В современных условиях большинство проектируемых объектов отличается сложностью, а процесс их проектирования ¦• значительной трудоемкостью и продолжительностью. Уменьшить время, необходимое для проектирования сложных объектов, а также повысить качество получаемых проектных решений возможно при использовании систем автоматизированного проектирования (САПР) на базе ЭВМ с привлечением современных математических методов.
Примером таких сложных объектов являются пневмогидравлические устройства (ПГУ) систем подрессоривания транспортных средств, которые в последние десятилетия находят широкое применение в подвесках колесных и гусеничных машин высокой проходимости,.
К ПГУ, получившим наиболее широкое распространение в транспортной технике можно отнести пневмогидравлические рессоры (ПГР) и пневмогидравлические амортизаторы (ПГА) телескопического типа, в компенсационной камере которых газ находится под давлением в несколько раз выше атмосферного.
Подвески на основе ПГУ обладают следующими преимуществами:
— имеют более благоприятные упругие и демпфирующие характеристики;
— дают возможность сочетания в одном узле упругих и демпфирующих элементов системы подрессоривания;
— открывают широкие возможности регулирования через подвеску клиренса машины, дифферента корпуса, жесткости, энергоемкости и уровня демпфирования подвески.
Вместе с преимуществами ПГУ обладают и рядом недостатков, главными из которых являются высокая трудоемкость проведения опытно-конструкторских работ при их проектировании и изготовлении, а также зависимость их упругих и демпфирующих свойств от температуры рабочих тел. Поэтому на этапе проектирования этих устройств перед разработчиком неизбежно встает вопрос о наиболее рациональном выборе их конструктивных параметров, для чего ему необходимо иметь информацию о силовой и тепловой нагруженности элементов ПГУ, о параметрах протекающих в них физических процессов в зависимости от различных дорожных условий.
В настоящее время в большинстве случаев оценка нагруженности ПГУ и экспериментальная оценка стабильности их характеристик осуществляется в процессе дорожных или стендовых испытаний. Однако при стендовых испытаниях трудно имитировать различные факторы, характерные для реальных дорожных условий. В свою очередь, испытания ПГУ в эксплуатационных условиях характеризуются высокой стоимостью и значительной продолжительностью, а также трудностью учета многих совместно действующих факторов.
Альтернативным способом получения необходимой информации является математическое моделирование рабочих процессов в ПГУ, которое позволяет ускорить процесс проектирования этих устройств, а также открывает возможность оптимизации их конструктивных параметров. К преимуществам математического моделирования по сравнению с экспериментальными методами исследования можно отнести — меньшие сроки на подготовку анализа, значительно мейыпую материалоемкость, возможность оценки влияния одного выделенного параметра на характеристику устройства, возможность выполнения вычислительных экспериментов на критических режимах, которые привели бы к разрушению объекта исследования. В этой связи, актуальной является задача математического моделирования рабочих процессов в ПГУ и разработка эффективной методики получения ММ ПГУ.
Активное развитие вычислительной техники в последнее десятилетие, отразившееся, прежде всего, на увеличении быстродействия ЭВМ, позволило решать более сложные задачи за приемлемое, с практической точки зрения, время. Это дает возможность при создании ММ ПГУ более детально рассматривать различные физические явления и более полно учитывать сложный характер взаимодействия физических процессов между собой.
Следует отметить, что разработка ММ ПГУ — процедура трудоемкая, требующая от разработчика знаний как в предметной области, так и в области вычислительных методов, а также навыков программирования. Кроме того, ПГУ, применяемые в системах подрессоривания транспортных средств, отличаются большим разнообразием конструкций и создание модели «с нуля» для каждой конструкции является нерациональным. Поэтому представляется целесообразным, применив принцип декомпозиции, выделить в составе ПГУ набор типовых конструктивных элементов и создать библиотеку их ММ. После этого ММ конкретного ПГУ может быть получена соединением ММ элементов на основе разработанной методики.
В этой связи, целью работы является создание библиотеки ММ типовых конструктивных элементов и разработка на ее основе методики получения ММ ПГУ.
В первой главе дан обзор областей применения ПГУ в современных транспортных средствах, отмечены преимущества и недостатки ПГУ. Подробно рассмотрены рабочие процессы в ПГУ и основные методы, применяемые для их анализа, а также методы получения математических моделей динамических систем.
