Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделирование плавности хода трактора Т-150К

Введение

Одним из основных эксплуатационно-технических показателей транспортных средств является плавность хода. Она характеризуется способностью машины двигаться по неровностям микро- и макропрофиля пути на различных скоростях, не вызывая при этом неприятных ощущений у водителя, не ухудшая агротехнических показателей тракторов (в особенности при работе с навесными сельскохозяйственными машинами) и динамических характеристик мобильных машин и электрических транспортных средств, а также снижая динамические нагрузки на остов вышеуказанных транспортно-тяговых машин.

Работа подвески в математических моделях оценивается упругими характеристиками и демпфирующими свойствами. При исследованиях широко применяются как линейные, так и нелинейные модели подвесок. Нелинейность упругой характеристики подвески улучшает плавность хода и достигается применением комбинации нескольких упругих элементов одного или различных типов (ограничители ходадополнительные рессоры и т.д.). Интенсивность рассеивания энергии колебания в подвеске зависит от типа гидравлического амортизатора и сухого трения между листами рессор.

В своей курсовой работе я смоделировал плавность хода трактора Т-150К. Для этого изучил конструкцию подвески трактора и её работу. Изучил профиль микронеровности. На основании этого составил расчетную схему и выбрал обобщенные координаты. Разработал алгоритм и программу реализации математической модели. По результатам моделирования получил зависимости перемещений и скоростей подрессоренной и неподрессоренной масс, угла поворота остова трактора относительно горизонтального положения, и его угловой скорости, при наезде объекта на заданную неровность, от времени. Позволившие оценить плавность хода трактора Т-150К.

1. Цель и задачи моделирования

плавность ход трактор моделирование

Основными целями моделирования являются следующие:

-определение виброскоростей и виброускорений хорактерных точек машины при движении по заданным неровностям и сопоставление их с нормативными показателями;

-определение максимальных значений ходов подвески для возможности оценки ее пробоя;

-определение собственных колебаний и вибрации трактора в различных режимах работы

-снижение вредного воздействия собственных колебаний и вибрации на водителя,

При движении трактора тракторист на сидении испытывает колебания широкого частотного спектра, подразделяемого условно на собственные колебания и вибрации .Колебания отличаются более низкой частотой(до 15-18 Гц) и тем, что организм улавливает лишь отдельные их циклы (периоды). Вибрации - колебания более высокой частоты, воспринимаемые слитно. Границы вибрационной чувствительности человеческого организма составляет 15-1500Гц.

Колебания оказывают сложное биологическое воздействие на человека и могут вызвать ряд изменений в организме, затрагивающих его функциональное состояние, работоспособность, здоровье.

В зависимости от конкретных задач исследования подрессоривания трактора, применяются различные математические модели внешней среды, которые отличаются подробностью описания неровности профиля движения и т.д.

Необходимо сделать выводы о годности созданной математической модели, а также установить причины неточности модели методы их устранения.

Сравнение результатов проводим по ГОСТ 12.2.019-86 «Параметры вибрации в вертикальном направлении на сиденье оператора тракторов», а также по ГОСТ 12.2 .002-91.

ГОСТ12.2.002-91 устанавливает в приложении 6 условия работы машины при измерении вибрации.

Таблица 1

Наименование объекта испытаний	Основная технолог. операция	Рельеф	Скорость движ., км/ч	Напр. Движения
Кол. Трак. общего назн. тягового класса0,6-2,0	Транспортная работа	Искус. трек или грунтовая дорога	15+-0,5	-

Параметры вибрации измеряют при установившемся движении трактора и заполненных технологическим продуктом рабочих органах и емкостях.

В процессе испытаний тракторов и машин измеряют параметры вибрации регламентированные ГОСТ 12.2.019-86

Параметры вибрации измеряют на сиденье оператора трактора один раз в течении не менее 50 секунд

Параметры вибрации на рабочем месте оператора тракторов и машин измеряют не менее трех раз длительностью в частотном диапазон6е 0,7-5,6 Гц не менее 20с, в частотном диапазоне 5,6-22 Гц- не менее 2с, на частотах более 22 Гц- не менее 1 с при характеристике прибора «медленно».

