Науково-прикладні основи проектування та підвищення ефективності роботи пружних і демпфувальних елементів систем підресорювання колісних машин

5. Системний підхід у дослідженні проблеми підресорювання колісних машин передбачав вивчення не лише систем первинного підресорювання, а й дозволив провести грунтовне дослідження систем вторинного підресорювання та розробку 12 патентнозахищених конструкцій підресорених сидінь і 4 регуляторів тиску повітря, а також нового способу регулювання пружинної підвіски і пристрою для його реалізації. Значну увагу приділено створенню систем вторинного підресорювання спеціального призначення, які забезпечують якісний віброзахист водія-оператора колісних машин з обмеженими габаритами робочого місця. Здійснено комп'ютерне моделювання кінематики робочих процесів пневмопідресорених сидінь з розробленими напрямними пристроями, яке дозволило підтвердити високу ефективність їхньої роботи.

6. Теоретичні та експериментальні дослідження пружних і демпфувальних властивостей відомих та розроблених систем первинного і вторинного підресорювання колісних машин дали змогу сформувати математичні моделі коливних систем з пневматичним підресорюванням та демпфуванням, які описуються системами нелінійних диференціальних рівнянь. Розв'язок диференціальних рівнянь, здійснений чисельними методами, підтвердив адекватність моделей з реальними підвісками машин. Результати моделювання, виконаного з урахуванням газодинамічних процесів пневматичних систем підресорювання із запроектованими демпферами, показали високий рівень їхньої ефективності та працездатності, а також засвідчили можливості автоматичного регулювання робочих характеристик пневматичних підвісок.

7. Теоретично обгрунтовані пружні та демпфувальні характеристики систем первинного і вторинного пневматичного підресорювання колісних машин, при яких досягається покращання експлуатаційних властивостей пневматичних підвісок і забезпечується підвищення в 2,4 - 3,7 разів ефективності демпфування коливань за рахунок використання розроблених повітряних демпферів. У процесі структурної оптимізації спроектованих пневмодемпферів і пружних підвісок доведено, що установка демпфувальних пристроїв клапанного та дросельно-клапанного типів дозволяє реалізувати ефективне гасіння коливань пневмопідресорених машин, яке за своїми показниками (наприклад, коефіцієнт аперіодичності коливань досягає значень 0,167 - 0,286) еквівалентне до ефективності, що забезпечується при використанні сучасних гідравлічних амортизаторів.

8. Дослідним шляхом встановлено значний вплив герметичності клапанних пар на показники ефективності роботи демпферів, на основі чого зроблено висновок про необхідність підвищення герметичності клапанів за рахунок нанесення на їхні поверхні протизносних покрить, які дозволяють у 2,5 - 4,0 рази підвищити зносостійкість пар тертя у порівнянні з аналогічними парами, виготовленими із загартованої і відпущеної сталі 45 без покриття. Пріоритет розроблених сумішей, котрі забезпечують одержання високоякісних покрить, захищений рядом патентів. Запропоновані також нові способи випробування та термообробки зразків, які дозволяють покращити тріщиностійкість деталей.

9. Цілеспрямовані експериментальні дослідження існуючих, модернізованих та сконструйованих підвісок дали змогу розробити на рівні винаходів і впровадити в дослідницький процес 6 спеціалізованих стендів і лабораторних установок для випробувань окремих елементів та цілісних систем первинного і вторинного підресорювання колісних машин в режимах вільних та вимушених коливань. Створені і оснащені комплексами вимірювально-реєструвальної апаратури 4 мобільні лабораторії на шасі колісних машин різних типів та призначення, які забезпечили якісне проведення натурних експериментів

10. На основі статистичних методів, теорії випадкових коливань та теорії спектрального підресорювання машин здійснено аналіз результатів дорожніх випробувань, що дозволило використовувати в якості порівняльних критеріїв досконалості систем підресорювання нормативні показники міжнародних стандартів щодо оцінки впливу вібрації на людину-оператора колісних машин. Дослідження, проведені з використанням 37 розроблених патентнозахищених способів, пристроїв та речовин, довели можливість суттєвого підвищення віброзахисних властивостей систем підресорювання колісних машин за рахунок вдосконалення їхніх конструкцій і установки пружних, демпфувальних, стабілізувальних, регулювальних елементів та напрямних механізмів з покращаними характеристиками. Практична значимість роботи підтверджена 10 актами впровадження та використання її результатів на 8 підприємствах, які проектують, виготовляють або експлуатують транспортні та технологічні машини.

