Помощь студентам в учебе
Методика определения баланса мощности в повороте для быстроходной гусеничной машины
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
ПОДВИЖНОСТИ БЫСТРОХОДНЫХ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН 10
1.1 История создания быстроходных гусеничных машин 10
1.2 Обзор конструкции БМП-3 13
1.3 Управляемость и устойчивость криволинейного движения гусеничной
машины 16
Выводы по разделу один 22
2 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ ПОВОРОТА БГМ. СИСТЕМА
СТАБИЛИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ БГМ 24
Выводы по разделу два 34
3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КРИВОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ
БЫСТРОХОДНОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ 35
3.1 Реализация математической модели в среде программирования VisSim 42
3.2 Результат исследования математической модели в VisSim. Повышение
подвижности быстроходной гусеничной машины путем реализации алгоритмов
управляемого движения в заносе 50
Выводы по разделу три 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 63
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
ПОДВИЖНОСТИ БЫСТРОХОДНЫХ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН 10
1.1 История создания быстроходных гусеничных машин 10
1.2 Обзор конструкции БМП-3 13
1.3 Управляемость и устойчивость криволинейного движения гусеничной
машины 16
Выводы по разделу один 22
2 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ ПОВОРОТА БГМ. СИСТЕМА
СТАБИЛИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ БГМ 24
Выводы по разделу два 34
3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КРИВОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ
БЫСТРОХОДНОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ 35
3.1 Реализация математической модели в среде программирования VisSim 42
3.2 Результат исследования математической модели в VisSim. Повышение
подвижности быстроходной гусеничной машины путем реализации алгоритмов
управляемого движения в заносе 50
Выводы по разделу три 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 63
Актуальность темы: быстроходные гусеничные машины (БГМ) предназначены для решения боевых задач в условиях движения по пересеченной местности под огнем противника. К главным тактико-техническим характеристикам БГМ относят огневую мощь, броневую защиту и маневренность. Показателем маневренности является средняя скорость движения, которая зависит от совершенства конструкции трансмиссии и механизма поворота. Моторно-трансмиссионные установки (МТУ) современных быстроходных гусеничных машин состоят из двигателей внутреннего сгорания с удельной мощностью до 20 кВт/т, двухпоточных гидромеханических трансмиссий с планетарными коробками передач и бесступенчатыми механизмами поворота на базе гидрообъемных передач (ГОП). Среди отечественных машин следует отметить бронемашину пехоты БМП-3, имеющую двухпоточную гидромеханическую трансмиссию с гидрообъёмным механизмом поворота. Бесступенчатый механизм поворота существенно снижает потери скорости на криволинейных участках. Повышение удельной мощности двигателей, возможность бесступенчатого регулирования радиуса поворота выдвинуло на первый план проблему управляемости БГМ.
Существующие концепции и методы исследования математических моделей не позволяют вмешиваться в процесс управления с учетом изменяющихся во время движения параметров. Автором выдвинута научная гипотеза о необходимости моделирования процесса криволинейного движения БГМ с учетом основных нелинейностей грунта и гидрообъёмной передачи. С учетом особенностей гидро- объёмного привода, обладающего внешней автоматичностью и позволяющего реализовать различные алгоритмы управления, в том числе и с обратной связью, и обоснованно подойти к проектированию автоматической системы управления движением, направленной на реализацию максимальной средней скорости движения "на границе заноса". Разработаны новые положения теории поворота гусеничных машин, отражающие специфику движения на больших скоростях.Цель работы- повышение подвижности быстроходной гусеничной машины на переходных и установившихся режимах криволинейного движения путем автоматизации системы управления криволинейным движением. Разработка количественного критерия оценки управляемости в виде соотношения кривизны траектории, задаваемой штурвалом и реализуемой на местности. Выработка новых законов управления движением на базе дополнительного регулирования насоса ГОП, подачи топлива и торможения забегающего борта при угрозе заноса машины; торможения отстающего борта при перегрузке ГОП по давлению для увеличения точности управления поворотом, предотвращения заноса и роста средней скорости движения машины.
Объект исследования: быстроходная гусеничная машина с двухпоточной- гидродинамической трансмиссией и бесступенчатым гидрообъемным механизмом поворота.
Предмет исследования: закономерности управления двигателем, механизмом поворота, обеспечивающие прохождение криволинейных участков трассы с наибольшей точностью и скоростью.
