Підвищення швидкості руху в повороті швидкохідної гусеничної машини

Abstract

Актуальність теми. Одним із найважливіших показників експлуатаційних властивостей гусеничних машин (ГМ) є їх рухливість, яка насамперед характеризується швидкісними якостями, прохідністю та здатністю ефективно виконувати поставлені завдання в різних дорожніх і ґрунтових умовах. Рівень рухливості визначає ефективність використання гусеничної техніки як у військовій, так і в цивільній сфері, особливо під час руху пересіченою місцевістю, подолання складних ділянок рельєфу та виконання маневрів у складних умовах експлуатації. Сучасний розвиток конструкцій гусеничних машин базується на комплексному підході до вдосконалення їх основних систем та агрегатів. Значне підвищення швидкісних характеристик сучасних ГМ стало можливим завдяки збільшенню питомої потужності силових установок у діапазоні від 12 до 25 кВт/т, застосуванню сучасних гідромеханічних трансмісій, використанню диференціальних гідрооб’ємних механізмів повороту, а також інтеграції електронних систем керування рухом. Такі технічні рішення дозволяють підвищити маневреність, покращити динаміку розгону та забезпечити більш ефективне управління рухом гусеничної машини. Разом із тим повна реалізація потенційних швидкісних можливостей сучасних гусеничних машин ускладнюється низкою динамічних явищ, які виникають як під час прямолінійного руху, так і в процесі здійснення повороту. Особливо складними є режими криволінійного руху, у яких значно зростає вплив взаємодії рушія з опорною поверхнею, виникають додаткові сили опору та збільшуються навантаження на елементи ходової частини. Ці проблеми стають ще більш актуальними для роботизованих гусеничних машин, де ефективність руху значною мірою залежить від якості алгоритмів автоматичного керування. Метою даного дослідження є підвищення швидкісних якостей гусеничних машин шляхом удосконалення алгоритмів управління рухом, які враховують нові закономірності взаємодії рушія з опорною поверхнею. Такі закономірності визначаються на основі розрахунково-експериментальних методів із використанням сучасних інформаційних технологій, математичного моделювання та експериментальних досліджень. Для досягнення поставленої мети були сформульовані такі основні завдання дослідження: – провести теоретичне дослідження керованого руху гусеничної машини, виконати імітаційне моделювання її руху, визначити кінематичні, силові та динамічні характеристики, а також встановити їх залежність від конструктивних параметрів машини та умов експлуатації. – провести експериментальне дослідження динаміки керованого руху гусеничної машини, виконати ідентифікацію параметрів системи та визначити основні кінематичні, силові й динамічні параметри руху. – узагальнити результати теоретичних та експериментальних досліджень, виконати верифікацію математичної моделі руху гусеничної машини, розробити нові підходи до визначення необхідного моменту повороту та коефіцієнта опору боковому відведенню шин опорних котків, а також обґрунтувати алгоритм керування, що забезпечує підвищення швидкісних властивостей машини. Розв’язання поставлених завдань дозволяє більш точно оцінювати швидкісні характеристики швидкохідних гусеничних машин та визначати ефективні шляхи їх подальшого вдосконалення. Методологічною основою дослідження стало використання сучасних методів математичного та імітаційного моделювання керованого руху гусеничних машин. Дослідження виконувалися із застосуванням удосконаленої математичної моделі, яка дозволяє враховувати особливості взаємодії рушія з опорною поверхнею, нелінійний характер силових процесів та вплив параметрів конструкції на динаміку руху машини. Під час роботи було проведено динамічний аналіз об’єкта дослідження, зокрема досліджено фазово-частотні характеристики системи та якість перехідних процесів на основі положень теорії керованості та стійкості руху транспортних машин. Для підтвердження адекватності математичної моделі та прийнятих припущень виконано лабораторно-дорожні випробування натурного зразка гусеничної машини, обладнаної системою управління поворотом із дискретними властивостями. Застосована система забезпечувала як ручне керування водієм, так і роботизований режим управління. У процесі експериментальних досліджень використовувалося сучасне високоточне програмно-апаратне забезпечення, яке реалізує супутникові технології глобального позиціонування GPS. Це дозволило отримувати достовірні дані щодо параметрів руху машини, траєкторії її переміщення та динамічних характеристик у різних режимах експлуатації. Обробка результатів експериментальних досліджень здійснювалася з використанням програмних пакетів PowerGraph, Mathcad та MATLAB, що забезпечило можливість комплексного аналізу отриманих даних. Наукова новизна роботи полягає у встановленні нових закономірностей зміни кінематичних та силових параметрів, які характеризують криволінійний рух гусеничної машини з урахуванням нелінійної взаємодії рушія з опорною поверхнею. Запропонований підхід базується на реалізації гіпотези про бокове відведення опорних котків на різних типах ґрунтів. Крім того, у роботі: – визначено необхідний момент повороту, який реалізується системою управління з урахуванням інерційної складової; – обґрунтовано алгоритм керування рухом гусеничної машини, що забезпечує корекцію керуючого впливу із застосуванням спеціально розроблених матриць управління. Практична значущість роботи полягає у розробленні методу розрахунково-експериментального визначення параметрів взаємодії рушія гусеничної машини з опорною поверхнею. Запропонований метод забезпечує підвищення достовірності ідентифікації типу ґрунту, а також визначення основних кінематичних і силових параметрів, що характеризують криволінійний рух гусеничних машин. Отримані результати можуть бути використані при проектуванні, модернізації та вдосконаленні систем управління сучасних швидкохідних і роботизованих гусеничних машин.