За оценочное значение параметров вибрации на рабочем месте оператора тракторов и машин следует принимать среднее арифметическое измерений.

Параметры вибрации в горизонтальном направлении на сиденье и (или) рабочей площадке оператора тракторов и машин

Таблица 2

Приложение 7 ГОСТ 12.2.019-86 устанавливает параметры вибрации на органах управления тракторов и машин

Таблица 3

Наименование параметров	Значение параметра для октавных полос со среднегеометрическими частотами, Гц
	16	31,5	63	125	250
Среднеквадратическое значение скорости, м/с	0,04	0,028	0,02	0,014	0,01
Уровень скорости, дБ	118	115	112	109	106

2. Конструктивная схема и описание объекта моделирования

Колесный трактор Т-150К -- сельскохозяйственный трактор общего назначения класса 3 т. Он предназначен для работы в сельском хозяйстве с навесными, полунавесными и прицепными гидрофицированными машинами и орудиями (пахота средних и тяжелых почв на глубину до 32 см, дискование, сплошная культивация, боронование, ранне-весеннее закрытие влаги, предпосевная обработка, посев, уборочные работы и др.)- Кроме этого, трактор Т-150К можно использовать в качестве транспортного тягача на магистральных дорогах и в условиях бездорожья с прицепами и полуприцепами общей грузоподъемностью до 21т.



Рис.1

Трактор Т-150К выпускается в трех модификациях:

T-150-- оборудован гидравлической навесной системой, независимым ВОМ, прицепной скобой и упряжной, серьгой, предпусковым подогревателем ПЖБ-300, гидрофицированным крюком и разрывной муфтой со шлангами (гидрокрюк и разрывная муфта со шлангами прикладываются к трактору);

Т-150 -- трактор оборудован так же, как и Т-ШЖСЛ но без заднего навесного устройства, силового цилиндра со шлангами, ВОМ, гидрокрюка и пред-.Егускового подогревателя;

Т-150. . -- трактор с гидрофицироваиным тяговым крюком, оборудован так же, как и Т-150 но без прицепной скобы и упряжной серьги, ВОМ и предпускового подогревателя (разрывная муфта со шлангами прикладывается к трактору).

Подвеска переднего моста трактора Т-150К (рисунок 1) состоит из продольных полуэллиптических рессор 7; гидравлических амортизаторов 5, установленных на концах переднего моста 4.Рессоры крепятся к раме на переднем 1 и заднем 6 кронштейнах через резиновые опоры. С корпусом моста они жестко соединяются стремянками. Перемещение переднего моста в вертикальной плоскости ограничивается резиновыми буферами 3.

Рисунок 2. Подвеска переднего моста трактора Т-150К

Гашение колебаний происходит также за счет применения шин низкого давления, и большого размера как в передних так и в задних колесах. В кабине водителя предусмотрено подрессоренное сиденье водителя. Задние колеса присоединяются к остову без дополнительных упругих элементов.

3. Расчетная схема объекта моделирования, характеристики объекта моделирования и окружающей среды

Для исследования колебаний остова колесного трактора с подрессоренным передним мостом составляют расчетные схемы систем подрессоривания, которые содержат данные о расположении упругих и демпфирующих элементов, а также определяют все компоновочные и конструктивные параметры.



Рисунок 3. Расчетная схема подрессоривания колесного трактора

При составлении расчетной схемы (рис.3) учитываются следующие положения:

силы неупругого сопротивления в подвеске и шинах считаются пропорциональными скорости колебаний;

характеристики упругих элементов подвески -- линейные, пробои подвески отсутствуют;

колебания трактора рассматриваются в продольной вертикальной плоскости;

при рассмотрении колебаний остова трактора не учитывается влияние колебаний тракториста на сидении;

при исследовании колебаний трактора с навесным орудием в транспортном положении не учитывается податливость механизма навески. Влияние орудия учитывается изменением положения центра тяжести трактора.