Методы исследования: имитационное моделирование криволинейного движения с учетом нелинейностей характеристик грунта и гидрообъемной передачи. Оптимизация законов дополнительного регулирования насоса ГОП независимо от положения штурвала на базе количественного критерия оценки управляемости по кривизне траектории.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие теоретические и практические задачи:
1) Развить вопросы теории криволинейного движения БГМ на границе заноса на базе комплексного имитационного математического моделирования движения, и системы управления криволинейным движением, отличающегося введением автоматизированного управления насосом гидрообъёмного механизма поворота, двигателя и тормозов с целью повышения точности управления, предотвращения заноса и увеличения средней скорости движения;2) Использовать возможность дополнительного, независимого от штурвала, регулирования насоса ГОП механизма поворота, с целью повышения точности управления;
3) Определить возможности увеличения средней скорости движения быстроходных гусеничных машин, улучшения их управляемости и устойчивости при реализации новых требований управления двигателем, насосом ГОП механизма поворота и раздельными по бортам тормозами на базе предложенного количественного критерия управляемости;
4) Выработать рекомендации по совершенствованию алгоритмов, систем управления и конструкций механизмов поворота некоторых машин.
Научная новизна выпускной квалификационной работы:
- комплексная имитационная математическая модель криволинейного движения быстроходной гусеничной машины, моторно-трансмиссионной установки и системы управления криволинейным движением, отличающаяся введением автоматизированного управления насосом гидрообъёмного механизма поворота, двигателя и тормозов с целью повышения точности управления, предотвращения заноса и увеличения средней скорости движения.
- критерий оценки управляемости в виде соотношения кривизны траектории задаваемой штурвалом Кт и реализуемый на местности Кф позволяет количественно оценить точность выполнения маневров гусеничной машиной. Кривизна вычисляется как отношение угловой скорости корпуса относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести машины, к линейной скорости центра тяжести машины, направленной вдоль продольной оси.
- закономерности управления механизмом поворота в виде дополнительного регулирования насоса гидрообъёмной передачи, что позволит минимизировать ошибку управления по кривизне траектории.
- оптимизировать закон дополнительного регулирования наклонной шайбы ГОП, обеспечивший приемлемое перерегулирование и быстродействие системы управления поворотом;
Существующие концепции и методы исследования математических моделей не позволяют вмешиваться в процесс управления с учетом изменяющихся во время движения параметров. Автором выдвинута научная гипотеза о необходимости моделирования процесса криволинейного движения БГМ с учетом основных нелинейностей грунта и гидрообъёмной передачи. С учетом особенностей гидро- объёмного привода, обладающего внешней автоматичностью и позволяющего реализовать различные алгоритмы управления, в том числе и с обратной связью, и обоснованно подойти к проектированию автоматической системы управления движением, направленной на реализацию максимальной средней скорости движения "на границе заноса". Разработаны новые положения теории поворота гусеничных машин, отражающие специфику движения на больших скоростях.Цель работы- повышение подвижности быстроходной гусеничной машины на переходных и установившихся режимах криволинейного движения путем автоматизации системы управления криволинейным движением. Разработка количественного критерия оценки управляемости в виде соотношения кривизны траектории, задаваемой штурвалом и реализуемой на местности. Выработка новых законов управления движением на базе дополнительного регулирования насоса ГОП, подачи топлива и торможения забегающего борта при угрозе заноса машины; торможения отстающего борта при перегрузке ГОП по давлению для увеличения точности управления поворотом, предотвращения заноса и роста средней скорости движения машины.
Объект исследования: быстроходная гусеничная машина с двухпоточной- гидродинамической трансмиссией и бесступенчатым гидрообъемным механизмом поворота.
Предмет исследования: закономерности управления двигателем, механизмом поворота, обеспечивающие прохождение криволинейных участков трассы с наибольшей точностью и скоростью.
