ЛЕЩЕНКО Олег Іванович

УДК 629.3.027.74.017 (048)

МЕТОДИ УДОСКОНАЛЕННЯ ГУСЕНИЧНОГО РУШІЯ ШЛЯХОМ АДАПТИВНОЇ НАСТРОЙКИ ЙОГО ЛАНЦЮГА

Спеціальність 05.02.02 – машинознавство

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Воєнному інституті Одеського національного політехнічного університету

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент

Бєліков Віктор Трифонович,

Одеський інститут Сухопутних військ,

провідний науковий співробітник.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Архангельський Георгій Володимирович,

Одеська національна академія харчових технологій,

професор кафедри теоретичної і прикладної механіки

кандидат технічних наук, доцент

Конопльов Анатолій Васильович,

Одеський національний морський університет,

проректор з науково-педагогічної роботи

Захист відбудеться “19” жовтня 2007 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.052.02 Одеського національного політехнічного університету за адресою: м. Одеса, пр. Шевченка, 1

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ОНПУ за адресою: м. Одеса, пр. Шевченка, 1

Автореферат розісланий 19.09.2007р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Г.О. Оборський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Для розвитку гусеничної техніки в Україні найбільш важливими залишаються дослідження, пов'язані з розробкою нових і вдосконаленням наявних науково-технічних і проектно-конструкторських рішень для забезпечення надійності експлуатації, підвищення якості і ефективності роботи незалежно від галузі техніки і призначення машин. Найбільш високі темпи розвитку притаманні гусеничній техніці спеціального призначення, але навіть і в такій техніці вдосконаленню гусеничного рушія (ГР) приділяється недостатня увага. Це визначається тим, що найсучасніші гусеничні машини (ГМ) мають недоліки в працездатності ГР і по окремим критеріям не відповідають жорстким вимогам, що пред'являються. Так, в русі ГМ спостерігаються втрати працездатності внаслідок сходу гусеничного ланцюга (ГЛ) з направляючих коліс, а конструкція ГР не здатна забезпечити повністю безвідмовну роботу. Відповідно до обставин, які виникають при русі ГМ, виявлена складна наукова проблема – порушення працездатності в результаті відмов в ходовій частині ГМ, яка виражається у вигляді сходу ГЛ з опорних коліс. Найчастіше такі відмови виникають при маневрі ГМ і залежать від співвідношення швидкості, радіусу повороту і коефіцієнта зчеплення з ґрунтом. Схід ГЛ виникає в результаті таких причин, як погрішності в настройці попереднього статичного натягу ГЛ, експлуатаційне і динамічне подовження ГЛ, зовнішні зусилля, які перевищують нормативні відхилення від правил експлуатації.

На сучасному етапі науково-технічного прогресу позитивні результати у напрямку адаптації натягу ГЛ до дорожніх умов і швидкості, підвищення надійності і працездатності при експлуатації гусеничних транспортних засобів (ГТЗ) слід чекати у разі застосування схем повноприводних ГР. Перспективним у вказаному напрямку є розвиток як великогабаритної, так і малогабаритної гусеничної техніки, зокрема, безекіпажних її варіантів. Розробка таких ГТЗ для розвитку економіки України на сьогоднішній день є найбільш актуальною і перспективною, а так само залишається головною у вирішенні завдання конкурентоспроможності гусеничної техніки на світовому ринку. Повністю очевидно, що проблеми підтримки максимального ступеня працездатності виникають і в широко відомих ланцюгових передачах будь-якого призначення, для яких результати справжнього дослідження також є актуальними. Рух ГЛ подібний до руху ланцюгової передачі з навантаженою віткою. Це дає можливість використання результатів даного дослідження для забезпечення адаптивної настройки ланцюгових передач будь-якого призначення, при їх роботі в режимі різкої зміни навантаження.

Засновниками відомих методик розрахунку і методів настройки попереднього натягу ланцюга в ГР є В.Ф. Платонов, Н.А. Забавников, В.Д. Мостовенко. Свій розвиток вказаний науковий напрям отримав у роботах А.С. Антонова, В.А. Чобіток і на сучасному етапі – в роботах І.П. Глущенко, Н.В. Воробйова, І.М. Голощапова. Найбільші результати досягнуті в розвитку техніки спеціального призначення. Тут відомі роботи таких видатних учених і конструкторів, як А.Г.Козлов, К.А.Талу, С.С.Буров, Л.В.Сергєєв. Більшість відомих методик розрахунків засновані на емпіричних формулах, які отримані завдяки використанню великого числа натурних випробувань, що проводяться в лабораторіях і на полігонах.

Актуальність теми дисертаційного дослідження обумовлена необхідністю розвитку методів удосконалення ГР шляхом досягнення можливості адаптивного налагодження ГЛ, для чого необхідна розробка математичної моделі на основі вдосконалення методик розрахунку статичних і динамічних характеристик. Порівняльний аналіз математичного моделювання та результатів випробувань на фізичних моделях завжди супроводжуються меншими витратами та значно більшим потенціалом для експерименту, тому є актуальною розробка фізичної моделі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження носить характер пошукових наукових досліджень і виконується в рамках науково-дослідних робіт: шифр “КАЛЬМАР” та шифр “АССОЛЬ”, номер держреєстрації 0106U004770, що проводилися в ОІСВ. Замовником кожної НДР є МО України [17, 18].