Вторая глава посвящена вопросам математического моделирования основных физических процессов и явлений, характерных для работы ПГУ:
— выбору уравнения состояния газа;
— моделированию термодинамического процесса в газовой полости ПГУ;
— моделированию процессов теплопроводности;
— моделированию гидравлических сопротивлений;
— моделированию сил сухого трения и механического упора.
Третья глава посвящена вопросам выделения типовых конструктивных элементов и разработке их математических моделей.
В четвертой главе изложена методика получения ММ ПГУ на основе ММ типовых конструктивных элементов. С использованием данной методики разработана ММ пневмогидравлического амортизатора изделия ГМ-569, проведено ее исследование и сравнение результатов математического моделирование с экспериментальными данными с целью определения адекватности и точности модели.
1. Акопян Р. А. Пневматическое подрессоривание автотранспортных средств. — Львов: Вища школа Изд-во при Львов, ун-те, 1984.-Ч. 3. -240 с.
2. Дмитриев А. А., Чобиток В. А., Тельминов А. В. Теория и расчет нелинейных систем подрессоривания гусеничных машин. М.: Машиностроение, 1976. — 207 с.
3. Котиев Г. О. Метод прогнозирования нагруженности элементов системы подрессоривания транспортных гусеничных машин: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.-М.:МГТУ, 1993. 84 с.
4. Ротенберг Р. В. Подвеска автомобиля. Изд. 3-е, перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1972. 392 с.
5. Дятченко М. Г. Исследование влияния системы подрессоривания боевых гусеничных машин на работоспособность специального оборудования: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МГТУ, 1997. — 118 с.
6. Теория и конструкция танка / Под ред. П. П. Исакова. М.: Машиностроение, 1985. — Т.6. Вопросы проектирования ходовой части военных гусеничных машин. — 244 с.
7. Военные гусеничные машины: Учебник, в 4-х т. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1990. — Т. 1, кн. 2. Устройство. — 336 с.
8. Соколов А. В. Повышение плавности хода многоосного автомобиля с управляемой подвеской: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МГТУ, 1992. — 215 с.
9. Запрягаев М. М., Крылов Л. К., Магидович Е. И. Ходовая часть и органы управления. М.: Военное издательство МО СССР, 1970. -480 с. (Армейские автомобили. Конструкция и расчет / Под ред. А. С. Антонова, ч. 2.
10. Расчет и конструирование гусеничных машин / Н. А Носов., В. Д. Галышев, Ю. П. Волков, А. П. Харченко. Л.: Машиностроение, 1972. 560 с.И.Раймпель Й. Шасси автомобиля: Конструкция подвесок: Пер. с нем. В. П. Агапова. М.: Машиностроение, 1989. — 328 с.
11. Беленький Ю. Б. И др. Исследование плавности хода автомобиля большой грузоподъемности с регулируемой характеристикой подвески // Автомобильная промышленность. 1972. -№ 9.-С. 14−16.
12. Веселов Г. П., Густомясов А. Н. Критерий оценки температурной чувствительности телескопических пневморессор. // Известия вузов. Машиностроение. 1986. — № 12. — С. 76−78.
13. Веселов Г. П., Густомясов А. Н., Богвелишвили 3. В. Зависимость упругих свойств пневмогидравлической рессоры от ее температурного состояния // Сообщения АН Грузинской ССР. 1985. — Т. 120, № 3. — С. 601−604.
14. Дербаремдикер А. Д. Амортизаторы транспортных машин 2-изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1985. — 200 с.
15. Веселов Г. П. Исследование динамических свойств одноопорной подрессоренной системы с пневмогидравлической рессорой: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МВТУ, 1975. — 145 с.
16. Виноградов Ю. Б. К вопросу испытаний амортизаторов на специальных дорогах // Научно-технический сборник в/ч № 63 539.-Бронницы, 1973. С. 30 — 35.
17. Дущенко В. В. Исследование динамики гусеничной машины с гидропневматическими рессорами и оптимизация параметров подвески // Проблемы совершенствования транспортных гусеничных машин. Тезисы докладов научно-технического семинара. М., 1985. -48 с.
18. Веселов Г. П., Густомясов А. Н. Реальные свойства рабочего газа и упругие характеристики пневморессор бронетанковой техники //Проблемы совершенствования транспортных гусеничных машин. Тезисы докладов научно-технического семинара. М., 1985. — 48 с.