Список публікацій за темою дисертації

1. Акопян Р.А., Керницкий И.С., Плющев А.Е., Смирнов И.В. Повышение виброзащитных свойств подвески сиденья водителя транспортного средства// Исследование и расчет конструкций и эксплуатационной надежности автобусов. - Львов: ВКЭИавтобуспром. - 1986. - С. 49-58.

2. Акопян Р.А., Плющев А.Е., Волошанский В.В., Керницкий И.С. Экспериментальные исследования и оценка вибронагруженности рамы и рабочего места водителя автопогрузчиков грузоподъемностью 1,0 и 5,0 тонн// Тр. ГСКБ по автопогрузчикам. Исследование, конструирование и расчет узлов автопогрузчиков и консольных гидрокранов. - Львов: ГСКБ по автопогрузчикам. - 1986. - С. 69-77.

3. Акопян Р.А., Плющев А.Е., Керницкий И.С., Сикач И.Ф. Разработка и исследование пневматических демпферов подвесок сидений// Исследование и расчет конструкций и эксплуатационной надежности автобусов. - Львов: ВКЭИавтобуспром. - 1987. - С. 122-130.

4. Вайда И.Р., Керницкий И.С. Экспериментальное определение оси крена автомобиля// Вестник Львов. политехн. ин-та № 210. Динамическая прочность машин и приборов. - Львов: Вища школа. Изд-во при Львов. ун-те. - 1987. - С. 11-13.

5. Врублевський І.Й., Керницький І.С., Шенбор В.С. Кутова жорсткість двомасового вібраційного транспортера-маніпулятора з трикомпонентними коливаннями// Зб.наук.пр. “Автоматизація виробничих процесів у машинобу-дуванні та приладобудуванні”. Вип. 35.-Львів: Вид-во НУЛП.-2000. С. 87-89.

6. Керницкий И.С. О повышении демпфирующих свойств пневматической подвески// Вестник Львов. политехн. ин-та № 200. Динамическая прочность машин и приборов. - Львов: Вища школа. Изд-во при Львов. ун-те. - 1986. С. 76-77.

7. Керницкий И.С. Определение и анализ амплитудно-частотных характеристик колебательных систем// Вестник Львов. политехн. ин-та № 220. Динамическая прочность машин и приборов. - Львов: Вища школа. Изд-во при Львов. ун-те. - 1988. - С. 40-42.

8. Керницький І.С. Коливні системи та розрахункові схеми колісних машин// Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів. Зб. наук. пр. Асоціація “Автобус” Мінпромполітики України. Вип. 2. - Львів: Друк ВКП “ВМС”. - 1999. - С. 40-42.

9. Керницький І.С. Дослідження ефективності нового способу демпфування коливань в системах підресорювання колісних машин// Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів. Зб. наук. пр. Асоціація “Автобус” Мінпромполітики України. Вип. 3. - Львів: Друк ВКП “ВМС”. - 2000. - С. 70-75.

10. Керницький І.С. Віброзахист водіїв колісних машин з обмеженими габаритами робочого місця// Автошляховик України.- 2000.- № 1.- С. 19-20.

11. Керницький І.С. Геометричне моделювання кінематики направляючих пристроїв підресорених сидінь// Автошляховик України. - 2000. - № 2. - С. 12.

12. Керницький І.С. Вдосконалення конструкцій і обгрунтування характеристик пневматичних систем вторинного підресорювання// Автошляховик України.- 2000.- № 3.- С. 23-26.