Об’єкт досліджень. Процес налагодження ланцюгової передачі в ГР на основі регулювання його натягу в динаміці ГТЗ.

Предмет досліджень. Механізм натягу (МН) гусеничного ланцюга в рушії ГТЗ.

Наукова задача. Визначення залежності натягу від геометричних параметрів окремих ділянок обводу в рушіях ГМ для адаптивної настройки ланцюгової передачі автоматичними механізмами в динаміці.

Мета і задачі дослідження. Розробка методів і методик для адаптивної настройки ланцюгової передачі автоматичними механізмами в динаміці на основі використання автоматичних МН ланцюга з управлінням на основі математичного моделювання.

Для досягнення мети в роботі вирішуються такі окремі задачі:

- удосконалення наявних і розробка нових методів зміни натягу ГЛ в динаміці;

- удосконалення наявних і розробка нових МН для зміни натягу ГЛ в динаміці;

- розробка методики розрахунку параметрів ГЛ при зміні його натягу різними методами;

- створення математичної моделі ГР для забезпечення управління натягом його ланцюга в динаміці;

- дослідження на моделях можливості автоматичного управління натягом ГЛ;

- дослідження можливості застосування досягнутих результатів при рішенні інших завдань.

Методи дослідження. Завдання математичного моделювання, розрахунки параметрів натягу ГЛ проведені методом вирішення систем рівнянь чисельними методами. Динаміку розглянуто методом кінетостатики з використанням принципу Д’Аламбера. Параметри рухливості і швидкохідності ГР розраховано аналітичними чисельними методами на основі рішення диференціальних рівнянь Лагранжа ІІ роду.

Наукова новизна отриманих результатів:

- створено математичну модель для визначення параметрів ГЛ при адаптивному регулюванні його натягу;

- вдосконалено методи зміни натягу ГЛ механізмами на основі переміщення направляючого колеса по дузі кола і по прямій лінії, які відрізняються тим, що на основі їх застосування зміна натягу може проводитися в динаміці; це дало можливість створювати відповідні конструкцій механізмів для здійснення адаптивного управління натягом ГЛ;

- вперше запропоновано метод диференціальної зміни натягу ГЛ, який відрізняється тим, що зміна натягу у повноприводної ГМ проводиться диференціально між верхньою і нижньою віткою обводу; це дозволило розробити конструкцію імітатора повноприводного ГР з можливістю диференціальної зміни натягу ГЛ для проведення лабораторних досліджень;

- вдосконалено методики розрахунку параметрів ГР при адаптивній зміні його натягу на основі переміщення направляючого колеса по прямій лінії і по дузі кола, які дозволили розробити математичну модель для адаптивного управління натягом ГЛ в динаміці;

- вперше розроблено методику розрахунку параметрів повноприводного ГР при диференціальній зміні натягу, що стало основою його математичної моделі.

Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що розроблено чотири конструкції МН ГЛ, які допускають проведення адаптивної зміни натягу на основі переміщення направляючого колеса в русі, що підвищило працездатність ГР за рахунок утримання ГЛ при швидкісному маневрі та зменшило втрати потужності ГР при зміні швидкості і дорожніх умов за рахунок зменшення втрат в шарнірах завдяки адаптивному налагодженню ГЛ в динаміці. Розроблено конструкцію імітатора повноприводного ГР з можливістю адаптивної зміни натягу ГЛ в русі, що дало можливість проводити експериментальні лабораторні дослідження впливу натягу ГЛ на характеристики ГР. Розроблені методики і математична модель для розрахунку характеристик провисання ГЛ упроваджені в учбовий процес ОІСВ на кафедрі бронетанкової техніки та воєнній кафедрі ОНМУ при вивченні ходової ГМ.

Особистий внесок здобувача: У статті [1] автором розглядається стежачий електропривод МН ГЛ рушія ГМ і методика визначення характеристик його натягу, які самостійно розроблені автором і дозволяють розробити пропозиції з удосконалення ходової ГМ. У статті [2] автором особисто запропонована структура системи автоматичного управління для адаптивного натягу ГЛ та її вплив на якісні показники ГР. У статті [3] автором розроблений метод диференціальної зміни натягу ГЛ в повноприводній ГМ, що дає можливість адаптивного управління параметрами ГР в динаміці. У статті [4] автором вдосконалена методика розрахунку параметрів натягу ГЛ рушіїв ГМ для забезпечення їх високої працездатності. У статті [5] показана методика розрахунку параметрів провисання стрічки шлейфового світлодіодного випромінювача для збільшення його функціональних можливостей. У статті [6] розроблена математична модель імітатора повноприводного електромеханічного рушія. У статті [7] показана математична модель провисання стрічки транспортера при зміні кута підйому його колеса. У статті [8] розроблена математична модель для розрахунку зміни ступеня натягу гусениць в рушіях гусеничних транспортних засобів. У статті [9] показана методика визначення попереднього статичного натягу гусеничного ланцюга повноприводного електромеханічного рушія. У заявці на винахід [15] автором особисто запропоновано використання роликово-гвинтового приводу для переміщення направляючого колеса двома методами: по прямій лінії і по дузі кола. У заявці на винахід [16] автором особисто запропоновано модель стенду для дослідження повноприводного ГР, який надає можливість досліджувати зміну характеристик ГЛ в динаміці машини.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на науково-практичних конференціях: ОІСВ “Сучасні напрямки розвитку Сухопутних військ ЗС України”. 2005, Одеса [10]; КНУ “Військова освіта та наука: сьогодення та майбутнє”. 2005, Київ [11]; ОДАБА “Управління якістю підготовки фахівців”. 2006, Одеса [12]; ХІТВ “Сухопутні війська Збройних Сил України в ХХІ сторіччі”. 2006, Харків [13]; а також на науковому семінарі загальноінститутських кафедр ОІСВ “Моделювання у військово-наукових дослідженнях”. 2006, Одеса [14].