При принятых допущениях колесный трактор с подрессоренной передней осью представляет собой колебательную систему с тремя степенями свободы.

Положение подрессоренной и неподрессоренной масс трактора определяются тремя координатами. Две координаты трактора обусловлены обобщенными вертикальными перемещениями Z и Y с и третья- углом поворота трактора относительно горизонтальной оси.

Принимаемые обозначения:

L - база трактора;

l1 - расстояние от центра масс до оси переднего колеса;

l2 - расстояние от центра масс до оси переднего колеса;

M- подрессоренная масса трактора;

m2 - неподрессопреная масса трактора;

Z - вертикальное перемещение подрессоренной массы трактора ;

Y- вертикальное перемещение неподрессоренной массы;

- угол поворота стова трактора относительно горизонтального положения;

Is- момент инерции трактора ;

h1(t)- высота неровности поверхности под передним колесом;

h2(t)- высота неровности поверхности под задним колесом;

F- сила сухого трения в подвеске переднего моста;

Cр1- коэффициент жесткости рессор;

Csh1- коэффициент жесткости передней шины;

Csh2- коэффициент жесткости задней шины;

Kp1- коэффициент сопротивления подвески переднего моста;

Ksh1- коэффициент сопротивления передней шины;

Ksh2- коэффициент сопротивления задней шины.

Поверхность имеет следующий вид:



Рисунок 4. Профиль возмущающего воздействия

Характер профиля микронеровности - синусоидальный:

если

если

если

4. Математическое описание объекта моделирования

Для вывода дифференциальных уравнений, описывающих колебания остова трактора в вертикальной плоскости, воспользуемся уравнениями Лагранжа второго рода.



Кинетическая энергия:

Потенциальная энергия:

Функция Реллея (диссипативная функция):

Дифференцируем данные выражения по обобщенным координатам и подставляем в исходную систему уравнений.



Принимаем следующие обозначения и приводим уравнения к машинному виду:

Соответственно получаем уравнения машинного вида:

dp1:=Z1[3]-l1*Z1[5]-Z1[1];

dp1p:=Z1[4]-l1*Z1[6]-Z1[2];

ds1:=z1[1]-H1;

ds1p:=z1[2]-h1p;

ds2:=Z1[3]+l2*Z1[5]-h1;

ds2p:=Z1[4]+l2*Z1[6]-h1p;

V[1]:=Z1[2];

V[2]:=(cp1*dp1-cs1*ds1-ks1*ds1p+kp1*dp1p)/m2;

V[3]:=Z1[4];

V[4]:=(-cp1*dp1-cs2*ds2-ks2*ds2p-kp1*dp1p-F*sign)/M1;

5. Алгоритм реализации задачи

Рис.5

6. Программная реализация задачи

Type

massiv1 = array [1..6] of real;

massiv2 = array [1..5] of real;

var

Form1 : TForm1;

n,i,s,M : integer;

F,U,Iss,cp1,cs1,cs2,kp1,ks1,ks2,m1,M2,l1,l2,t0,H,t1,th,tmax:real;

h2p,h2,H1,H1p:real;

B,Bh,z,d : massiv1;

A : massiv2;

fr,fw,fww: text;

implementation

{$R *.dfm}

procedure fun(n:integer;t1:real;var z1,v:massiv1);

var

ds1,ds1p,ds2,ds2p,dp1,dp1p,h2p,h2,H1,H1p,X1,X2 : real;

sign : integer;

begin

if (t1<=(0.5/U)) then

begin

H1:=0;

h1p:=0;

end;

if (t1>(0.5/U)) and (t1<=((0.5/U)+(0.35/U)+(0.35/U))) then

begin

H1:=0.15*sin(((t1-(0.5/U))/(0.35/U))*0.5*3.14)-

0.15*sin(((t1-(0.5/U)-(0.35/U))/(0.35/U))*0.5*3.14);