19. Веселов Г. П., Густомясов А. Н. О взаимосвязи параметров состояния рабочего газа пневморессоры // Известия вузов. Машиностроение. 1980. — № 5. — С. 74 — 77.
20. Густомясов А. Н., Веселов Г. П. Анализ температурной нестабильности упругих характеристик пневморессор, заполненных различными газами // Известия вузов. Машиностроение. 1984.-№ 9. — С. 85 — 87 .
21. Галашин В. А. Исследование работы диафрагменной пневматической подвески автомобиля: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МВТУ, 1963. — 135 с.
22. Певзнер Я. М., Горелик Я. М. Пневматические и гидропневматические подвески. М.: Машгиз, 1963. — 319 с.
23. Галашин В. А. Регулируемые системы подвески. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1972. — 22 с.
24. Аврамов В. П. Динамика гусеничной транспортной машины при прямолинейном движении по неровностям: Учебн. пособие. Киев: НМК ВО, 1992. 100 с.
25. Михайлин А. А., Маринкин А. П. Расчет гидропневматической подвески // Автомобильная промышленность. 1999. № 2, С. 17−19.
26. Веселов Г. П., Густомясов А. Н. Определение условного показателя процесса сжатия-расширения газа пневморессор транспортных машин // Известия вузов. Машиностроение.-1986. № 12. С. 83 — 85.
27. Журавлев С. С. Определение сил сухого трения в пневмогидрав-лических подвесках большегрузных автомобилей // БПИ Автомобилеи тракторостроение (Минск). 1974. Вып. 5. — С. 23−26.
28. Системы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие для втузов / Под ред. И. П. Норенкова, в 9-ти кн. Трудоношин В. А., Пивоварова Н. В. Математические модели технических объектов. М.: Высшая школа, 1986. — Кн. 4. — 160 с.
29. Системы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие для втузов / Под ред. И. П. Норенкова, в 9-ти кн. Норенков И. П. Принципы построения и структура. М.: Высшая школа, 1986. -Кн. 1.-127 с.
30. Сикорский Ю. С. Обыкновенные дифференциальные уравнения с приложением их к некоторым техническим задачам / Под ред. С. Г. Михлина. М. — Д.: Гос. изд-во техн.-теорет. лит., 1940. — 154 с.
31. Кулешов В. А. Аналогии: отношение аналогии моделей. Минск: Навука 1 тэхшка, 1992. — 415 с.
32. ПМК ПА-7: Руководство пользователя / МГТУ им. Н. Э. Баумана М. 1992. — 64 с.
33. Системы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие для втузов / Под ред. И. П. Норенкова, в 9-ти кн. Кузьмик П. К., Маничев В. Б. Автоматизация функционального проектирования. -М.: Высшая школа, 1986. Кн. 5. — 144 с.
34. Флетчер К. Численные методы на основе метода Галёркина: Пер. с англ.- М.: Мир, 1988. 352 с.
35. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: В 2-х томах: Пер. с англ. М.: Мир, 1991. — Т. 1. — 504 с.
36. Марчук Г. И., Агошков В. И.
Введение
в проекционно-сеточные методы. М.: Наука, главная редакция физико-математической литературы, 1981. — 416 с.
37. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов: Пер. с англ. М.: Стройиздат, 1982. — 448 с.
38. Коннор Дж., Бреббиа К. Метод конечных элементов в механике жидкостей: Пер. с англ. JL: Судостроение, 1977. — 264 с.
39. Стренг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов.: Пер. с англ. М.: Мир, 1977. — 349 с.
40. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация: Пер. с англ. М.: Мир, 1986. — 318 с.
41. Сабоннадьер Ж.-К., Кулон Ж.-Л. Метод конечных элементов и САПР: Пер. с франц. М.: Мир, 1989. — 190 с.
42. Физические величины: Справочник / А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.- Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Михайлова." М.: Энергоиздат, 1991. 1232 с.
43. Техническая термодинамика: Учебник для вузов. Под. ред. В. И. Крутова 2-е изд. — М.: Высшая школа, 1981. — 439 с.
44. Термодинамические свойства азота. В. В. Сычев, А. А. Вассерман, А. Д. Козлов и др. М.: Издательство стандартов, 1977. — 352 с.