Методы исследования: имитационное моделирование криволинейного движения с учетом нелинейностей характеристик грунта и гидрообъемной передачи. Оптимизация законов дополнительного регулирования насоса ГОП независимо от положения штурвала на базе количественного критерия оценки управляемости по кривизне траектории.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие теоретические и практические задачи:
1) Развить вопросы теории криволинейного движения БГМ на границе заноса на базе комплексного имитационного математического моделирования движения, и системы управления криволинейным движением, отличающегося введением автоматизированного управления насосом гидрообъёмного механизма поворота, двигателя и тормозов с целью повышения точности управления, предотвращения заноса и увеличения средней скорости движения;2) Использовать возможность дополнительного, независимого от штурвала, регулирования насоса ГОП механизма поворота, с целью повышения точности управления;
3) Определить возможности увеличения средней скорости движения быстроходных гусеничных машин, улучшения их управляемости и устойчивости при реализации новых требований управления двигателем, насосом ГОП механизма поворота и раздельными по бортам тормозами на базе предложенного количественного критерия управляемости;
4) Выработать рекомендации по совершенствованию алгоритмов, систем управления и конструкций механизмов поворота некоторых машин.
Научная новизна выпускной квалификационной работы:
- комплексная имитационная математическая модель криволинейного движения быстроходной гусеничной машины, моторно-трансмиссионной установки и системы управления криволинейным движением, отличающаяся введением автоматизированного управления насосом гидрообъёмного механизма поворота, двигателя и тормозов с целью повышения точности управления, предотвращения заноса и увеличения средней скорости движения.
- критерий оценки управляемости в виде соотношения кривизны траектории задаваемой штурвалом Кт и реализуемый на местности Кф позволяет количественно оценить точность выполнения маневров гусеничной машиной. Кривизна вычисляется как отношение угловой скорости корпуса относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести машины, к линейной скорости центра тяжести машины, направленной вдоль продольной оси.
- закономерности управления механизмом поворота в виде дополнительного регулирования насоса гидрообъёмной передачи, что позволит минимизировать ошибку управления по кривизне траектории.
- оптимизировать закон дополнительного регулирования наклонной шайбы ГОП, обеспечивший приемлемое перерегулирование и быстродействие системы управления поворотом;
Развита комплексная имитационная математическая модель криволинейного движения быстроходной гусеничной машины, моторно-трансмиссионной установки и системы управления криволинейным движением, отличающаяся введением автоматизированного управления насосом гидрообъёмного механизма поворота, двигателя с целью повышения точности управления, обеспечения управляемого движения в заносе и увеличения средней скорости движения.
Установлено, что предложенный критерий оценки управляемости в виде соотношения кривизны траектории задаваемой штурвалом Кт и реализуемый на местности Кф позволяет количественно оценить точность выполнения маневров гусеничной машиной. Кривизна Кф вычисляется как отношение угловой скорости поворота машины в плане, измеряемой гироскопическим датчиком, к продольной теоретической скорости центра тяжести машины, оцененной по частоте вращения выходного вала коробки передач.
Выработаны новые законы управления подачей топлива для управляемого движения в заносе , которые позволили увеличить среднюю скорость выполнения маневров различной кривизны.
Применение автоматизированной системы управления поворотом при разных сцепных свойствах опорной поверхности предотвращает сход машины с заданной штурвалом траектории.
Применение разработанных законов регулирования поворотом для гидромеханической трансмиссии с приводом насоса ГОП механизма поворота от двигателя показало эффективность в поддержании заданной штурвалом кривизны траектории: при увеличении сопротивления движению ошибка управления по кривизне снижается с 50...80% до 5...8% на разных трассах и разных грунтовых условиях.
Установлено, что предложенный критерий оценки управляемости в виде соотношения кривизны траектории задаваемой штурвалом Кт и реализуемый на местности Кф позволяет количественно оценить точность выполнения маневров гусеничной машиной. Кривизна Кф вычисляется как отношение угловой скорости поворота машины в плане, измеряемой гироскопическим датчиком, к продольной теоретической скорости центра тяжести машины, оцененной по частоте вращения выходного вала коробки передач.
Выработаны новые законы управления подачей топлива для управляемого движения в заносе , которые позволили увеличить среднюю скорость выполнения маневров различной кривизны.
Применение автоматизированной системы управления поворотом при разных сцепных свойствах опорной поверхности предотвращает сход машины с заданной штурвалом траектории.
Применение разработанных законов регулирования поворотом для гидромеханической трансмиссии с приводом насоса ГОП механизма поворота от двигателя показало эффективность в поддержании заданной штурвалом кривизны траектории: при увеличении сопротивления движению ошибка управления по кривизне снижается с 50...80% до 5...8% на разных трассах и разных грунтовых условиях.