Публікації. Матеріали дисертації опубліковані в 9 наукових статтях у виданнях, рекомендованих ВАК України, і додатково відображені в двох звітах про НДР і п’яти тезах доповідей на науково-практичних конференціях і семінарах.

Реалізація результатів. Результати наукових розробок реалізовані на воєнній кафедрі при одеському національному морському університеті, 2003 р.; на кафедрі “Бронетанкової техніки” в ОІСВ, 2006 р.; на гусеничної техніці Південного Оперативного Командування МО України, 2006 р.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел. Повний об'єм роботи складає 158 сторінок, з них 18 сторінок машинописного тексту містять 18 рисунків і 1 таблицю. Список використаних джерел містить 111 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкривається сутність і стан наукової задачі, обґрунтовується актуальність, наукова новизна, практичне значення дисертаційної роботи, формулюються мета і задачі досліджень, викладені основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі подається аналіз дослідження існуючих методів та засобів натягу ГЛ та визначаються напрямки дисертаційного дослідження.

Аналіз свідчить, що ГР є складною сукупністю механізмів з багатофакторним впливом його комплексної механічної характеристики на працездатність ГТЗ. Від натягу ГЛ залежать витрати пального, швидкохідність і прохідність, а насамперед утримання ГЛ на направляючих обводу, що забезпечує працездатність ГР. Велика частина парку ГТЗ не має можливості автоматичної підтримки натягу ГЛ на рівні, що точно відповідає умовам руху і швидкості. Попередній статичний натяг ГЛ в більшості модифікацій ГМ встановлюється тільки вручну – при повній зупинці машини. Деякі сучасні машини мають механізми напівавтоматичного регулювання натягу ГЛ. Це гідромеханічні і електромеханічні МН. Але відомі випадки, де у ГМ, які оснащені такими механізмами, теж мають місце втрати працездатності ГР внаслідок сходу ГЛ з направляючих коліс. Тому працездатність таких механізмів у випадках екстремальних та граничних умов експлуатації залишається дуже низькою. Аналіз конструкцій і принципів роботи існуючих МН дозволив виявити ряд суттєвих недоліків. Конструкції вказаних вище МН не дають ГР змогу адаптивного реагування на значній вплив зовнішніх сил, які виникають від збільшення сил опору руху при повороті ГМ, зміні характеру ґрунту або дорожніх умов, швидкісному маневруванні. В цих випадках найчастіше виникає проблема утримання ГЛ, що викликається суттєвим його подовженням.

З проведеного аналізу випливає, що наявні електромеханічні МН є найбільш перспективними, тому що вони вже мають можливість дистанційного управління. Тому всі сучасні ГТЗ обладнуються електромеханічними системами, у тому числі й системою напівавтоматичного регулювання натягу ГЛ як, наприклад, у БМП-3.

Проте у складі конструкції ГР потрібний механізм здатний повністю автоматично реагувати на умови руху. При цьому такій машині необхідно забезпечити високу швидкохідність, прохідність і маневреність не знижуючи її працездатність. Необхідність проведення досліджень в даній галузі пов'язана з тим, що оптимальне регулювання натягу ГЛ дозволить вирішити проблему забезпечення працездатності ГР швидкохідних ГМ за рахунок зменшення відмов, які явно виражені у вигляді сходу ГЛ, на основі розробки способів його адаптивного натягу з застосуванням швидкодіючих приводів, тим самим підвищити рухомість і надійність ГТЗ будь якого призначення. Основним напрямком дисертаційного дослідження є вдосконалення наявних і розробка нових технічних і конструкторських рішень, які забезпечать працездатність ГР завдяки адаптивного налагодження ГЛ механізмами з автоматичним управлінням. Для цього є необхідність в розробці математичного апарату на основі розробки нових і вдосконалення наявних методик розрахунку параметрів провисання ГЛ для забезпечення роботи адаптивної системи управління його натягом.

У другому розділі для вирішення наукової задачі були розроблені та запропоновані методи зміни натягу ГЛ рушія ГТЗ. В галузі самої передової тенденції розробок електроприводів сучасних механізмів і машин та максимального наближення електромеханічного перетворення енергії до зони технологічного контакту було прийняте рішення на використання гвинтових приводів на основі застосування форсованих електродвигунів (Рис.1), де: 1 – корпус; 2 і 3 – полюс і обмотка статору; 4 і 5 – полюс і обмотка ротору; 7 – пустотілий вал ротору; 8 – підшипниковий щит; 9 – підшипник; 10 – гайка; 11 – гвинт. Такий контакт досягнутий завдяки розміщенню приводної гайки безпосередньо у валу двигуна. Елементами качення такої передачі є ролики, за рахунок чого підвищується працездатність усього механізму.