h1p:=0.15*0.5*3.14*cos(((t1-(0.5/U))/(0.35))*0.5*3.14)/(0.35/U)-

0.15*0.5*3.14*cos(((t1-(0.5/U)-(0.35/U))/0.35)*0.5*3.14)/(0.35/U);

end;

if (t1>((0.5/U)+(0.35/U)+(0.35/U))) then

begin

H1:=0;

h1p:=0;

end;

if (t1<=((0.5+l1+l2)/U)) then

begin

H2:=0;

h2p:=0;

end;

if (t1>((0.5+l1+l2)/U)) and (t1<=((0.5+l1+l2)/U)+((0.35+l1+l2)/U)+((0.35+l1+l2)/U)) then

begin

H2:=0.15*sin(((t1-((0.5+l1+l2)/U))/((0.35+l1+l2)/U))*0.5*3.14)-

0.15*sin(((t1-((0.5+l1+l2)/U)-((0.35+l1+l2)/U))/((0.35+l1+l2)/U))*0.5*3.14);

h2p:=0.15*0.5*3.14*cos(((t1-((0.5+l1+l2)/U))/(0.35+l1+l2))*0.5*3.14)/((0.35+l1+l2)/U)-

0.15*0.5*3.14*cos(((t1-((0.5+l1+l2)/U)-((0.35+l1+l2)/U))/0.35+l1+l2)*0.5*3.14)/((0.35+l1+l2)/U);

end;

if (t1>(((0.5+l1+l2)/U)+((0.35+l1+l2)/U)+((0.35+l1+l2)/U))) then

begin

H2:=0;

h2p:=0;

end;

if ((V[3]-v[1])>0) then

sign:=1 else

sign:=-1;

if ((V[3]-v[1])=0) then

sign:=0;

dp1:=Z1[3]-l1*Z1[5]-Z1[1];

dp1p:=Z1[4]-l1*Z1[6]-Z1[2];

ds1:=z1[1]-H1;

ds1p:=z1[2]-h1p;

ds2:=Z1[3]+l2*Z1[5]-h2;

ds2p:=Z1[4]+l2*Z1[6]-h2p;

V[1]:=Z1[2];

V[2]:=(cp1*dp1-cs1*ds1-ks1*ds1p+kp1*dp1p)/m2;

V[3]:=Z1[4];

V[4]:=(-cp1*dp1-cs2*ds2-ks2*ds2p-kp1*dp1p-F*sign)/M1;

V[5]:=Z1[6];

V[6]:=(l1*cp1*dp1-l2*cs2*ds2-l2*ks2*ds2p+l1*kp1*dp1p)/Iss;

end;

procedure RKS(n:integer;var h,t1,th :real;var y,yh,z,d : massiv1; a:massiv2);

var

i,j :integer;

begin

th:=t1;

for i:=1 to n do

begin

yh[i]:=y[i];

d[i]:=y[i];

end;

for j:=1 to 4 do

begin

FUN(n,th,D,Z);

th:=t1+A[j];

for i:=1 to n do

begin

yh[i]:=yh[i]+A[j+1]*z[i]/3;

D[i]:=y[i]+A[j]*z[i];

end;

procedure TForm1.BitBtn1Click(Sender: TObject);

begin

Form1.PageControl1.ActivePageIndex:=0;

if Form1.CheckBox1.Checked then

begin

AssignFile(Fr,'Dano.dat');

Reset(Fr);

Read(Fr,n,U,F,Iss,cp1,cs1,cs2,kp1,ks1,ks2,m1,M2,l1,l2,t0,H,tmax);

CloseFile(Fr);

end else

begin

n:=6;

U:=StrToFloat(Form1.Edit1.Text);

F:=StrToFloat(Form1.Edit2.Text);

