Наукові конференції України, Інновації молоді в машинобудуванні 2020

Розмір шрифту: 
Математична модель фрагменту автоматичного пристрою для системи підтримання тиску в шинах транспортних засобів
Т. Г. Матвієнко, О. В. Узунов

Остання редакція: 2020-05-17

Анотація


Зі збільшенням використання транспортних засобів збільшується, і вимоги до них. Це пов’язано з потребою в покращенні комфорту переміщення або підвищення безпеки перевезення вантажів. У разі застосування транспортних засобів, які мають шини, виникають проблеми, вплив яких можна зменшити, або взагалі усунути. Розглянемо ці проблеми детальніше.

Одною з таких проблем  є прокол шини. Така ситуація спричинить не тільки водію дискомфорт в пересуванні, але вона може призвести до аварійної ситуації. Другою проблемою є різна керованість транспортного засобу при різних дорожніх умовах. Наприклад, при пересуванні по пісчаних, ґрунтових, або дорогах з покриттям щебенем тиск в шинах напряму впливає на прохідність транспортного засобу. Тиск в впливає і на зношуваність шин і на коефіцієнт опору кочення. Відомо, що при зменшенні опору кочення шини за рахунок збільшення тиску в шинах зменшується витрата пального. Так, наприклад, зменшенням опору кочення шини на 3% можна забезпечити економію палива на 1% .

Ціллю роботи є збільшення комфорту пересування та підвищення безпеки транспортування вантажів, завдяки налаштуванню та підтриманню заданого тиску в шинах транспортного засобу.

Для цього розроблено принципову схему пристрою. Для забезпечення його здатності виконувати свою роботу запропоновано виконати моделювання його дії. Математичне моделювання значно полегшує етап дослідження функціональності елементів. Воно дозволяє дослідити роботу пристрою при різних значеннях параметрів без складання і проведення дослідів на готовому зразку. Це дає змогу відкоригувати необхідні ланки системи  без втрат на виготовлення та фізичний експеримент.

Для проведення моделювання необхідно розробити математичний опис пристрою і потім перетворити в модель в середовищі моделювання. Модель дозволить швидко провести розрахунки і відразу побачити результат.

Робота пристрою полягає в наступному. В початковому положенні пристрій знаходиться в стані рівноваги, в порожнинах і камері шини тиск є атмосферним. Для накачування шини на заданий тиск пружину переміщують на  величину h.. При стисканні пружини  виникає сила зміщує золотник, який знаходиться в нейтральному стані. Зміщення золотника призводить до відкриття дроселю золотника і подачі повітря в камеру шини. Зі збільшенням тиску в шині зростає тиск в торцевій камері золотника. Виникає сила Pш., яка діє на золотник, намагаючись змістити золотник у закрите положення. Коли тиск в шині зросте до заданого, золотник повернеться до положення рівноваги, і буде знаходитись в ньому поки не будуть змінені налаштування пружини.

Для побудови математичного опису процесів і моделі схему пристрою, зображену на рис.1, розділено на три основні частини, кожна з яких відповідає окремим процесам. Перша частина – містить джерело живлення, трубопровід з дроселем змінного перерізу, який утворений кромкою корпусу і торцевою кромкою золотника і камеру шини; друга частина – пружину і золотник в корпусі, третя частина – джерело тиску і канали, якими вона зв’язана з камерою, утвореною правим торцем золотника і корпусом. Математичний опис розробляється окремо для кожної частини.

Висновки:

На цей момент розроблено математичний опис процесів в перший частині, що містить рівняння розрахунку витрати через дросель, які враховують можливість до критичного та надкритичного режимів, також рівняння розрахунку змін тиску в часі в камері шини. При виводі рівнянь прийнято ряд припущень, таких як: теплообмін між повітрям в камері і зовнішнім середовищем відсутній; втрати тиску в трубопроводі є незначними в порівнянні з втратами на дроселі та ін. Після розробки математичних описів і моделей процесів в частинах два та три, ми їх зберемо в модель роботи всього пристрою.


Ключові слова


математична модель системи підтримання тиску в шині