, передаваемые от протектора к каркасу. На боковинах 4 шины покровные слои резины тоньше, они покрывают боковые стенки каркаса, предохраняя их от повреждений. Покрышку закрепляют на ободе бортами 6. Внутри бортов имеются проволочные кольца 5, обернутые концами слоев корда каркаса. Проволочные кольца придают бортам покрышек жесткость и предотвращают их растяжение.
1 — протектор; 2 — брекер; 3 — каркас; 4 — боковина; 5 — бортовые кольца; 6 — борт.
Рисунок 3 – Пневматическая шина
На тракторе МТЗ-80 установлена на переднем направляющем колесе шина 240-508 (9×20) модель ВФ-223 (рисунок 4).
1 – шина; 2 – колесо (диск и обод); 3 – гайка крепления
колеса к ступице.
Рисунок 4 – Колесо переднее направляющее
На заднем ведущем колесе трактора МТЗ-80 установлена шина 15,5R38 (рисунок 5).
1 – обод; 2 –шина; 3 –гайка крепления колеса к ступице; 4 – болт
крепления балластного груза.
Рисунок 5 – Заднее ведущее колесо
Передний ведомый мост [1, c.105-106] представлен на рисунке 6.
1 — болт; 2 — клеммовые болты; 3 — стопорный штифт;
4 — выдвижная труба; 5, 19, 22 и 24 — гайки; 6 и 13 — втулки
поворотной цапфы; 7 и 8 — кронштейны; 9 — вал поворотной
цапфы; 10 — пружина подвески: 11 — упорный подшипник;
12 — опорная шайба: 14 — тарельчатая пружина; 15 — полуось;
16 — защитный козырек; 17 — обод; 18 — диск; 20 — ступица;
21 — колпак; 23 — масленка ступицы; 25 — шаровой палец;
26 — чехол; 27 я 28 — вкладыши; 29 — резьбовая пробка;
30 — втулка; 31 — брус полурамы; 32 — балка моста; 33 — ось
качания.
Рисунок 6 – Передний ведомый мост
Балка переднего моста подрессорена двумя цилиндрическими пружинами 10, сделанными из стали 60С2А и расположенными в кронштейнах выдвижных кулаков. Нагрузка от остова трактора через кронштейн 7 и пружину передается на упорный шариковый подшипник 11, который, в свою очередь, через шайбу 12 передает ее валу 9 поворотной цапфы и переднему колесу. При сборке пружины 10 подвески предварительно сжимают и фиксируют гайкой 5 поворотного рычага.
Остов [1, c.105] трактора состоит из полурамы, корпуса сцепления, коробки передач и заднего моста, соединенных между собой установочными штифтами и болтами.
Сиденье [1,c.207-208] (рисунки 7, 8) тракториста одноместное, с торсионной подвеской и гидравлическим амортизатором. Оно крепится болтами к полу кабины.
1 – рычаг регулировки по длине; 2 – рукоятка фиксации по высоте; 3 - нижний рычаг; 4 – резиновый упор; 5 – верхний рычаг; 6 – винт регулировки жесткости; 7 – кронштейн установки наклона спинки.
Рисунок 7 – Сиденье водителя трактора МТЗ-80
1 - остов сиденья; 2 – рычаг; 3 – стабилизаторы;
4 – торсион; 5 - амортизатор.
Рисунок 8 – Механизм подрессоривания сиденья водителя
трактора МТЗ-80
Окружающей средой в данной курсовой работе является рельеф по которому происходит движение трактора.