close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Совершенствование методов расчета профильной проходимости двухосных колесных машин.

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Васильев Вадим Геннадьевич
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА
ПРОФИЛЬНОЙ ПРОХОДИМОСТИ ДВУХОСНЫХ
КОЛЕСНЫХ МАШИН
05.05.03 – «Колесные и гусеничные машины»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Волгоград – 2014
Работа выполнена на кафедре «Автомобили» ФГБОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет», г. Владикавказ.
Научный руководитель
Мамити Герас Ильич,
доктор технических наук, профессор.
Официальные оппоненты: Котиев Георгий Олегович,
доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО
«Московский
государственный
технический
университет им. Н. Э. Баумана», заведующий кафедрой «Колесные машины»;
Чернышов Константин Владимирович,
кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО
«Волгоградский государственный технический университет», доцент кафедры «Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей».
Ведущая организация
ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный
политехнический университет (НПИ) им. М. И.
Платова».
Защита диссертации состоится « 19 » декабря 2014 г. в 1000 часов
на заседании диссертационного совета Д 212.028.03, созданного на базе
Волгоградского государственного технического университета, по адресу:
400005, г. Волгоград, проспект им. В. И. Ленина, 28, ауд. 209.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского
государственного технического университета и на сайте www.vstu.ru по ссылке
http://www.vstu.ru/nauka/dissertatsionnye-sovety/d-21202803.html.
Автореферат разослан «
»
2014 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Ляшенко
Михаил Вольфредович
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Проходимость является одним из
основных эксплуатационных свойств колесной машины и определяет возможность ее эффективного использования в тяжелых дорожных условиях и в условиях бездорожья.
Академик Е. А. Чудаков для автомобилей специального назначения первоочередным требованием к проходимости считал преодоление вертикальных
препятствий и рвов. Профессор Г. В. Зимелев отмечал, что «теоретические вопросы, связанные с возможностью преодоления автомобилем вертикальных
стенок, рвов и т.п. в настоящее время разработаны еще недостаточно». Еще определеннее высказался профессор А. И. Гришкевич: "Теория автомобиля является относительно молодой наукой, и многие ее разделы нуждаются в дальнейшей разработке и уточнении".
Степень разработанности темы исследования. Теоретические проблемы, связанные с преодолением двухосной полноприводной колесной машиной
вертикального препятствия, до сих пор не получили удовлетворительного решения, несмотря на актуальность проблемы для теории движения колесной
машины и, следовательно, проектирования машин и достоверной оценки возможностей их использования в различных условиях эксплуатации.
Решение этой проблемы для двухосных колесных машин, производство
которых многократно превосходит по количеству все прочие машины, даст
возможность определить оптимальное распределение масс по осям (развесовку)
полноприводной, заднеприводной и переднеприводной колесных машин для
заданных условий эксплуатации и тем самым обеспечить при проектировании
максимально возможную их потенциальную профильную проходимость.
Цель исследования. Целью исследования является совершенствование
методов расчета параметров профильной проходимости двухосных колесных
машин, и тем самым обеспечение возможности формирования на стадии проектирования максимально возможной их потенциальной проходимости.
Задачи исследования. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
- разработать единый метод расчета радиусов продольной и поперечной
проходимости двухосной колесной машины;
- исследовать условия преодоления вертикального препятствия (порога)
передними эластичными колесами машины, выявить все значимые параметры
колесной машины и опорной поверхности, влияющие на проходимость и обосновать расчетный режим;
- установить аналитические зависимости между высотами порогов, преодолеваемых машинами с разными приводами на колеса (44, 42, 24), и всеми значимыми параметрами колесной машины и опорной поверхности, влияющими на проходимость;
- разработать алгоритм расчета максимальных высот вертикальных препятствий, преодолеваемых разноприводными колесными машинами, и провести их расчетные исследования на проходимость по порогам;
3
- разработать методику и программу дорожных испытаний автомобилей
на преодоление вертикальных препятствий и провести их;
- оценить погрешность результатов расчета и эксперимента.
Объект исследования – двухосная колесная машина.
Научная новизна работы.
1. Предложено определять радиусы продольной и поперечной проходимости по точной тригонометрической формуле.
2. Получена аналитическая зависимость максимальной высоты вертикального препятствия, преодолеваемого полноприводной колесной машиной,
от всех значимых параметров машины и опорной поверхности.
