НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

УДК.629.3.02

Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана

sarach@yandex.ru

Освоение и оценки работоспособности специального оборудования быстроходных машин (БМ) является составной частью их эксплуатации.

Обучение экипажей БМ проводится систематически, в любое время года и суток, в условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации, и должно обеспечивать наглядность, последовательность обучения, прочное и сознательное усвоение отработанных вопросов, доступность освоения теоретического материала, увязку теоретических положений с практическими занятиями. Практические занятия в свою очередь включают тренировки на тренажерах и занятия в полевых условиях.

Занятия в полевых условиях требуют ресурса техники ‑ расхода моточасов двигателя, износа трансмиссии и ходовой части. Поэтому отработку упражнений на БМ непосредственно в полевых условиях целесообразно вести на завершающем этапе обучения экипажей, а основную часть подготовки проводить на учебно-тренировочных средствах ‑ электронных тренажерах и стационарных стендах. Таким образом, совершенствование тренажерной базы является актуальной задачей.

Структура стенда

Перспективные стенды и тренажеры подготовки экипажей и оценки работоспособности специального оборудования БМ должны учитывать колебания корпуса машины, возникающие при движении по неровностям местности. Амплитуды и частоты этих колебаний целесообразно получать из математической модели движения БМ по неровностям местности в виде записей изменения координат корпуса машины от времени.

Математическому моделированию движения БМ по неровностям местности посвящено ряд исследований [1-3], поэтому, в рамках данной работы, этот вопрос рассматриваться не будет.

Также было установлено, что на работоспособности специального оборудования БМ оказывают существенное влияние три вида колебаний корпуса ‑ вертикальные, продольно-угловые и поперечно-угловые [4]. Записи этих видов колебаний и будут взяты из математической модели движения БГМ по трассе и переданы в модель стенда.

Таким образом, перспективный испытательно-измерительный тренажерный стенд для освоения и оценки работоспособности специального оборудования БМ должен иметь структуру, представленную на рис. 1.

В качестве исходных данных для математического моделирования режима движения БМ по неровностям местности задаются параметры машины, оказывающие влияние на плавность хода, тип трассы, по которой осуществляется движение, и возможная скорость движения.

В математической модели производится расчет выбранного режима движения и продольно-угловые (φ₁) поперечно-угловые (ψ₁) и вертикальные (z₁) координаты в виде задающего воздействия в реальном времени передаются в систему управления силовым приводом стенда.

Полученные координаты пересчитываются в поступательные вертикальные перемещения силовых приводов стенда. Силовые приводы могут быть как электрические, так и гидравлические. В зависимости от этого будет выбрана и энергетическая установка силовых приводов с системой управления.

Рис.1.  Структурная схема перспективного испытательно-измерительного тренажерного стенда для освоения и оценки работоспособности специального оборудования БМ: φ₁, φ₂,‑ продольно-угловые координаты ψ₁, ψ₂,‑ поперечно-угловые координаты z₁, z₂ ‑  вертикальные координаты

С помощью силовых приводов осуществляется перемещение БМ, закрепленной на колебательной платформе, с заданными амплитудами и частотами по трем координатам ‑ вертикальным, продольно-угловым и поперечно-угловым.

Точность отработки задающего воздействия определяется с помощью обратной связи по угловым и линейным координатам (φ₂, ψ₂, z₂).

Система управления стендом включает в себя ЭВМ для моделирования движения БМ по выбранной трассе и задания воздействий на систему управления приводами, а также систему включения (выключения) стенда.

Математическая модель стенда

Математическая модель стенда для освоения и оценки работоспособности специального оборудования БМ разработана в программном комплексе MatlabSimulink и представлена на рис. 2. Модель состоит из двух основных блоков «ГМ на трассе» и «ГМ на стенде», блока «стенд» и устройств записи сигналов «координаты» и «мощность».

Рис. 2.  Блок-схема модели стенда

Структура блоков «ГМ на трассе» и «ГМ на стенде» аналогична структуре модели движения быстроходной гусеничной машины, представленной на рис. 3. и подробно описанной в [1-3]. Структура блока «стенд» представлена на рисунке 4.

Рис. 3. Блок-схема модели движения быстроходной гусеничной машины

Рис. 4.  Блок «стенд»

Выходными данными блока «ГМ на трассе» являются продольно-угловая (fi), поперечно-угловая (psi) и вертикальная (z_c) координаты корпуса БМ, получаемые в процессе моделирования движения БМ по трассе. Эти данные в реальном времени расчета модели передаются на вход блока «стенд», где преобразуются в перемещение вертикальных координат точек контакта опорных катков БМ, расположенной на стенде, с колебательной платформой (h_z). Преобразования производится в двух вспомогательных блоках «В1» и «В2» (рис. 4) содержащих систему уравнений

где x, y и z – координаты точек в неподвижной системе координат;

x', y' и z' – координаты точек в системе координат, связанной с корпусом БМ;

φ и ψ ‑ продольно-угловые и поперечно-угловые перемещения корпуса БМ;

z_к – вертикальная координата центра масс корпуса БМ.

Координаты x' и y' точек контакта опорных катков БМ с колебательной платформой задаются в блоке констант «С».

Таким образом, на вход блока «ГМ на стенде» в реальном времени подаются вертикальные координаты точек контакта катков с опорной поверхностью h_z, которые с помощью блока дифференцирования преобразуются в скорости перемещения точек и вместе с координатами подаются на вход блока «шина катков» (в виде координат z_gr_k скоростей dz_gr_k), минуя блоки «скорость» и «трасса» (рис. 3).

Также в блоке «ГМ на стенде» определяется мощность, затрачиваемая на колебание машины. Мощность распределяется между силовыми приводами колебательной платформы и выдается в виде выходного сигнала «W» на устройство записи «мощность».

Выходными сигналами блока «ГМ на стенде», помимо мощности, являются продольно-угловая (fi1), поперечно-угловая (psi1) и вертикальная (z_c1) координаты корпуса БМ, расположенной на стенде, которые в устройстве записи «координаты» сравниваются с задающим воздействием – координатами БМ на трассе.

С использованием данной математической модели стенда, авторами была определена мощность приводов стенда для освоения и оценки работоспособности специального оборудования современных БМ.

Список литературы

1. Котиев Г.О., Сарач Е.Б. Комплексное подрессоривание высокоподвижных двухзвенных гусеничных машин. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 184 с.

2. Дядченко М.Г., Котиев Г.О., Наумов В.Н. Основы расчета систем подрессоривания гусеничных машин на ЭВМ: учеб. пособие. – М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.‑ 52 с.

3. Котиев Г.О. Прогнозирование эксплутационных свойств систем подрессоривания военных гусеничных машин: дис… д-ра техн. наук.– М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.– 265 с.

4. Дядченко М.Г. Исследование влияния системы подрессоривания боевых гусеничных машин на работоспособность специального оборудования: дис… канд. техн. наук. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997.– 118 с.