Žemagrindžio autobuso pakabos ir kėbulo dinaminės sistemos tyrimas

Abstract

Žemagrindžio autobuso virpesiai kinta jo eksploatacijos metu. Eksploatacijos metu transporto priemonės virpesiai perduodami vairuotojui ir keleiviui labai priklauso nuo transporto priemonės konstrukcijos bei atitinkamai susiję su vertikaliu ir sukamuoju amortizuojamos ir neamortizuojamos masės judesiu. Darbe nagrinėjami pagrindinių autobuso konstrukcijos elementų (pakabos, rėmo, amortizatorių ir oro pagalvių) dinaminiai parametrai. Eksploatacijos metu, esant netinkamai suderintiems ar parinktiems autobuso konstrukcijos elementams, gaunamas aukštas virpesių amplitudžių lygis, kuris perduodamas vairuotojui ir keleiviui. Kiekvienas pakabos elementas arba elementų sistema skirta mažinti tam tikro dažnio ir krypties virpesius. Todėl tiksliai suderintos pakabos elementų – amortizatorių ir oro pagalvių elastinės-dinaminės savybės užtikrina mažesnį virpesių amplitudžių lygį. Atsižvelgiant į problematiką, kuri kyla dėl prieš tai aprašytų dinaminių po-veikių autobuso konstrukcijai, keleiviui ir vairuotojui, būtina įvertinti žemagrindžio autobuso dinamines savybes. Norint jas įvertinti, reikia sukurti autobuso mechaninės sistemos pavojingų veiksnių, atsirandančių dėl vidinių ir išorinių sistemą žadinančių veiksnių, nustatymo tyrimo metodiką bei ištirti tų veiksnių įtaką autobuso pakabos ir kėbulo konstrukcijai. Darbe pagrindinis dėmesys skiriamas vidinių ir išorinių autobuso sistemą žadinančių veiksnių įtakos komfortiškumui ir autobuso sistemos dinaminiams parametrams (virpamiesiems dydžiams) nustatymui. Komfortas apibrėžiamas konstrukcijos taškų virpesių amplitudėmis bei dažnių juostoje pasireiškiančiomis amplitudžių reikšmėmis. Variklio veikimas priimamas kaip vidinis sistemą žadinantis veiksnys, o važiavimo metu kylantys žadinimai bei smūginis žadinimas – kaip išorinis. Nustatant autobuso rėmo modalinius parametrus nevertinama autobuso dinamika važiavimo metu, nes modaliniams parametrams nustatyti užtenka smūginio žadinimo. Sistemą žadinančių veiksnių, kurie pasireiškia tiriamosios sistemos dinaminiais parametrais (virpamaisiais dydžiais), matavimai plačiai taikomi įvertinant ir kontroliuojant įvairių sistemų, mašinų ar agregatų būklę. Matuojamojo parametro stebėjimas ir pokyčių laike vertinimas, imantis atitinkamų veiksmų pagal gautus rezultatus, padeda įvertinti ir pašalinti sistemos problemų šaltinius. Taip pat gerinti naujai kuriamų sistemų konstrukcijas su optimizuotais dinaminiais parametrais. Disertacijoje sudarytas žemagrindžio autobuso analitinis modelis, kuris rei-kalingas norint išsiaiškinti miesto autobuso konstrukcijos savybes. Modelyje naudojami tiesiniai ir netiesiniai koeficientai nustatyti atliekant eksperimentinius bandymus. Darbe atlikti eksperimentiniai autobuso tyrimai: reikšmingų autobuso konstrukcijos taškų virpesių matavimai bei atlikta kėbulo eksperimentinė modalinė analizė. Reikšmingų autobuso konstrukcijos taškų virpesių matavimai leidžia įvertinti žemagrindžių autobusų dinaminius parametrus bei jų įtaką konstrukcijai ir komfortiškumui. Eksperimentinės modalinės analizės metu nustatyti tiriamos sistemos modaliniai parametrai (modos savasis dažnis, modos slopinimo koeficientas ir modos forma). Gautos modų formos leidžia matyti kėbulo linijinius ir kampinius poslinkius. Pagal tai galima įvertinti santykinius poslinkius tarp reikšmingų autobuso kėbulo taškų bei galima nustatyti labiausiai apkrautas konstrukcijos vietas ir numatyti prielaidas deformacijų, kurios sukelia pavojingus autobuso judesius, mažinimui. Darbe sudarytas žemagrindžio autobuso reikšmingų taškų eksperimentinių vibracinių signalų parametrų kovariacinis modelis, kuris įgalina nustatyti koreliacijos kaitą tarp vibracinių signalų parametrų.

Low-floor bus is changing its vibrations during operation. Vibrations of the vehicle transmitted to the driver and passenger during operation highly depend on the structure of the vehicle and respectively associated with the vertical and rotary movement of the amortized and non amortized mass. In this paper work dynamical parameters of the main bus design elements (suspension, frame, shock absorbers and air springs) are ananlyzed. A high oscillation amplitude level is obtained during operation which is transmitted to the driver and passenger if bus design elements are not properly selected and harmonized. Each suspension element or system of the elements is designed to reduce oscillationof certain frequency and direction. Therefore, properly coordinated suspension elements – shock absorbers and air springs elastic-dynamic properties ensure a lower oscillation amplitude level. Vibrations transmitted from the wheels to the body, are reduced in the suspension system, which filters a wide range of vibration of the bus frame. Considering the problems that arise because of previously described dynamic effects for the construction of the bus, the passenger and the driver, it is necessary to evaluate the dynamic properties of a low-floor urban bus. To evaluate them, you need to create determining study methodology of hazardous factors of the urban bus mechanical system emerging because of internal and external system excitatory factors and examine the influence of these factors on the bus suspension and body structure. The thesis focuses on the measurement of the impact of inner and outer excitatory factors on an urban bus system‘s dynamic parameters (oscillatory values). Comfort is defined as oscillation amplitudes of structure points and come out amplitudes values in frequency zone. Engine performance shall be taken as inner system evocative factor, and factors appearing during driving and shock excitation – as external. While determining modal parameters of the bus frame the dynamic of the bus during driving is not considered because to determine modal parameters the shock excitation is sufficient. The measurements of excitatory factors of the system which appear as dynamic parameters of the test system (oscillatory values) and are widely used in the evaluation and control of the various systems, machines or assemblies condition. The monitoring of the measurable parameter and evaluation of changes over time, taking appropriate action according to the results, helps to assess and eliminate the sources of problems. As well as to improve the newly created system structures with optimized dynamic parameters. This dissertation consists low-floor urban bus analytical model which is needed to find out the features of an urban bus design. The coefficients used in the model have been determined when performing experimental tests. The work accomplishes experimental research of an urban bus: the oscillatory measurements of significant points of the bus structure and the experimental modal analysis of the body have been performed. Vibrations measurements of significant points of the bus structure assess the dynamic parameters of the low–floor bus and their influence on design and comfortability. During the experimental modal analysis the system modal parameters have been detected (mode natural frequency, damping ratio and shape). Modes‘ results allow to see the linear and angular displacements of the bus body. According to this, it is possible to evaluate the relative movements between the major points of the bus body and determine the most loaded construction jobs and provide assumptions for the reduction of deformations that cause dangerous bus movements. The paper concluded with covariance model of experimental vibrational signals‘ parameters of significant points of low-floor urban bus. Model allows to establish a correlation change between the vibrational signal parameters.