13. Керницький І.С. Захист робочого місця водія вантажопідйомної машини від високочастотних вібрацій та шумів// Автошляховик України. - 2000. - № 4. - С. 25-27.

14. Керницький І.С. Геометричне моделювання кінематики направляючого пристрою вдосконаленої пневмопідвіски сидіння в процесі її регулювання// Сільськогосподарські машини. Зб. наук. статей ЛДТУ, вип. 5. - Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ. - 1999. - С. 129-134.

15. Керницький І.С. Вдосконалення систем вторинного підресорювання колісних машин// Механіка та машинобудування. Зб. наук. пр. ХДПУ. - Харків: Вид-во ХДПУ. - 1999. - № 1. - С. 151-156.

16. Керницький І.С. Дослідження впливу експлуатаційних факторів на геометричні характеристики пружних елементів пневматичних систем підресорювання// Науковий вісник. Зб. наук.-техн. пр. УкрДЛТУ. Вип. 9.11. - Львів: Вид-во УкрДЛТУ. - 1999. - С. 163-169.

17. Керницький І.С. Дослідження залежності площі перерізу перепускних вікон пневматичного демпфера від конструктивних параметрів та умов експлуатації системи підресорювання// Науковий вісник. Зб. наук.-техн. пр. УкрДЛТУ. Вип. 9.12.-Львів: Вид-во УкрДЛТУ. - 1999.-С. 270-274.

18. Керницкий И.С., Калиновская О.П., Карпа Р.В. Разработка установки с пневматическим вибратором для транспортировки трудносыпучих материалов// Вестник Львов. политехн. ин-та № 240. Динамика, прочность и проектирование машин и приборов. - Львов: Изд-во “СВИТ”. - 1990. - С. 47-50.

19. Керницький І.С., Козуб В.В. Пашечко М.І. Абразивна зносостійкість евтектичних покрить// Вісник ДУ “Львівська політехніка” № 371. Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні. - Львів: Вид-во ДУЛП. - 1999. - С. 93-96.

20. Керницький І.С., Козуб В.В., Панкевич Б.В. Стійкість комплексних евтектичних покрить в умовах абразивного зношування// Вісник ДУ “Львівська політехніка” № 394. Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні. - Львів: Вид-во ДУЛП. - 2000. - С. 120-124.

21. Керницький І.С., Козуб В.В., Панкевич Б.В. Зношування комплексного покриття при терті ковзання в абразивному середовищі// Проектування, виробництво та експлуатація автотранпсортних засобів і поїздів. Зб. наук. пр. Асоціація “Автобус” Мінпромполітики України. Вип. 4. - Львів: Друк ВКП “ВМС”. - 2000. - С. 63-66.

22. Керницкий И.С., Мазурок П.С., Вайда И.Р., Назаркевич С.М. Исследование шума автопогрузчика// Тр. ГСКБ по автопогрузчикам. Исследование, конструирование и расчет узлов автопогрузчиков и консольных гидрокранов. - Львов: ГСКБ по автопогрузчикам, 1987. - С. 112-125.

23. Керницкий И.С., Плющев А.Е., Москалев В.В. Совершенствование подвесок сидений водителей автотранспортных средств// Исследование и расчет конструкций и эксплуатационной надежности автобусов. - Львов: ВКЭИавтобуспром. - 1987. - С. 130-146.

24. Панкевич Б.В., Козуб В.В., Керницький І.С., Пашечко М.І. Стійкість евтектичних покрить в умовах абразивного зношування// Вісник ДУ “Львівська політехніка” № 376. Динаміка, міцність та проектування машин і приладів. - Львів: Вид-во ДУЛП. - 1999. - С. 38-41.

25. Плющев А.Е., Керницкий И.С., Великий В.И. Определение некоторых колебательных параметров автопогрузчиков// Тр. ГСКБ по автопогрузчикам. Исследование, конструирование и расчет узлов автопогрузчиков и консольных гидрокранов. - Львов: ГСКБ по автопогрузчикам. - 1987. - С. 126-134.