3. Научно обоснован выбор координат центра масс (развесовка) колесной
машины максимально возможной проходимости.
4. Обоснован расчетный режим и разработан алгоритм расчета максимальной высоты вертикального препятствия, преодолеваемого разноприводными колесными машинами.
Теоретическая значимость работы заключается в совершенствовании
аналитических методов расчета параметров профильной проходимости колесных машин, что является определенным вкладом в развитие теории проходимости, одного из основных разделов теории движения колесных машин.
Практическая значимость работы. Аналитическая зависимость между
всеми значимыми параметрами полноприводной колесной машины, условиями
движения и высотой, которую могут преодолеть передние колеса машины, может быть использована при проектировании специальных машин, так как позволяет оптимально распределить между осями массу машины и тем самым
обеспечить максимально возможную ее проходимость за счет создания наибольшей силы тяги. Кроме этого, она позволяет достоверно оценивать возможности существующего парка колесных машин с целью продуктивного их использования в чрезвычайных ситуациях для принятия правильных решений в
конкретных условиях эксплуатации.
Методология и методы исследований. Цель работы достигнута комплексным и системным подходом к теоретическим и экспериментальным исследованиям. При решении поставленных задач использованы методы теоретической механики, теория движения колесных машин, математическое моделирование, разработанные методы проведения экспериментальных исследований,
научные методы обработки опытных данных.
Положения, выносимые на защиту:
1. Метод расчета радиусов продольной и поперечной проходимости
двухосной колесной машины, основанный на решении тригонометрической задачи определения радиуса описанной окружности, проходящей через вершины
треугольника с известными длинами сторон.
2. Расчетный режим преодоления вертикального препятствия (порога) колесной машиной и значимые параметры колесной машины и опорной поверхности, влияющие на проходимость.
4
3. Аналитическая зависимость между высотой порога, преодолеваемого
полноприводной колесной машиной, и всеми значимыми параметрами машины
и опорной поверхности, влияющими на проходимость.
4. Алгоритм расчета максимальных высот вертикальных препятствий,
преодолеваемых машинами с разными приводами колес.
5. Методика и программа дорожных испытаний разноприводных автомобилей на преодоление вертикальных препятствий.
Достоверность результатов работы. Проведенные теоретические исследования профильной проходимости двухосных колесных машин основываются
на фундаментальных положениях физики, теоретической механики, математики и апробированных пакетах прикладных программ для ПЭВМ. Результаты
теоретического анализа проходимости колесных машин хорошо согласуются с
результатами их дорожных испытаний, что подтверждено проверкой по критерию Фишера.
Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались на:
- научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет», 2012 – 2013 г.г., г. Владикавказ;
- научной конференции молодых ученых ФГБОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет», 2012 г., г. Владикавказ;
- научной студенческой конференции (бакалавриат, специалитет, магистратура), 28-30 марта 2013 г., г. Владикавказ;
- IV международной научно-практической конференции «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки», 16-18 июня 2013 г., г. Владикавказ;
- международной научной конференции «Прогресс транспортных средств
и систем – 2013», 24-26 сентября 2013 г., г. Волгоград;
- международной научно-практической конференции «Научное обеспечение устойчивого развития агропромышленного комплекса горных и предгорных территорий», посвященной 95-летию Горского государственного аграрного
университета, 26-27 ноября 2013 г., г. Владикавказ.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет»
(г. Владикавказ), ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет» (г. Могилев,
Республика Беларусь), Пермский военный институт внутренних войск МВД
РФ, а также в войсковых частях и транспортной компании «Дизель» (г. Пермь).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 статьи, в том числе
12 статей в журналах, рекомендованных ВАК Российской Федерации, 10 статей
в сборниках научных трудов и в материалах научно-технических конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, четыре главы, заключение, список использованных источников из 127 наименований и 6 приложений. Полный объем диссертации составляет 171 стр., в т. ч.
основного текста 151 стр., 59 рисунков и 14 таблиц.
5
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, направленной на совершенствование методов расчета параметров профильной
проходимости колесных машин: полноприводной (4×4), заднеприводной (4×2)
и переднеприводной (2×4).
Первая глава посвящена анализу работ по теории движения колесных
машин, в которых затрагиваются вопросы качения колеса и профильной проходимости колесных машин. Их авторы: Я. С. Агейкин, В. Б. Альгин, П. А.