Iss:=StrToFloat(Form1.Edit3.Text);

cp1:=StrToFloat(Form1.Edit4.Text);

cs1:=StrToFloat(Form1.Edit5.Text);

cs2:=StrToFloat(Form1.Edit6.Text);

kp1:=StrToFloat(Form1.Edit7.Text);

ks1:=StrToFloat(Form1.Edit8.Text);

ks2:=StrToFloat(Form1.Edit9.Text);

m1:=StrToFloat(Form1.Edit10.Text);

M2:=StrToFloat(Form1.Edit11.Text);

l1:=StrToFloat(Form1.Edit12.Text);

l2:=StrToFloat(Form1.Edit13.Text);

t0:=StrToFloat(Form1.Edit14.Text);

H:=StrToFloat(Form1.Edit15.Text);

tmax:=StrToFloat(Form1.Edit16.Text);

end;

AssignFile(Fw,'rez.dat');

Rewrite(Fw);

AssignFile(Fww,'gr.dat');

Rewrite(Fww);

WriteLn(Fw,' ':10,'n=',n);

WriteLn(Fw,' ':10,'Is=',Iss:10:3);

WriteLn(Fw,' ':10,'cp1=',cp1:10:3);

WriteLn(Fw,' ':10,'cs1=',cs1:10:3);

WriteLn(Fw,' ':10,'cs2=',cs2:10:3);

WriteLn(Fw,' ':10,'kp1=',kp1:10:3);

WriteLn(Fw,' ':10,'ks1=',ks1:10:3);

WriteLn(Fw,' ':10,'Ks2=',ks2:10:3);

WriteLn(Fw,' ':10,'m1=',m1:10:3);

WriteLn(Fw,' ':10,'M2=',M2:10:3);

WriteLn(Fw,' ':10,'l1=',l1:10:3);

WriteLn(Fw,' ':10,'l2=',l2:10:3);

WriteLn(Fw,' ':10,'t0=',t0:10:3);

WriteLn(Fw,' ':10,'h=',h:10:3);

WriteLn(Fw,' ':10,'tmax=',tmax:10:3);

for i:=1 to n do

begin

B[i]:=0;

Bh[i]:=0;

Z[i]:=0;

D[i]:=0;

end;

A[1]:=H/2;

A[2]:=A[1];

A[5]:=A[1];

A[3]:=H;

A[4]:=A[3];

repeat

RKS(n,H,t1,th,B,Bh,Z,D,A);

writeln(fww,th:10:3,' ',Bh[1]:10:3,' ',Bh[2]:10:3,' ',Bh[3]:10:3,

' ',Bh[4]:10:3,bh[5]:10:3,Bh[6]:10:3);

{=== СРТОИМ ГРАФИКИ ====================}

Form1.Series1.AddXY(th,Bh[1]);

Form1.Series2.AddXY(th,Bh[2]);

Form1.Series3.AddXY(th,Bh[3]);

Form1.Series4.AddXY(th,Bh[4]);

Form1.Series5.AddXY(th,Bh[5]);

Form1.Series6.AddXY(th,Bh[6]);

{=============================================}

for i:=1 to n do

B[i]:=Bh[i];

t1:=th;

Form1.ProgressBar1.Position:=Form1.ProgressBar1.Position+1;

until (t1>=tmax);

CloseFile(fw);

CloseFile(Fww);

Form1.ProgressBar1.Position:=0;

procedure TForm1.BitBtn2Click(Sender: TObject);

begin

Close;

end;

7. Исходные данные для моделирования

Все исходные данные приведены в файле DANO.dat, были взяты из литературы, приведенной в конце данной курсовой работы. Приведенные ниже обозначения соответствуют обозначениям, используемым и в расчетной программе.

