CC BY
23
М = / (а, ) . (12)
Параметры работы регулятора определяются при
положении рычага а0 по формулам (1, 3, 5). После чего
*
вводятся скорость перемещения рычага а и шаг интегрирования д^. Согласно закону изменения положения рычага управления регулятором (8) определяется новое положение рычага и все параметры работы регулятора.
Используя дифференциальное уравнение движения автомобиля (11), рассчитываем значение ускорения ] и скорости автомобиля V, после чего определяем центробежную силу грузов регулятора [РЦ(Ъ, пгр)] и её воздействие на муфту регулятора. Муфта регулятора через систему рычагов связана с рейками топливного насоса высокого давления (ТНВД), математически эта зависимость описывается следующим образом:
Л = Ках - ър х 7 ■ (13)
где И - положение рейки ТНВД;
Имах - положение рейки, соответствующее максимальной подаче топлива;
Ъ - положение муфты регулятора; Ьр - передаточное число между муфтой регулятора и рейкой ТНВД, которое определяется по зависимости:
^МАХ
Для решения системы уравнений (9-12) используются зависимости, описывающие работу дизельного двигателя на различных режимах работы. Крутящий момент на коленчатом валу дизеля при работе на внешней скоростной характеристике описывается выражением:
Ме = 215,6 + 0,367 хпд - 0,0889хпД . (15)
При моделировании работы двигателя на регулятор-ной характеристике используется выражение
Мд = 8019-1004ха + 5,71ха2 -1,08хпд + + 0,82 хпд ха -7,01x10-3 хпд ха2 --3,49х10-3 хпД -2,81х10-5 хпД ха + (16) +1,39х10-7 хпД х а2.
При работе дизеля на тормозной характеристике крутящий момент определяется выражением:
Мт = -9,79 + 5,67 х10-5 х пд -1,98 х Ю-6 х п2д . (17)
Представленная модель может использоваться как часть модели движения автомобилей с дизельными двигателями в условиях транспортных потоков с целью оценки эффективности работы водителя с применением методики [3; 4], позволяющей оценить загрузку водителя.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Предлагаемая модель при использовании совместно с моделью транспортного потока [3] и моделью деятельности водителя по управлению автомобилей [4] позволит получить количественные значения параметров, оценить сложность работы водителя и получить сравнительные характеристики информационной загрузки водителя в различных условиях движения.
Список литературы
1 Крутое В.И. Сборник задан по теории автоматического
регулирования двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1972. 336 с.
2 Крутое В.И. Развитие автоматического регулирования двигателей
внутреннего сгорания. М.: Наука, 1980.128 с. 3Жаров С.П. Разработка системы информационного обеспечения водителя с целью повышения топливной экономичности грузового автомобиля с дизелем: дис. ...канд. техн. наук. Курган, 1992.180 с. 4 Жаров С.П. Алгоритм и методика оценки работы водителя.
Совершенствование эксплуатации и обслуживания автомобилей: сборник научных трудов. Курган: КГУ, 2013.
УДК 656.1 : 681.325 Б.А. Собиров
Андижанский машиностроительный институт, Узбекистан
ВЫБОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕХАНИЗМОВ ПОДВЕСКИ АВТОБУСОВ ИСУЗУ
Аннотация. В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований по изучению моделирования при эксплуатации механизмов подвески автобусов Исузу с помощью программы Solid Edge ST и ANSYS 12.0. Рассчитаны рессоры методом конечных элементов с помощью программ Solid Edge ST и ANSYS 12.0.
Ключевые слова: автомобиль, рессора, прогиб, подвеска, напряжение, жескость, амортизатор, изгиб, ускорение, деформация.
B.A. Sobirov
Andijon Mechanical Engineering Institute, the Republic of Uzbekistan
CHOOSING MODERN METHODS OF MODELLING WHEN OPERATING ISUZU BUSES SUSPENSION MECHANISMS
Abstract: The work presents the results of the experimental research into modeling of operation of Isuzu buses suspension mechanisms using Solid Edge ST and ANSYS 12.0 computer programs. Shock absorbers were calculated by the method of finite elements using Solid Edge ST and ANSYS 12.0 programs.
Index terms: automobile, shock absorber, bending, suspension, stress, shock absorber, bending, acceleration, deformation.
На рабочие режимы и условия работы деталей подвески влияют множество факторов. К ним относятся покрытие дорог, ускорение автомобиля, различные нагрузки, конструкция подвески и т.д.
При проектировании автомобиля Isuzu SAZ NP особое внимание уделялось соответствию конструкции нового автомобиля условиям эксплуатации. Это соответствие необходимо для рентабельной эксплуатации автомобиля. При этом учитывалось, что автомобиль должен надежно работать при эксплуатации в различных климатических условиях по дорогам с усовершенствованным покрытием.