Перший метод засновано на удосконаленні відомого, де адаптивна зміна натягу ГЛ здійснюється за рахунок переміщення направляючого колеса по дузі кола за допомогою кривошипу. Такий МН схематично показний на рис. 2, де: 12 – кривошип; 13 – куліса; 14 – коромисло; 15 – зовнішня вісь кривошипу; 16 – направляюче колесо; 17 – електродвигун; 18 – опора двигуна; 19 – підшипник. У даному методі зміна натягу ГЛ здійснюється за допомогою роликово-гвинтового привода, приводний гвинт якого за допомогою куліси та коромисла здійснює рух кривошипу, завдяки чому направляюче колесо переміщується по дузі кола на відстань m.

Другий метод адаптивної зміни натягу ГЛ за рахунок переміщення направляючого колеса здійснюється механізмом по прямій лінії (Рис.3). Складовою першого варіанта такого МН є два гвинтових привода, де: 20 – жорсткий стрижень; 21 – направляючі стрижні; 22 – направляючі пази; 23 – муфта з’єднання гвинту та жорсткого стрижня.

Рис.1.Електродвигун гвинтового привода.

Рис.2. МН кривошипного типу при забезпеченні: а – максимального та б – мінімального натягу.

Рис.3 МН ГЛ лінійного типу.

Зміна натягу ГЛ здійснюється переміщенням направляючого колеса на відстань m, для чого електродвигун гвинтового приводу отримує сигнал від адаптивної системи управління. Обертання внутрішньої гайки приводу лінійно переміщує гвинт, який жорстко з’єднаний з жорстким стрижнем муфтою, що визначає його рух та переміщення направляючого колеса по прямій лінії.

Другий варіант механізму такого методу здійснює натяг ГЛ завдяки переміщенню направляючого колеса приводом, складовою якого є два електродвигуна, причому приводна гайка знаходиться всередині вала ротору кожного двигуна (Рис. 4,а). Для зміни натягу та переміщення направляючого колеса на відстань m електродвигуни гвинтових приводів отримують сигнали від адаптивної системи управління. Система двох приводів лінійно переміщує два гвинта, які жорстко з’єднані з жорстким стрижнем та визначають його рух по прямій лінії, який, в свою чергу, переміщує направляюче колесо.

Третій варіант механізму також здійснює переміщення направляючого колеса електроприводом, складовою якого є два електродвигуна, але приводна гайка знаходиться всередині жорсткого стрижня (Рис. 4,б), де: 25 – гвинт, жорстко з’єднаний з валами двох двигунів; 26 – муфта жорсткого стрижня з вбудованою приводною гайкою (на рис.4 не показана); 27 – форсований двигун з цілісним ротором; 28 – наполегливий щит. Для зміни натягу та переміщення направляючого колеса на відстань m електродвигуни гвинтових приводів отримують сигнали від адаптивної системи управління. Система двох приводів лінійно переміщує два гвинта, які жорстко з’єднані з жорстким стрижнем та визначають його рух по прямій лінії, який, в свою чергу, переміщує направляюче колесо також по прямій лінії. Використання двох двигунів меншої потужності дає змогу використовувати менший об’єм та дає можливість резервування.

Рис. 4. МН ГЛ лінійного типу: а - з двома гвинтовими приводами та загальною ходовою гайкою; б - з двома двигунами та одним загальним гвинтом

Третій метод адаптивної зміни натягу ГЛ базується на застосуванні вперше запропонованих повноприводних ГР. Диференціальний метод зміни натягу між верхньою і нижньою вітками ГЛ показаний на рис.12, де: 1 – основа; 2 і 3 – лівий і правий тяговий двигуни, відповідно; 4 і 5 – вал лівого і правого двигуна; 6 і 7 – приводні шестерні; 8 – імітатор ГЛ; 9 і 10 – верхня і нижня вітка ГЛ.

Рис. 5. Метод диференціальної зміни натягу ГЛ повноприводного ГР в положенні збільшеного натягу ланцюга: а – нижньої вітки; б – верхньої вітки

Для здійснення адаптивного управління МН розроблена принципова схема та визначена її оптимальна структура (Рис.6).

Рис.6. Принципова схема системи адаптивного управління МН

У третьому розділі отримані аналітичні співвідношення для розрахунку статичних і динамічних параметрів ГЛ з метою визначення точних значень цих параметрів в русі ГМ.

При визначенні швидкісних характеристик була виявлена проблема визначення точної довжини провисаючих ділянок та ділянок, які залишаються на колесі.

У роботі запропонована методика, яка дозволяє з високою точністю визначати статичні характеристики провисання ланцюга при зміні його натягу. В основу розрахунків покладені реальні параметри ГЛ. При цьому враховані ділянки, які провисають за законом ланцюгової лінії і ділянки, які лежать на колесі. Для здійснення розрахунків ГЛ розташований в системі координат як показано на рис. 7.