Таблица 3. Исходные данные для моделирования

Обозначение в формулах	Идентификатор при программной реализации	Размерность	Определение	Компонент мат. модели	Значение	Источник информации
	n		Количество дифференциальных уравнений		6
l	l	м	Продольная база трактора		2,86
l1	l1	м	Рас. от центра масс до переднего колеса	Геом. характеристика подрессоренной массы	0,935	[2]
l2	l2	м	Расстояние от центра масс до заднего колеса		1,925	[2]
M1	M	кг	Масса остова	Подрессоренная масса	4838	[2]
m2	m2	кг	Масса моста	неподрессоренная масса	854	[2]
Cp1	cp1	Н/м	Жесткость рессоры	Упругий элемент	560000	[2]
Csh1	cs1	Н/м	Жесткость передней шины	Упругий элемент	834000	[2]
Csh2	cs2	Н*м	Жесткость задней шины	Упругий элемент	686000	[2]
Ksh1	ks1	Н*с/м	Коэффициент демпфирования передних шин	Демпфирующий элемент	4000	[5]
Ksh2	ks2	Н*с/м	Коэффициент демпфирования задних шин	Демпфирующий элемент	6000	[5]
Кp1	kp1	Н*с/м	Коэф. демпфирования передней подвески	Демпфирующий элемент	4000	[5]
	Tmax	с	Время движения трактора		5
U	U	м/с	скорость	скорость	5	[8]
F	F	Н	Сила сухого трения в рессоре		2000	[8]

Результаты и их анализ

Рис. 6. График перемещения неподрессоренной массы

Рис. 7. График скорости неподрессоренной массы



Рис. 8. График перемещения подрессоренной массы

Рис. 9. График скорости подрессоренной массы



Рис. 10. График перемещения остова трактора относительно горизонтального положения

Рис. 11. График угловой скорости поворота остова трактора относительно горизонтальной оси

Из графиков получили, что колебания подрессоренной и неподрессоренной масс затухают за 4 секунды.

Наибольшее перемещение неподрессоренной массы 0,21м, а подрессоренной- 0,18м.

Максимальная амплитуда скорости неподрессоренной массы 4,6м/с, а подрессоренной- 1,7 м/с.

Максимальная амплитуда перемещения остова трактора относительно горизонтального положения 0,11 рад.

Максимальная амплитуда угловой скорости поворота остова трактораотносительно горизонтальной оси 2,2 рад/с.

Период колебания подрессоренной массы 0,5 с, а частота 2 Гц.

Анализируя графики зависимости перемещения, и скорости остова трактора от времени, можно придти к выводу, что перемещение в большей степени зависит от жесткостных характеристик подвески, и характера неровности, а скорость от демпфирующих.

8.Исследование характеристик модели

На данном этапе оцениваем:

- Границы моделирования: при увеличении жесткости в 10 раз, или уменьшении коэффициента демпфирования в 10 раз, призаданных параметрах модель становится не работоспособной.

- Погрешность данного метода равна 10 -5. Что соответствует предъявляемым к ней требованиям.

- Время решения состовляет менее 1с. Затраты вычислительных ресурсов при ее реализации невелики .

-Чувствительность математической модели: при значительном увеличении коэффициентов жесткости колебания становится незатухающими , а модель неработоспособна.

- Упрощение математической модели: первоночальное упрощение мат. Модели осуществляется на этапах концептуальной модели и формального описания. Однако зачастую требуется упрощение мат модели после её испытания.

Литература

1. Бугаро В.А. и др. «Инструкция по тракторам Т- 150, и Т-150К». Харьков.

2. Барский И.Б. «Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов». - М.:Машиностроение, 1980. -336с.: ил.

3. Тракторы: Теория: Учебник для студентов вузов по спец. «Автомобили и тракторы»/.; Под общ. Ред. В. В. Гуськова. -М.:Машиностроение, 1988. -376 с.: ил.

4. Delphi 7. Учебный курс / С.И.Бобровский. - СПб.: Питер,2004.

5. Ю.Е. Атаманов, Н.В. Богдан “Математические модели узлов и агрегатов трактора” методическое пособие для студентов специальности15.02-“Автомобиле-и тракторостроение” В трех частях. Часть 3 “ Моделирование движения машинно-тракторных агрегатов” Мн1994.

Размещено на Allbest.ru