Влияние системы крепления газовых баллонов на их резонансные свойства

УДК 621.43:681.51

И. Р. Ахметьянов, кандидат технических наук, доцент

Д. А. Гусев, кандидат технических наук, доцент

Р. Р. Ибрагимов, кандидат технических наук, доцент

Башкирский государственный аграрный университет, Уфа

ahmetir@yandex.ru, d-a-gusev@yandex.ru, rvomigar@yandex.ru

Рассматриваются резонансные явления силовой структуры газовых баллонов, возникающие под действием вибраций от силовой установки и дорожного полотна. Для определения резонансных свойств была построена трехмерная твердотельная модель баллона, заданы точки крепления и нагрузки и проведено численное исследование в программе APMFEM . По результатам расчета предложен метод снижения вероятности возникновения резонансных явлений путем изменения расположения точек крепления газовых баллонов. Расчет, проведенный для каждого из вариантов расположения крепления, выявил зависимость частоты собственных колебаний закрепленного баллона от расположения точек крепления его к остову автомобиля. В результате было определено оптимальное расположение точек крепления баллонов, обусловившее максимальную частоту собственных колебаний закрепленного баллона.

Ключевые слова: газовый баллон, резонанс, частота собственных колебаний, частотный анализ, модальный анализ, автотракторная техника.

Введение

Баллоны для хранения газомоторного топлива подвержены большим нагрузкам от внутреннего давления газа и воздействия вибраций от силовой установки и ходовой части, передающимся на баллон через систему крепления, причем абсолютное значение вибрационных нагрузок пренебрежимо мало по сравнению с нагрузками от давления газа. Однако вибрационные нагрузки могут вызвать резонансные явления, что приводит к резкому возрастанию амплитуды колебаний стенок баллона. Важным параметром является определение частот собственных колебаний элементов автотракторной техники. Конструкция считается удовлетворительной с точки зрения вибрационной прочности, если основные гармоники не попадают в диапазон частот возмущающих внешних воздействий. В ином случае производится оптимизация конструкция таким образом, чтобы исключить этот эффект [1].

Некоторые двигатели, например, шести- и десятицилиндровые V-образные двигатели с углом развала 90°, имеют неравномерное чередование рабочих ходов, в этом случае частота действия реактивного момента вдвое меньше. Частота этих вибраций лежит в диапазоне от 40 до 500 Гц и зависит от частоты вращения коленчатого вала ДВС [2].

В случае попадания баллона в резонанс существенно увеличивается деформация силовой структуры баллона, что приводит к появлению усталостных повреждений. Наибольшую опасность представляет основная частота резонанса, а гармоники в данной работе не рассматриваются ввиду малой амплитуды. При конструировании баллонов необходимо, чтобы собственные частоты колебаний газовых баллонов были ниже, чем частота вибрационных воздействий [3, 4].