Рис. 7. ГЛ в системі координат при лінійному переміщенні колеса

В основі методики полягає вирішення системи рівнянь, де перше є сумою довжин усіх ділянок ГЛ. Тут m – довжина переміщення направляючого колеса, яка відповідає зміні натягу. Друге рівняння визначає точне місце знаходження точки сходу провисаючої ділянки з колеса, причому це залежить від натягу, довжини всієї ділянки ГЛ, його параметрів і відстані між колесами , м. Таким чином, друге рівняння – рівність похідних ланцюгової лінії і кола, за рахунок чого розраховано дві невідомі: Н, Н – мінімальна сила натягу провисаючої ділянки гусениці; , м – абсциса точки сходу провисаючої ділянки з колеса. Система рівнянь приймає остаточний вигляд:

, (1)

де: , Н/м – вага одного метра ГЛ; , м – радіус приводного колеса.

Необхідно відзначити, що на проміжку між центрами коліс верхня ділянка ГЛ частково розміщується на правому і лівому колесах, а остання його частина провисає за законом ланцюгової лінії. Система рівнянь дозволяє з великою точністю розрахувати координату точки сходу ГЛ з колеса. Це явище значно впливає на розрахунки провисання і в літературі за темою досліджень раніше не відмічалося.

В ході дослідження виявлено, що геометричні параметри ділянок провисання значно залежать від сили, прикладеної до точок підвісу. Тут розрахунки показали, що ці сили не значно відрізняються від сил, які розраховувались по раніше відомим методикам. Раніше в розрахункові формули вводили поправочні коефіцієнти, отримані на основі чисельних натурних експериментів. Запропоновані методи дозволяють здійснювати прямий точний розрахунок для подальшого, більш ретельного вибору режимів роботи тягового двигуна та математичного моделювання для розробки системи управління МН.

Друга методика розраховує характеристики провисання ГЛ при зміні його натягу диференціальним методом. ГЛ при такому способі регулювання розташований в системі координат як показано на рис. 8

Рис. 8. ГЛ в системі координат при диференціальної зміні його натягу

Розрахунки параметрів провисання проводяться на основі вирішення системи рівнянь, де диференціальна зміна ГЛ враховується як зміна довжини ділянки ГЛ завдяки обертанню правого колеса і позначена як s. Система рівнянь має вигляд:

, (2)

Методика розрахунку характеристик провисання ГЛ при зміні його натягу, де застосовуються колеса різного діаметру і на різній висоті. ГЛ при такому способі регулювання розташован в системі координат як показано на рис. 9.

Рис 9. ГЛ в системі координат при застосуванні коліс різного діаметру і при зміні висоти одного з коліс

З урахуванням змін в визначенні характеристик провисаючої вітки система рівнянь приймає кінцевий вигляд (3). |

(3)

де: M, м – повна довжина ГЛ; б, град – кут підйому другого колеса, відносно першого.

Розроблені методики визначення статичних параметрів ГЛ дали змогу розглянути особливості розрахунку параметрів ГЛ в динаміці методом кінетостатики. Цей метод дозволяє розглядати питання динаміки методами статики за використанням принципу Д’Аламбера. Частковим рішенням задачі динаміки з питань утримання ГЛ на обводі є визначення перерозподілу сил натягу та геометрії його ділянок. Для динамічного режиму характерні три головних етапи: початок руху, де тяговим колесом до робочої вітки додається зусилля, яке дорівнює силі тяги до моменту початку руху; перерозподіл довжини ділянок ГЛ на кінцевих швидкостях; зміна форми ділянок гусеничного обводу при будь-скількох значних прискореннях. Проведення досліджень здійснено при допущенні, що ГЛ є гнучкою важкою ниткою, яка не розтягується та без урахування на цьому етапі дослідження будь яких коливань.

На рис. 9.а показана форма гусеничного обводу, де гусениця приймає свою форму під дією сил попереднього статичного натягу (Рис. 10.а). В динаміці форма гусеничного обводу значно змінюється. Так, сила тяги додається до сил попереднього натягу робочої вітки, її довжина зменшується, а різниця додається і розподіляється між вільними вітками. Таке динамічне подовження викликає зменшення сили натягу, а значить і знижується сила утримання ГЛ на формозадаючих колесах. Бажано мати у складі ГР такі автоматичні механізми, які б адаптивно відстежували зміну форми ГЛ. Таким чином, в динаміці ГР необхідно адаптивно переміщувати направляюче колесо на відстань, пропорційну змінам сили тяги, тобто швидкості, прискоренню та іншим умовам руху.

Однією з динамічних складових сумарних зусиль натягу є відцентрова сила, що виникає на ділянці перемотування ланцюга тяговою зіркою. Ця сила пропорційна вазі ділянки обхвату і квадрату швидкості. У динаміці відцентрова сила викликає зміну форми провисаючої вітки (Рис. 10.б), оскільки значення вказаного зусилля перевищує силу, яка діє в точці підвісу провисаючої ділянки. Результатом складання таких сил є зменшення довжини дуги обхвату тягової зірки, що призводить до погіршення зачеплення. Навіть при незначних зовнішніх зусиллях, пов'язаних, наприклад, з різким гальмуванням або набором швидкості, поворотом гусеничної машини чи подоланням перешкод, особливо на великій швидкості, виникає втрата працездатності рушія у вигляді сходу гусеничного ланцюга. Це викликається силами інерції, які діють на вільну вітку гусеничного обводу, в наслідок чого здійснюється додатковий перерозподіл сил та довжини ГЛ (Рис. 10.б). Найменш натягнутою залишається для наведеного прикладу передня вітка обводу. Автоматичний МН повинен за командою системи управлення зайняти місце, яке прийняв ГЛ (Рис. 10.г). По мірі зниження швидкості МН послідовно доводить силу натягу до попередньо встановленої.