26. Вибрационное бункерное устройство: А.с. 1682251 СССР, МКИ B 65 D 88/66 / И.С. Керницкий (СССР). - № 4645325/13; Заявлено 03.02.89; Опубл. 07.10.91, Бюл. № 37. - 3 с.

27. Пневматический вибратор: А.с. 1780859 СССР, МКИ B 06 B 1/18 / И.С. Керницкий, И.М. Гнатив, Я.Е. Гарун (СССР). - № 4872334/29; Заявлено 09.10.90; Опубл. 15.12.92, Бюл. № 46. - 5 с.

28. Подвеска сиденья: А.с. 1497077 СССР, МКИ B 60 N 1/02 / И.С. Керницкий (СССР). - № 4302693/31; Заявлено 31.08.87; Опубл. 30.07.89, Бюл. № 28. - 3 с.

29. Регулируемая пневматическая подвеска сидения: А.с. 1684122 СССР, МКИ B 60 N 2/02 / В.М. Хрунь, И.С. Керницкий (СССР). - № 4672444/11; Заявлено 04.04.89; Опубл. 15.10.91, Бюл. № 38. - 3 с.

30. Регулируемое сиденье с пневматической подвеской: А.с. 1426873 СССР, МКИ B 60 N 1/02 / И.С. Керницкий, В.И. Великий, В.М. Хрунь, А.Е. Плющев (СССР). - № 4211513/27; Заявлено 16.03.87; Опубл. 30.09.88, Бюл. № 36. - 4 с.

31. Способ испытания образцов материалов на трещиностойкость при циклическом нагружении: А.с. 1718027 СССР, МКИ G 01 N 3/32 / Ю.Н. Ленец, И.С. Керницкий, И.В. Панасюк (СССР). - № 4822416/28; Заявлено 30.03.90; Опубл. 07.03.92, Бюл. № 9. - 5 с.

32. Способ обработки металлических изделий: А.с. 1675356 СССР, МКИ C 21 D 7/02 / О.Н. Романив, А.Н. Ткач, Ю.Н. Ленец, В.Н. Симинькович, И.С. Керницкий (СССР). - № 4446051/02; Заявлено 21.06.88; Опубл. 07.09.91, Бюл. № 33. - 2 с.

33. Способ регулирования пружинной подвески транспортного средства: А.с. 1384417 СССР, МКИ B 60 G 17/04 / И.Ф. Сикач, И.С. Керницкий, А.Е. Плющев (СССР). - № 4077856/31; Заявлено 13.06.86; Опубл. 30.03.88, Бюл. № 12. - 3 с.

34. Торсионная подвеска сиденья транспортного средства: А.с. 1444186 СССР, МКИ B 60 N 1/02 / И.С. Керницкий, А.В. Хомутинников, В.Е. Шехтер, А.И. Браиловский (СССР). - № 4248240/31; Заявлено 21.05.87; Опубл. 15.12.88, Бюл. № 46. - 4 с.

35. Пат. 2015205 РФ, МКИ С 23 С 10/54. Состав для борохромирования стальных изделий/ В.В. Козуб, И.С. Керницкий, О.П. Калиновская, Г.Р. Нагирна (Украина). - № 5006252/02. Заявл. 01.07.91; Опубл. 30.06.94, Бюл. № 12. - 4 с.

36. Пат. 10228 Україна, МКВ С 23 С 8/70. Суміш для борування стальних виробів/ В.В. Козуб, І.С. Керницький, О.П. Калиновська, В.В. Козуб, Б.В. Карпа (Україна). - № 95020735; Заявл. 17.02.95; Опубл. 25.12.96, Бюл. № 4. - 3 с.

