ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МОДУЛЬНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СРЕДСТВА Осиненко П.В.,Сидоров М.В.,Кутьков Г.М.,Сидоров В.Н.

Калужский филиал Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана


Номер: 10-5
Год: 2015
Страницы: 187-193
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

модульное энергетическое средство, математическая модель, колебательный процесс, вертикальные колебания, modular energetic vehicle, mathematical model, fluctuation process, vertical fluctuations

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Рассматривается взаимосвязь колебательных процессов модульного энергетического средства. Предлагаемая математическая модель может быть использована для исследования воздействия случайных тягового сопротивления МЭС и неровностей профиля пути на частоту вращения двигателя.

Текст научной статьи

В данной статье предлагается укрупнённая математическая модель динамических колебательных процессов модульного энергетического средства (МЭС) и при их взаимном влиянии. МЭС включает в себя энергетический модуль (ЭМ) 1 (рис. 2) в виде колёсного трактора, транспортно-технологический модуль (ТТМ) 2 на базе моста колёсного трактора, а также прицепное сельхозорудие. Цель настоящего исследования заключается в представлении математической модели МЭС с учётом взаимосвязи его колебательных процессов, включающих в себя вертикальные перемещения точек остова ЭМ, остова ТТМ, частоту вращения двигателя, момент сопротивления на входе в двигатель, крутящие моменты колёс ЭМ и ТТМ, кинематические и динамические радиусы ЭМ и ТТМ, усилия в тягах навесного механизма (НМ) ЭМ. Существующие модели МЭС, как например в [3, 7] , направлены на изучение конкретного явления, например плавности хода, управляемости или вертикальных колебаний. Предлагаемая же модель имеет более общий характер и рассматривает наиболее важные динамические процессы МЭС в совокупности. Сравнение статистических характеристик реализаций, полученных с помощью разработанной модели при помощи методики [4] со статистическими характеристиками реализаций, полученных в ходе полевых испытаний МЭС, возможно провести по следующему критерию: (1) где - ордината реализации № процесса, полученной в ходе полевых испытаний, - ордината реализации № процесса, полученной при моделировании, - число отсчётов реализации, - число реализаций. При этом в качестве входных воздействий модели на итерации № принимаются записанные на измерительную аппаратуру реализации, соответствующие выходному сигналу № . Полученное значение относительного отклонения для каждой реализации сравнивается со значением 5%, если оно меньше, то реализации считаются совпадающими. В модели отражено влияние колебаний ведущего момента на вертикальные и продольно-угловые колебания остова трактора. Приведена модель влияния вертикальных и продольно-угловых колебаний остова трактора на колебания динамического и кинематического радиуса колёс, что в конечном итоге сказывается на действительной поступательной скорости трактора и ведущем моменте, который поступает на вход в двигатель. При математическом описании МЭС приняты следующие допущения: - трактор движется без подворотов, рассматривается прямолинейное движение агрегата; - рассматривается установившийся режим работы трактора, участки разгона и торможения не рассматриваются; - входными воздействиями являются неровности профиля пути и сопротивление орудия; - неровности профиля пути считаются одинаковыми под колёсами одного моста; - жёсткость и демпфирование трансмиссии не учитывается; - продольно-угловые колебания ТТМ считаются незначительными и не учитываются, поскольку гидронавесная система ЭМ находится в плавающем положении. Созданная математическая модель содержит несколько подсистем: подсистема генерации входных воздействий, включающих в себя случайное тяговое сопротивление орудия и неровности профиля пути под тремя мостами МЭС, подсистему регулирования частоты вращения двигателя, подсистемы поступательного движения ЭМ и ТТМ, подсистемы вертикальных колебаний ЭМ и ТТМ, подсистемы расчёта кинематического и динамического радиусов колёс ЭМ и ТТМ. Функциональная схема математической модели МЭС представлена на рис 1. Рис.1. Функциональная схема математической модели МЭС - неровности профиля поверхности пути. - вертикальные перемещения остова ЭМ над передним и задним мостами, центра масс ТТМ. - силы сопротивления качению колёс. - тяговое сопротивление орудия, усилие в тягах НМ ЭМ. - силы тяги ЭМ и ТТМ. - тяговое сопротивление орудия. - крутящие