Рис. 10. Зміна форми обводу при різкому зниженні швидкості.

Оскільки збільшення попереднього натягу викликає додаткові втрати потужності, то його зміни повинні відповідати зміні швидкості, що визначає необхідність адаптивної зміни натягу ГЛ в динаміці.

Відомо, що ГЛ ГТЗ отримують значне подовження при великій швидкості, а також при виникненні екстремальних ситуацій, до яких можна віднести повороти на місці й, особливо, при русі, подоланні перешкод. При неавтоматичному регулюванні натягу ГЛ встановлюється його середній рівень щодо припустимої умови руху. При цьому припускається подовження ГЛ у допустимих межах. Але при виникненні екстремальних ситуацій подовження ГЛ значно збільшується, в наслідок чого погіршується її зчеплення з тяговим колесом, зубці якого проскакують, або може виникати режим підхвату.

Також, внаслідок подовження ГЛ при збільшенні швидкості він може зійти з направляючих коліс. Всі ці ситуації є умовами виникнення відмов і втрати працездатності, тому й потрібен механізм автоматичної підтримки натягу ГЛ залежно від умов руху. Він забезпечить утримання ГЛ та максимальну швидкохідність. У зв’язку з цім є необхідність точного врахування статичних та динамічних параметрів провисання та руху ГЛ для здійснення контролю за його натягом.

Розрахунки ГЛ з урахуванням реальних параметрів показують, що подовження в екстремальних або граничних умовах руху можуть досягати значень, при яких навіть незначні зовнішні зусилля можуть привести до аварійної ситуації – сходу ГЛ з направляючих коліс. По запропонованій методиці розрахована відстань, на яку необхідно переміщувати направляюче колесо для забезпечення нормальної роботи зачеплення ГЛ (Рис. 10.г). Також розраховано значення попереднього натягу, при якому ГЛ має мінімальну силу натягу і його передня та задня вітки не лежать на ґрунті.

Регулювання натягу ГЛ за допомогою запропонованих методик дозволять забезпечувати економію енерговитрат та значно підвищити довговічність передачі. Запропонована методика дозволяє визначати параметри будь-яких ланцюгових передач.

У четвертому розділі проведено дослідження працездатності гусеничних ланцюгових передач з адаптивними МН.

Результати кінематичного аналізу свідчать про те, що всі запропоновані МН ГЛ не мають надлишкових зв’язків та є працездатними. Робота запропонованих механізмів виявляє найменший можливий вплив на роботу всієї системи механізмів ГР. Для практичного дослідження зміни параметрів ГЛ при статичному натягу і його зміни в динаміці запропоновано стенд-імітатор диференціальної зміни натягу (Рис.11).

Такий імітатор має можливість диференціально змінювати натяг між верхньою та нижньою вітками ГЛ завдяки регулюванню у заданих межах сили тяги приводних двигунів. Також, імітатор дозволяє досліджувати зміну параметрів ГЛ при автоматичній або ручній зміні натягу на основі лінійного методу. У імітаторі поставлена задача вирішується шляхом виконання обох крайніх коліс активними у виді зубчатих, які входять в зачеплення з імітатором ГЛ і закріплені на валах приводних двигунів, причому ГЛ виконано у вигляді двохрядного приводного пластинчасто-роликового ланцюга.

Фізичні принципи роботи імітатора закладені в основу роботи розробленої математичної моделі ГЛ (Рис.12).

Математична модель побудована на основі поєднання залежностей, отриманих при моделюванні лінійного і диференціального способів зміни натягу ГЛ.

Рис.11. Стенд-імітатор диференціальної зміни натягу: 10 – двигун навантаження; 11 – шестерня імітатора навантаження; 12 – гвинт МН; 13 – додатковий двигун гвинтового МН; 14 – рукоятка ручного приводу МН

Рис. 12. Вхідні та вихідні параметри математичної моделі імітатора ГЛ

Вхідними параметрами математичної моделі є параметри ГЛ: вага, довжина, відстані між колесами, радіуси коліс і зміна відстані між колесами m при лінійному регулюванні натягу, або відстань s зміни довжини ділянки обводу при диференціальному регулюванні. При проведенні розрахунків прийняті обмеження, що імітатор є прототипом гнучкої, нерозтяжної нитки з рівномірно розподіленою масою. Для створення математичної моделі було вдосконалено дві методики, завдяки яким стало можливим повністю математично визначити всі параметри провисання ГЛ. З урахуванням рівнянь (1) і (2) розроблено систему рівнянь, за допомогою якої визначаються всі вихідні характеристики математичної моделі. Експериментальні та аналітичні дослідження показують, що при провисанні ділянка гусеничного обводу частково провисає, а частково залишається на колесі. На рис. 13 показано графічне зображення результатів математичного моделювання.

Рис.13. Математична модель при диференціальній зміні натягу імітатора ГЛ

(1)

Для дослідження статичних та динамічних режимів роботи ГР розроблена комп’ютерна модель імітатору. Ізометричне зображення моделі показано на рис. 14.