37. Керницкий И.С. Разработка и исследование пневматической подвески сиденья водителя транспортного средства// Львов. политехн. ин-т. - Львов, 1987. - 20 с. Деп. в УкрНИИНТИ 13.07.87 г., № 1976-Ук87.

38. Керницький І.С. Проектування та розрахунок пневматичної підвіски з тороподібним пружним елементом// Матеріали Міжнар. науково-практичної конф. “Сучасні проблеми геометричного моделювання”. - Харків. - 1998. - С. 116-120.

39. Керницкий И.С. Разработка и исследование подрессоренных сидений с улучшенными упругими и демпфирующими свойствами// Тезисы и аннотации докладов первой Междунар. научно-методической и научно-исследовательской конф. “Плавность хода экологически чистых автомобилей в различных дорожных условиях и летательных аппаратов при приземлении и торможении”. - М. - 1997. - С. 46-48.

Анотація

Керницький Іван Степанович. Науково-прикладні основи проектування та підвищення ефективності роботи пружних і демпфувальних елементів систем підресорювання колісних машин. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.02 - Машинознавство. - Національний університет “Львівська політехніка”. - Львів, 2001.

В дисертації розглянуті питання вдосконалення систем первинного і вторинного підресорювання колісних машин за рахунок використання розроблених пружних, демпфувальних, стабілізувальних, регулювальних і напрямних пристроїв з покращаними характеристиками. Спроектовано і досліджено ряд конструктивних рішень поставленої задачі. Запропоновано нові способи поліпшення експлуатаційних властивостей систем підресорювання. Аналіз коливальних процесів здійснено із застосуванням чисельних методів. Лабораторні дослідження виконані на спеціалізованих стендах. Для проведення дорожніх випробувань оснащені комплексами вимірювально-реєструвальної апаратури автонавантажувачі-лабораторії та автобуси-лабораторії.

Ключові слова: колісна машина, коливання, система підресорювання, сидіння, пневматичний пружний елемент, демпфер, конструкція, характеристика.

Summary

підресорювання пружний демпфувальний пристрій

Kernytsky Ivan Stepanovych. Scientific-Applied Principles of Designing and Raising of Efficacy of Work of Elastic and Dаmper Elements of Suspension Systems of Wheel Machines. - Manuscript.

The thesis on competition of a scientific degree of the Doctor of engineering science on a speciality 05.02.02 - Machinary. - Lviv Polytechnic National University. - Lviv, 2001.

The questions of perfection of systems of primary and secondary suspension of wheel machines have been considered in the dissertation with the use of developed elastic, damper, stabilizing, regulating and directing devices with the improved characteristics. The number of the constructive decisions of this problem has been designed and investigated. The new ways of improvement of operational properties of suspension systems are offered. The analysis of oscillatory processes is executed with use of numerical methods. The laboratory researches are carried out on the specialized stands. The auto-loader laboratories and bus laboratories have been equipped with complexes of the measuring and recording equipment for realization of road tests.

Key words: the wheel machine, oscillation, suspension system, seat, pneumatic elastic element, damper, design, characteristic.

Аннотация

Керницкий Иван Степанович. Научно-прикладные основы проектирования и повышения эффективности работы упругих и демпфирующих элементов систем подрессоривания колесных машин. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.02 - Машиноведение. - Национальный университет “Львовская политехника”. - Львов, 2001.

В диссертации рассмотрены вопросы совершенствования систем первичного и вторичного подрессоривания колесных машин за счет использования разработанных упругих, демпфирующих, стабилизирующих, регулирующих и направляющих устройств с улучшенными характеристиками. Спроектирован и исследован ряд конструктивных решений поставленной задачи. Предложены новые способы улучшения эксплуатационных свойств систем подрессоривания.