моменты колёс ЭМ и ТТМ, приведённые к условным валам ЭМ и ТТМ соответственно. - угловая скорость условного вала «двигатель-трансмиссия». - ход рейки топливного насоса. - действительные поступательные скорости ЭМ и ТТМ. - буксование колёс ЭМ и ТТМ. - КПД и передаточное число трансмиссии от двигателя к колёсам ЭМ и ТТИ соответственно. - момент инерции вращающихся деталей двигателя и трансмиссии. - динамические радиусы колёс первого, второго и третьего мостов МЭС. - кинематические радиусы колёс первого, второго и третьего мостов МЭС. - нормальные силы, действующие на задних колёсах ЭМ и колёсах ТТМ. На рис. 2 представлена схема сил и моментов, действующих на МЭС при поступательном движении. Рис. 2. Схема сил и моментов, действующих на МЭС На схеме МЭС (рис. 2): - вертикальное перемещения переднего моста ЭМ - жёсткость и коэффициент демпфирования передней подвески и шин ЭМ, жёсткость и коэффициент демпфирования задних шин ЭМ и жёсткость и коэффициент демпфирования шин ТТМ. - массо-габаритные параметры ЭМ и ТТМ. Подсистемы поступательного движения ЭМ и ТТМ строится на основе хорошо известного уравнения тягового баланса. Уравнение тягового баланса МЭС: (2) Силы сопротивления качению колёс приняты равными сумме сил от деформации почвы и шины [5]: (3) Зависимость радиальной деформации шины от нормальной нагрузки принята линейной [6]. Подсистема вертикальных и продольно-угловых колебаний ЭМ строится на основе эквивалентной схемы (см. рис. 2) взаимодействия элемента подвески и колеса с почвой в виде соединения упругого и демпфирующего элемента [1]. Сила, передающаяся через подвеску: (4) Силы, передающиеся через задние и передние шины: (5) Геометрические связи: (6) Уравнения вертикальных и продольно-угловых колебаний трактора составляются по принципу Д’Аламбера: (7) Подсистема вертикальных и продольно-угловых колебаний ЭМ получается преобразованием и решением системы ДУ относительно вертикальных перемещений остова над передними и задними колёсами Для удобного представления подсистемы вертикальных и продольно-угловых колебаний ЭМ была использована следующая линейная модель в пространстве состояний: (8) Подсистема вертикальных и продольно-угловых колебаний ТТМ строится по такому же принципу с некоторыми упрощениями: (9) Таким образом, связь моделей вертикальных и продольно-угловых колебаний ЭМ и ТТМ осуществляется также через силы, действующие в НМ трактора. Для описания взаимного влияния колебаний в контуре системы регулирования подачей топлива, поступательного движения МЭС и вертикальных и продольно-угловых колебаний ЭМ и ТТМ используются следующие подсистемы, содержащие зависимости динамических и кинематических радиусов колёс от ведущих моментов и вертикальных координат: (10) Подсистема динамики регулирования частоты вращения двигателя строится на основе известной теории регулирования дизельных двигателей и заимствована из [2]. Также целью настоящей работы является представление разработанной математической модели в удобном виде для реализации средствами визуальных языков программирования с использованием функциональной схемы. Рис. 3. Реализации тягового сопротивления Главной особенностью разработанной модели является возможность исследования влияния случайных входных воздействий, тягового сопротивления орудия и неровностей профиля пути, на колебания частоты вращения двигателя. Для данной цели в модели предусмотрен блок генерации входных воздействий, который формирует сигналы с использованием формирующих фильтров, построенных по данным статистических оценок реальных сигналов. На рис. 3 представлены реализации тягового сопротивления, смоделированные по алгоритму, используемому в подсистеме генерации входных воздействий разработанной модели, и реализация, записанная с помощью измерительной аппаратуры в ходе полевых испытаний. Разработанная модель позволяет исследовать укрупнённо взаимодействие процессов в ряду колебательных контуров МЭС. Взаимодействие колебательных контуров подсистемы регулирования ДВС, поступательного движения МЭС, вертикальных и продольно-угловых колебаний ЭМ и ТТМ осуществляется через зависимости для кинематических и динамических радиусов колёс, ведущие моменты колёс ЭМ и ТТМ, момент сопротивления двигателя, вертикальные и продольно-угловые координаты остовов ЭМ и ТТМ, а также через усилия в НМ ЭМ, динамика которого описывается наряду с уравнениями тягового баланса также ПФ. Составленные структурные схемы могут быть использованы для реализации модели средствами визуальных языков программирования.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.