Рессорная подвеска автомобиля Isuzu SAZ NP 37 отличалась большой жесткостью, связанные с ней зна-
чительные вертикальные ускорения создавали неблагоприятные условия для работы водителя, утомляя его. Долговечность рессор была недостаточной. На автомобиле Isuzu SAZ NP 37 рессорная подвеска значительно мягче. Приняты меры по увеличению ее долговечности. Уменьшение вертикальных ускорений в передней подвеске, а также эффективное гашение колебаний, достигнутое установкой телескопических амортизаторов, значительно улучшило условия работы водителя. Масса рессорной подвески при этом, естественно, возросла. Условия работы водителя были значительно улучшены также за счет введения рулевого механизма, снабженного гидроусилителем, механизма регулировки сидения, системы эффективной вентиляции кабины и т.п. Очевидно, что все эти усовершенствования способствовали росту массы автомобиля.
В автобусе Isuzu SAZ NP 37 применяются зависимые подвески с листовыми рессорами. Широкое распространение таких подвесок объясняется простотой их изготовления и обслуживания, а также тем, что они обеспечивают автомобилю устойчивое движения.
В подвеске, где полуэллиптическая листовая рессора выполняет функции направляющего устройства, большое значение имеет правильный выбор конструкции крепления рессор к раме автомобиля. Это связано с тем, что коренные листы рессор подвергаются воздействию комплекса сил и моментов, значительно возрастающих при эксплуатации автомобилей в тяжелых дорожных условиях. Если недооценить влияние этих нагрузок, эксплуатационная надёжность подвески резко снизится. Поэтому при выборе типа крепления рессор к раме был рассмотрен и проанализирован ряд наиболее распространенных на автомобилях конструкций с учетом их надёжности, удобства и простоты обслуживания, а также экономической целесообразности [1; 2].
Основные типы крепления концов рессоры к раме или кузову автомобиля следующие:
- фиксирование конца рессоры (т.е. конца рессоры, воспринимающего все силы, действующие на подвеску) с витым или отъемным ушком или на резиновой опоре;
- свободный конец рессоры (т.е. конец рессоры воспринимает все силы, кроме продольных, возникающих при движении автомобиля) на серьге, на резиновой или скользящей опоре;
- сочетание креплений концов рессоры может быть самым различным. На практике чаще всего применяется крепление фиксированного конца рессоры с витым ушком и свободного конца на серьге или скользящей опоре.
Крепление фиксированного конца рессоры с витым ушком отличается простотой конструкции, малой стоимостью и наименьшей массой по сравнению с креплениями других типов. При эксплуатации в тяжелых дорожных условиях встречается ряд затруднений, связанных с обеспечением необходимой прочности ушка.
Наиболее распространенный и простой способ повышения прочности ушка - увеличение толщины коренного листа - не всегда дает положительный результат. Если увеличивать толщину только одного коренного листа, оставляя толщину остальных листов неизменной, то это может привести к значительному снижению долговечности рессоры из-за преждевременной усталостной поломки утолщенного коренного листа. Если одновременно увеличить толщину коренного и остальных листов, то для сохранения заданных в расчете прогиба и среднего расчетного напряжения потребуется удлинить рессору, что не всегда возможно по компоновочным сообра-
жениям, и, кроме того, это может привести к нерациональному увеличению массы рессоры в связи с уменьшением числа листов.
В таблице 1 приведены средние характеристики цикла измерений в дизельном автобусе.
Таблица 1 - Средние характеристики цикла измерений в дизельном автобусе
Параметры Среднее Максимально
Скорость, м/с 17,9 25
Ускорения, м/с 2 0,21 1,42
Замедление, м/с 2 -0,72 -1,88
Нагрузка зависит от реакции Rz на колесо и веса не-подрессоренных масс G .
Рисунок 1 - Силы, действующие на автомобиль в общем случае движения
Рисунок 2 - Схема сил образования моментов сил
G + G2 = Ga.
ll + l2 = L.
(4 +12) • G2 = Ga • k.
/ -_G2L1L 5000 •38 _ 2 346
1 G1 + G2 3100 + 5000 /2 = L - lx = 3.800 - 2.346 = 1.454.
F = p • с • В • H • v2 =
2
1.225
• 0.65-2.8-1.665- 252 = 1160Я.
Fxl + Fx2 - mg sin a - Fa = mv. Rzl + Rz2 - mg cosa = 0.
Яг1 • 0 - Яг2 ■ (/, + /2) + соба ■ 1Х + + + т V + mg бш а) • к = 0.