45. Базаров И. П. Термодинамика: Учеб. для вузов. 4-е изд.- М.: Высшая школа, 1991. — 376 с.
46. Термодинамические свойства индивидуальных веществ: Справочное издание в 4-х томах. М.: Наука, 1978. — Т. 1, кн. 1. — 642 с.
47. Вентцель Е. С., Овчаров В. А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Наука, главная редакция физико-математической литературы, 1988. — 480 с.
48. Mathcad 6.0 Plus. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 95.: Пер. с англ. М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», 1996. — 712 с.
49. Теория тепломассообмена: Учебник для технических университетов и вузов/ С. И. Исаев, И. А. Кожинов, В. И. Кофанов и др.- Под ред. А. И. Леонтьева. 2-е изд., испр. и доп. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997. — 683 с.
50. Алабовский А. H., Недужий И. А. Техническая термодинамика и теплопередача: Учеб. пособие 3-е изд. — Киев: Вища школа, 1990. -255 с.
51. Арсенин В. Я. Методы математической физики и специальные функции. 2-е изд. — М.: Наука, главная редакция физико-математической литературы, 1984. — 384 с.
52. Машиностроительный гидропривод / JI. А. Кондаков, Г. А. Никитин, В. Н. Прокофьев и др.- Под ред. Прокофьева В. H. М.: Машиностроение, 1978. — 495 с.
53. Грамолин В. А., Кузнецов А. С. Топливо, масла, смазки, жидкости, материалы для эксплуатации и ремонта автомобилей. М.: Машиностроение, 1995. — 64 с.
54. Башта Т. М. Машиностроительная гидравлика. М.: Машиностроение, 1971. — 672 с.
55. Основы теории и конструирования объемных гидропередач / А. В. Кулагин, Ю. С. Демидов, В. Н. Прокофьев, Л. А. Кондаков М.: Высшая школа, 1967. — 400 с.
56. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. Учебник для машиностроительных вузов/ Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982. — 423 с.
57. Альтшуль А. Д., Киселев П. Г. Гидравлика и аэродинамика (Основы механики жидкости): Учебн. пособие для вузов. 2-е изд. -М., 1975.-323 с.
58. Альтшуль А. Д. Гидравлические сопротивления. М.: Недра, 1970. — 587 с.
59. Бартенев Г. М., Лаврентьев В. В. Трение и износ полимеров. Л.: Изд-во «Химия», 1972. — 240 с.
60. Крагельский И. В., Добычин M. Н., Комбалов В. С. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. — 526 с.
61. Амальник М. С. Методология конструирования механизмов в САПР // Автоматизация проектирования. 1998. — № 1. — С. 3 — 9.
62. Дмитров В. И., Макаренков Ю. М. Аналитический обзор международных стандартов STEP, PJLIB, MANDATE // Информационные технологии. 1998. — № 4. С. 12 -15.
63. Дмитров В. И., Макаренков Ю. М. CALS-стандарты // Автоматизация проектирования. 1997. — № 2. С. 16−23.
64. Платонов В. Ф. Полноприводные автомобили 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1989. — 312 с.
65. Петренко А. М., Галашин В. А. Эластичный разделитель в телескопических пневморессорах // Известия вузов. Машиностроение. -1977.-№ 10. С. 119−121.
66. Гусеничная машина ГМ-569 и ее модификации. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. М.: Военное изд-во, 1985. -296 с.
67. Справочник по теплопроводности жидкостей и газов. / Н.Б. Вар-гафтик, JL П. Филиппов, А. А. Тарзиманов, Е. Е. Тоцкий. М.: Энергоатомиздат, 1990. — 352 с.
68. Н. Б. Варгафтик. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. — 720 с.
69. Рябинин В. А., Остроумов М. А., Свит Т. Ф. Термодинамические свойства веществ: Справочник. Л.: Химия, 1977. — 389 с.
70. Определение тепловых режимов работы гидроамортизаторов изделия ГМ-569: Отчет / ПО «Метровагонмаш», Инв. № 0994. Мытищи, 1977. 7 с. — д. с. п.
71. Испытания подвески с управляемым сопротивлением прямого хода 4-х передних амортизаторов и электрогидравлической системой управления амортизаторами: Отчет / ПО «Метровагонмаш», Инв. № 7103. Мытищи, 1990. — 45 с. — д. с. п.