Рис.14. Ізометричне зображення комп’ютерної моделі імітатора диференціальної зміни натягу ГЛ на основі повноприводного електромеханічного ГР

У п'ятому розділі розглянуто рекомендації до впровадження розроблених методик розрахунків і способів управління параметрами ланцюгових передач. На рис. 15 показано експериментальне дослідження диференціальної зміни натягу ланцюга, де перевірено методику розрахунку характеристик при диференціальній зміни натягу. Результати зображені на рис. 16.

Рис. 15. Експериментальне дослідження диференціальної зміни натягу ланцюга: а – максимальний натяг верхньої вітки, б і в – проміжні значення; г – максимальний натяг нижньої вітки.

Рис. 16. Графіки зміни стріли провису нижньої та верхньої вітки ланцюга (експериментальні та розрахункові данні): fа, fb, м – експериментальні та розрахункові данні зміни стріли провису ланцюга; n – номер експерименту.

В ході дослідження динамічних процесів за допомогою рівнянь Лагранжа другого роду отримані характеристики перехідних процесів для запропонованого стенду – імітатору диференціального натягу ГЛ, що дало змогу обрати параметри двигунів таким чином, щоб вони задовольняли параметрам перехідних процесів для підтримки високої швидкодії при зміні натягу ГЛ. Таким чином, отримана залежність номінальної швидкості двигунів імітатора від часу перехідного процесу:

Прискорення двигунів імітатора при розгоні до номінальної швидкості:

Постійна часу двигуна імітатора для номінальної швидкості:

В ході дослідження ще раз підтверджено, що для повноприводних електромеханічних рушіїв найбільше підходять за якісними характеристиками форсовані трансверсальні двигуни постійного струму. Регулювання моменту для виконання зміни натягу у таких двигунах здійснюється регулюванням напруги, яка підводиться. При цьому загальна швидкість не змінюється. На рис.17 показані графіки впливу зміни напруги, яка підводиться до тягових двигунів, на швидкісні характеристики.

Рис.17. Швидкісні характеристики імітатора: а – перехідній процес при розгоні до сталої швидкості; б – прискорення при розгоні до сталої швидкості

Отримані залежності показують, за який час запропоновані електромеханізми спроможні здійснити регулювання натягу, наприклад, при зміні загальної швидкості ГМ.

ВИСНОВКИ

Вирішена в дисертації наукова задача полягає у визначенні залежності натягу ГЛ від довжини його окремих ділянок у ГР при адаптивній зміні натягу автоматичними механізмами. Це досягнуто завдяки розробці методів адаптивної зміни натягу ГЛ на основі використання автоматичних механізмів та методів розрахунку його параметрів. Натурні випробування та комп’ютерні дослідження показали доцільність розроблених способів адаптації рушія ГМ до дорожніх умов на основі використання автоматичних МН ГЛ для підвищення працездатності. Також визначено, що запропоновані механізми здатні забезпечити здійснення адаптивного натягу в динаміці ГМ.

Найбільш важливі наукові результати, які отримано в дисертації:

- створено математичну модель для визначення параметрів ланцюга при зміні його натягу для забезпечення роботи адаптивної системи управлення в повноприводних рушіях;

- вдосконалено методи зміни натягу ГЛ механізмами на основі переміщення направляючого колеса по дузі кола і по прямій лінії, що дозволило створити відповідні конструкції механізмів для здійснення адаптивного натягу ГЛ;

- вперше запропоновано метод диференціальної зміни натягу ГЛ, який відрізняється тим, що така зміна натягу проводиться на вперше запропонованому повноприводному ГТЗ диференціально між верхньою і нижньою вітками обводу. Це дозволило розробити конструкцію імітатора повноприводного ГР з можливістю диференціальної адаптивної зміни натягу ГЛ, що дає можливість проведення лабораторних досліджень;

- вдосконалено методики розрахунку параметрів ГЛ при адаптивній зміні його натягу на основі переміщення направляючого колеса по прямій лінії і по дузі кола, що дало змогу розробити механізми для автоматичного натягу ГЛ;

- вперше розроблена методика розрахунку параметрів ГЛ при диференціальній зміні його натягу, що дало змогу розробити імітатор повноприводного ГР та провести лабораторне дослідження його статичних і динамічних параметрів.

Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що розроблено чотири конструкції МН ГЛ, здійснюючих адаптивну зміну їх натягу переміщенням направляючого колеса в русі, що дозволило:

- підвищити працездатність ГР за рахунок утримання ГЛ при швидкісному маневрі;

- підвищити працездатність механізмів гнучкої передачі за рахунок утримання ланцюга при змінах навантаження, реверсі та впливі надмірних зовнішніх сил;

- зменшити втрати потужності в ГР при зміні швидкості і дорожніх умов за рахунок зменшення втрат в шарнірах ГЛ завдяки адаптивному регулюванню натягу до необхідного рівня, який визначається умовами руху;

- зменшити втрати потужності в механізмах гнучкої передачі при зміні швидкості і навантаження за рахунок зменшення втрат в шарнірах ланцюга завдяки адаптивному регулюванню їх натягу до необхідного рівня.

Розроблена конструкція імітатора повноприводного ГР з можливістю комбінованої адаптивної зміни натягу ГЛ в русі, яка дозволяє досліджувати поведінку ланцюгової передачі при зміні натягу у науково-дослідних лабораторіях.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Дяченко О.Ф., Лещенко О.І. Стежачий електропривод механізму натягу гусениць рушія гусеничної машини. // Збірник наукових праць ОІСВ. –Одеса, –2005. –№10. –С. 63-64;

2. Дяченко О.Ф., Браун В.О., Лещенко О.І., Захрабов М.Н. Автоматичне управління натягом гусеничного обводу в гусеничних машинах. // Вісник Київського національного університету. –К.: КНУ, –2005. –№10-11. –С. 53-54.