■ 0 + Ял •(/, +/2)- соэ а-12 + + {Га+ту + mgs¡ma)•h = 0.
= — ■(mgcosa -/2 -(7^ +т^5та + шг)'/г)1 (1)
Лг2 = — ■(t}lgcosa■ll+(Fa+mgsma + mv)■h)¡ (2) X
где ^ и С2 - нагрузка на переднюю и заднюю ось; - сила реакции на передние колеса; - сила реакции на задние колеса; Ёа -аэродинамические силы; рв - плотность воздуха; Сх - безразмерный коэффициент полной аэродинамической силы (автобусы: вагонной компоновки - 0,6...0,75); В - колея; Н - габаритная высота; т - нагруженная масса автомобиля; д - ускорение при свободном падении.
Рисунок 3 - Расчетная схема для определения нагрузок на упругие элементы подвески
Расчетная нагрузка на рессору определятся следующим образом [2; 3]:
Р =Я -0.5-в,.
(3)
где вни - реакции веса неподрессоренных масс. В таблице 2 приведены параметры ускорения автомобиля при движении на подъем.
Схемную подвеску (рисунки 3, 5) можно считать балкой. Она имеет длину 1_=1350 мм, ширину Ь=70 мм и толщину стенки 10 мм. На центрах прикреплена к жестким осям, вделанным в стены. Нагружение производится поперечной силой Р = 39839 Н.
■ Рр1-Ср«!.уСК0р.
□ Рр! - мах ус кор.
■ Рр2 - сред ускор
□ Рр2-мах.ускор
0 3 5 сс. градус
Рисунок 4 - Распределение нагрузок на рессоры при движении по наклонной дороге
Рисунок 5 - Расчетная схема подвески
Возвращаясь к конструкции балки, рассмотрим, что происходит с ней под действием статической нагрузки. Из геометрии балки можно ожидать распределение перемещений и напряжений, подобное тому, что реализуется в классической балке с защемленными концами, нагруженными на границе. В результате вычислений по стандартным инженерным формулам получаем, что расчетными характеристиками листовой рессоры являются напряжение изгиба <Ти, прогиб жесткость ср.
Для симметричной полуэллиптической многолистовой рессоры вычисляем максимальные прогиб и напряжение по формулам [2; 3].
С",, =
пЬИ2
<у.
и перед.
1.5 14541-1350 Н
■ — 601-г
7-70-10
мм
1.5-39839-1300 111Л Я ст.., =-:-—-= 1110-т
5Р„]} г =■ "
у р
4ЕпЬИ
fp =
10-70-10
1.25-14541-13503 4-2.05-Ю6 -7-70-103
мм
= 11.13
1 25-39839-13503
,=19.06
р 4-2.05-10 -10-70-10
Таблица 2 - Параметры ускорения автомобиля при движении на подъем
а,0 Кх2 Р»1 Р р2
Сред, ускор. Мах. ускор. Сред, ускор. Мах. ускор. Сред, ускор. Мах. ускор. Сред, ускор. Мах. ускор.
0 29620 27041 49760 52339 17120 14541 37260 39839
3 28486 25906 50786 53365 15986 13406 38286 40865
5 27684 25105 51394 53973 15184 12605 38894 41473
с , =
Рр _ Enbh3
Л 4Ж3
14541 Н
с =-= 1306.5-
р 11.13
39839
Ср 19.06
= 2090.1
мм
Н
мм
где L - полная длина рессоры; n - число листов; Е - модуль упругости (2,05 МПа); b - ширина листа; h- Толщина листа; 5 - коэффициент прогиба (1,25). Оценка максимума перемещений и напряжений: 19.06 мм, 1110 Н/мм2.
Метод конечных элементов (МКЭ) на сегодняшний день является общепризнанным основным методом структурного анализа в целом ряде областей науки и техники. Поэтому в этом исследовании мы рассчитывали рессору в МКЭ с помощью программы Solid Edge ST и ANSYS 12.0.
Вначале мы измерили, листы рессор и начертили с помощью Solid Edge ST (рисунок 6).
Рисунок 6 - Коренной лист
Затем начертили остальные листы рессор поэтапно, потом ассемблировали листы рессор с помощью Solid Edge ST (рисунок 7).
Рисунок 7 - Ассемблированного листа рессора Далее получили чертеж (рисунок 8)
Затем эту модель экспортировали в программу ANSYS 12.0.(рисунок 9).
Рисунок 9 - Экспортированный вид рессоры в программе ANSYS 12.0
После экспортирования модели в программу ANSYS 12.0. нажимаем Supports и выбираем Fixed Support функции (рисунок 10). С помощью этой функции закрепляем нижнюю часть рессоры.