Установлено, что практическая реализация нелинейных упругих характеристик подвесок наиболее целесообразна в случае применения в их конструкциях пневматических упругих элементов с резинокордными оболочками рукавного типа, обладающих низкой жесткостью в диапазоне малых отклонений подрессоренной массы от положения статического равновесия и повышенной жесткостью и энергоемкостью при больших амплитудах колебаний. В исследованных упругих пневмоэлементах использован принцип сообщения-разобщения основной и дополнительной полостей в определенной последовательности по созданным алгоритмам, что позволило существенно улучшить демпфирующие и стабилизирующие свойства подвески. Основное внимание сосредоточено на изучении и совершенствовании пневматических демпферов клапанного и дроссельно-клапанного с задержкой начала дросселирования типов, принципиальное отличие которых заключается в режиме сообщения полостей упругого пневмоэлемента на ходе отбоя подвески. В диссертации показана возможность и целесообразность применения специальных клапанных устройств для повышения поперечной и продольной стабилизации кузова пневмоподрессоренной колесной машины, а также описаны разработки в области автоматического регулирования постоянства высоты расположения амортизируемого объекта вне зависимости от его массы, что обеспечивает изохронность колебаний спроектированных систем первичного и вторичного подрессоривания мобильных машин. Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать способ гашения вертикальных колебаний транспортного средства с пневматической подвеской, сущность которого заключается в установке в системе подрессоривания двух работающих в противофазе пневмоэлементов, кратковременно сообщающихся между собой при каждом изменении направления хода подвески. Расчеты, проведенные с использованием численных методов решения нелинейных дифференциальных уравнений, подтвердили высокую эффективность демпфирования колебаний машины с такой системой первичного подрессоривания.

Качество виброзащиты водителя колесной машины в значительной степени определяется совершенством системы вторичного подрессоривания. В работе исследованы пути и средства улучшения эксплуатационных свойств подрессоренных сидений с упругими элементами, демпферами и направляющими устройствами различных типов. Наряду с пневматическими системами подрессоривания нелинейность упругих характеристик и изохронность колебаний достигнута также в оригинальных конструкциях подвесок с металлическими упругими элементами, оснащенных специальными регулирующими устройствами, способ работы которых характеризуется новизной. В диссертации описаны также разработанные способ и устройство для варьирования характеристик витых пружин подвесок мобильных и технологических машин.

Для графического отображения результатов аналитических исследований систем первичного и вторичного подрессоривания с различными упругими и демпфирующими устройствами в работе широко использованы пространственные графики, позволяющие показывать многопараметрические зависимости, существенно повышающие информативность графических построений и их компактность, а также обеспечивающие определение не только фиксированных, но и всех возможных в заданных границах характеристик процессов и значений исследуемых параметров.

В диссертации освещены результаты спектрального анализа колебательных процессов автопогрузчиков малой и средней грузоподъемности, которые были приняты в качестве теоретического обоснования основных направлений совершенствования их систем вторичного подрессоривания.

Диссертантом выполнен значительный объем экспериментальных исследований, позволивших определить эффективность функционирования спроектированных устройств и систем. С этой целью созданы специальные лабораторные установки и стенды, оснащенные соответствующими комплексами измерительно-регистрирующей аппаратуры. Для проведения дорожных испытаний серийных и разработанных подвесок оборудованы мобильные лаборатории на шасси автопогрузчиков и автобусов.

Экспериментально установлено существенное влияние герметичности клапанов на эффективность работы пневматических демпферов. Для уменьшения влияния износа клапанных пар на их герметичность разработан ряд патентнозащищенных противоизносных покрытий, а также предложены новые способы термической обработки металлических изделий и испытаний образцов на трещиностойкость.

Ключевые слова: колесная машина, колебания, система подрессоривания, сиденье, пневматический упругий элемент, демпфер, конструкция, характеристика.

Підписано до друку 25.04.2001 р.

Формат 6084 1/16. Папір офсетний.

Друк на різографі. Умовн. друк арк. 2,3. Обл.-видав. арк. 1,9.

Тираж 100 прим. Зам. № 159.

Поліграфічний центр

Видавництва Національного університету “Львівська політехніка”,

вул. Ф. Колесси, 2, 79000, Львів

Размещено на Allbest.ru