3. Зубарев В.В., Красник А.В., Лещенко О.І. Зміна ступеню натягу гусениць на основі автоматичних диференціальних електромеханічних приводів // Вісник КНУ. –К.: Київський університет, –2005. – Випуск 1. –С. 198;

4. Лещенко О.І., Лещенко О.О. Методика розрахунку параметрів натягу гусеничного обводу рушіїв гусеничних транспортних засобів для забезпечення їх високої працездатності // Збірник наукових праць ОІСВ. –Одеса, 2006. –№11. –С. 91;

5. Василевський В.В., Лісовенко Д.В., Лещенко О.І Методика розрахунку параметрів провисання стрічки шлейфового світлодіодного випромінювача для збільшення його функціональної можливості // Збірник наукових праць ОІСВ. –Одеса,–2006. –№12. –С.162;

6. Лещенко О.И. Лещенко А.О. Математическая модель имитатора полноприводного електромеханического движителя гусеничных транспортных средств // Труды ОНПУ. –№1(25). –Одесса, –2006. –С. 308;

7. Лещенко О.И. Лещенко А.О. Математическая модель провисания ленты транспортера при изменении угла подъема. // Труды ОНПУ– №2(26). –Одесса. –2006. –С. 200;

8. Лещенко О.І., Лещенко О.О. Математична модель для розрахунку зміни ступеня натягу гусениць в рушіях гусеничних транспортних засобів // Матеріали науково-методичної конференції "Управління якістю підготовки фахівців" Частина ІІ. –ОДАБА –Одеса, –2006. –С.148;

9. Лещенко О.І. Методика визначення попереднього статичного натягу гусеничного ланцюга повноприводного еленктромеханічного рушія // Збірник наукових праць ОІСВ. –Одеса, –2007. –№13. –С.87;

10. Дяченко О.Ф., Лещенко О.І., Боровков Л.О. Стежачий електропривод механізму натягу гусениць рушія гусеничної машини // Науково-практична конференція "Сучасні напрямки розвитку ЗС України" –ОІСВ –Одеса:–2005.–С. 94;

11. Лещенко О.І. Зміна ступеню натягу гусениць на основі автоматичних диференціальних електромеханічних приводів // Науково-практична конференція “Військова освіта та наука: сьогодення та майбутнє” – КНУ– Київ: –2005. –С.12;

12. Лещенко О.І., Лещенко О.О. Математична модель для розрахунку зміни ступеня натягу гусениць в рушіях гусеничних транспортних засобів // Науково-практична конференція "Управління якістю підготовки фахівців" –ОДАБА –Одеса: –2006.–С. 9;

13. Лещенко О.І. Дифференциальный метод изменения степени натяжения в движителях гусеничных транспортных средств // Науково практична конференція “Сухопутні війська Збройних Сил України в ХХІ столітті” –ХІТВ –Харків: –2006, –С. 157;

14. Лещенко О.І. Передумови моделювання можливостей гусеничної машини на основі повного привода рушія. Одеський інститут Сухопутних військ // Науковий семінар загальноінститутських кафедр "Моделювання в військово-наукових дослідженнях" Частина ІІ – ОІСВ –Одеса: –2006.–С. 64;

15. Заява на видачу патенту України від 23.5.2006 № 27207. Електромеханічний механізм натягу гусениць рушія бойової гусеничної машини. Бєліков В.Т., Дяченко О.Ф, Лещенко О.І. Магерамов Л.К. Янчик О.Г. № а 2005 01545. Заявл. 21.02.2005р;

16. Заява на видачу патенту України від 23.5.2006 № 27205. Імітатор диференціального натягу гусеничного обводу гусеничних рушіїв. Бєліков В.Т., Головань В.Г., Дяченко О.Ф, Лещенко О.І. № а 2005 09937. Заявл. 21.10.2005р.

Крім того, окремі результати викладено у звітах про НДР:

17. “Електромагнітні пристрої і спеціальні приводи для тренажерів і тренажери колісних і гусеничних військових машин на їх основі” (шифр “КАЛЬМАР”), яка проводилась у ОІСВ.

18. “Багатоцільова мобільна енергоефективна світлосигнальна система на базі світлодіодного випромінювання” (шифр “АССОЛЬ”) номер держреєстрації 0106U004770, що проводилася в НДЛ НЦ БЗСВ при ОІСВ. Замовниками кожної НДР є МО України.

Лещенко О.И. Методы усовершенствования гусеничного движителя путем адаптивной настройки его цепи. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук, специальность 05.02.02 – машиноведение, Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2007.

Диссертация посвящена решению научной задачи, которая заключается в определении зависимости натяжения от геометрических параметров отдельных участков цепи в движителях гусеничных машин, при адаптивной настройке цепной передачи автоматическими механизмами в динамике.

Задача решена путем синтеза имеющихся методов изменения натяжения, анализ которого привел к принятию решения создания автоматических механизмов натяжения, способных выполнять задачу регулирования натяжения