Рисунок 10 - Функция Fixed Support и закрепление нижней части рессоры
После этого устанавливаем силовые факторы и выполняем моделирование (рисунок 11).
Рисунок 8 - Общий чертеж- рессоры в программе Solid Edge ST
Рисунок 11 - Поставленные силы и закрепленные вид рессор
В моделировании симуляции (Simulation) рессоры с помощью ANSYS 12.0. мы получаем эквивалентное напряжение (Equivalent stress), суммарную деформацию (Total deformation) и запас прочности (Safety Factor). В результате моделирования определяем максимальные нагрузки не разрушающие рессору (рисунок 12).
Рисунок 12 - Вид после симуляции рессоры
Расчеты показали, что требуется выбор оптимизационных методов моделирования при эксплуатации механизмов подвески автобусов Исузу.
Рисунок 13 - Поломки рессор Список литературы
1 Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: анализ конструкций,
элементы расчета. М.: Машиностроение, 1989. 305 с.
2 Успенский И.Н., Мельников А.А. Проектирование подвески
автомобиля. М.: Машиностроение, 1976. 273 с.
3 Кузнецов В.А, Дьяков И. Ф. Конструирование и расчет автомобиля.
Подвеска автомобиля. Ульяновск: УлГТУ, 2003. 64 с.
УДК 656.1 : 681.325 Б.А. Каюмов
Андижанский машиностроительный институт, Узбекистан
АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКАЗОВ ЭЛЕМЕНТОВ ИНЖЕКЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ МЕТОДОМ СПЛАЙН-ФУНКЦИЙ
Аннотация. В статье приведена методика определения количественной оценки эксплуатационной надежности системы питания двигателей с применением прогрессивного способа анализа данных методом сплайн-функций в дорожно-климатических условиях Республики Узбекистан. Апробация методики проведена на подконтрольных автомобилях ЗАО «ДжиЭм Узбекистан»
Ключевые слова: надежность, эксплуатация, си-
стема питания, инжектор, топливный насос, наработка на отказ, сплайн-функция, закономерности распределения отказов.
B.A. Kayumov
Andijon Mechanical Engineering Institute, the Republic of Uzbekistan
ANALYSIS OF ELEMENT FAILURE DISTRIBUTION PATTERNS IN INJECTION FUEL SUPPLY SYSTEM BY THE METHOD OF SPLINE FUNCTIONS
Abstract. The article describes the method of determining the quantitative assessment of operational reliability of the fuel supply system using a progressive method of data analysis by spline functions on the roads and in the climate of the Republic of Uzbekistan. The method was tested on the cars of GM Uzbekistan, CJSC.
Index terms: reliability, operation, fuel supply system, injector, fuel pump, mean time between failures, spline function, failure distribution patterns.
В настоящее время одной из основных задач отечественной автомобильной промышленности является повышение эксплуатационной надежности автомобильного транспорта. Развитие автомобилестроения в Узбекистане и расширение социально-экономических отношений с соседними государствами, расположенными в зонах жаркого климата, требуют создания конкурентоспособных машин и систем с высокой надежностью работы, устойчивых к эксплуатации в условиях повышенной температуры и запыленности воздуха.
Известно, что эксплуатационная надежность автомобильных двигателей, прежде всего, зависит от условий их работы, которые в основном определяются запыленностью окружающей среды и загрязнением топлива и масла. В этом отношении показатели эксплуатационной надежности двигателей автомобилей ЗАО «ДжиЭмУзбекистан» в настоящее время не имеют количественной оценки при условии их работы в зонах с высокой температурой и запыленностью воздуха. И это создает определенные трудности при обеспечении эксплуатационной надежности ин-жекционной системы питания двигателей в условиях эксплуатации.
Поэтому проведение исследований по количественной оценке и обеспечению эксплуатационной надежности инжекционной системы питания двигателей при эксплуатации их в дорожно-климатических условиях Республики Узбекистан является актуальным вопросом [1].
В связи с этим проведены экспериментальные и теоретические исследования по определению закономерностей возникновения отказов деталей и узлов двигателей с инжекционной системой впрыска топлива. На основе анализа разновидностей отказов разработаны теоретические основы закономерностей возникновения отказов, установлена взаимосвязь между частотами появления отказов и наработкой автомобиля, приведено описание объектов и методика исследований. Разработан программный продукт для моделирования вероятности возникновения отказов инжекционной системы питания бензиновых двигателей на ЭВМ [2].
Проведены функциональные исследования возникновения отказов в элементах инжекционной системы питания. Рассмотрены возможные варианты видов распределения случайных величин возникновения отказов в этих