Амельченко, А. С. Антонов, Ю. Е. Атаманов, Е. В. Балакина, Л. В. Барахтанов,
С. В. Бахмутов, У. Ш. Вахидов, В. К. Вахламов, Д. П. Великанов, Н. С. Вольская, М. С. Высоцкий, Г. И. Гладов, А. И. Гришкевич, В. В. Гуськов, Г. В. Зимелев, В. В. Иванов, В. А. Иларионов, В. А. Ким, Г. О. Котиев, В. Н. Кравец, В.
В. Ларин, А. С. Литвинов, Г. И. Мамити, В. И. Песков, В. А. Петров, В. А. Петрушов, С. Х. Плиев, А. А. Ревин, И. С. Сазонов, В. В. Селифонов, В. В. Серебряков, А. Т. Скойбеда, Г. А. Смирнов, В. П. Тарасик, В. А. Умняшкин, Н. М.
Филькин, Е. А. Чудаков, В. М. Шарипов, С. Б. Шухман, Н. А. Яковлев и др. Тут
же отметим, что в работах зарубежных авторов как ранних A. Jante, J. J. Taborek, J. R. Ellis, J. V. Wong, так и ближайших лет G. Rill, H. B. Pacejka, Th. D.
Gillespie, R. N. Jazar проходимость колесных машин, как таковая, не рассматривается, за исключением работы M. G. Bekker.
Выполненный обзор литературы показал:
- формулы для расчета радиусов продольной и поперечной проходимости
приводятся в работах Ю. А. Кононовича, А. И. Гришкевича, В. А. Скотникова,
В. И. Пескова, В. Н. Кравца, В. В. Селифонова;
- формулы для определения максимальной высоты преодолеваемого колесной машиной порога (вертикального препятствия) в окончательном виде для
полноприводной (4×4) машины приведены Ю. А. Кононовичем, В. И. Песковым и В. В. Лариным.
Между тем задача определения радиусов проходимости сводится к известной тригонометрической задаче, а проблема определения максимальной
высоты вертикального препятствия, преодолеваемого полноприводной колесной машиной, не решена удовлетворительно до сих пор. Так формулы, приведенные Ю. А. Кононовичем и В. В. Лариным, не учитывают деформацию шин,
коэффициент сопротивления качению и распределение веса по осям колесной
машины, которая решающим образом влияет на проходимость. Формула, приводимая В. И. Песковым, лишена этих недостатков, так как в ней учтены деформация шин, коэффициент сопротивления качению и развесовка по осям колесной машины, но, к сожалению, при выводе формулы произошла досадная
неточность. Тут же отметим, что для машин с колесной формулой 4×2 и 2×4
В. И. Песковым получены верные формулы.
Таким образом, к настоящему времени не предложена точная формула
для аналитического расчета радиусов продольной и поперечной проходимости
колесной машины и не выведена аналитическая зависимость для определения
максимальной высоты вертикального препятствия, преодолеваемого полноприводной (4×4) колесной машиной с учетом всех значимых параметров.
6
Решение последней проблемы позволит одновременно с определением
максимальной высоты преодолеваемого вертикального препятствия найти оптимальную развесовку по осям колесной машины, обеспечивающую ее максимально возможную проходимость.
Вторая глава содержит сведения о силах и моментах, действующих на
эластичное колесо машины при взаимодействии с опорной поверхностью. На
рисунке 1 показана схема сил, действующих на полноприводную машину.
Рисунок 1 – Силы, действующие на полноприводную машину
при разгоне на подъеме (а) и силы и моменты, действующие при этом на заднее колесо (б)
К центру С масс машины с координатами a, b, h приложена сила тяжести
G и сила инерции Pj, направленная противоположно ускорению j. На высоте h w
центра парусности приложена сила Pw сопротивления воздуха. Кроме того, к
крюку на высоте hx может быть приложена сила Px сопротивления прицепа.
Развиваемый двигателем колесной машины крутящий момент Ме передается трансмиссией к осям ведущих колес, образуя тяговый момент
М   М е  J м м  i   M1  M 2 ,
(1)
где: Ме – эффективный крутящий момент двигателя; Jм – момент инерции маховика двигателя и связанных с ним деталей; м – угловое ускорение маховика;
Jмм – инерционный момент противодействия ускоренному вращению маховика; i – передаточное число трансмиссии;  – коэффициент полезного действия
трансмиссии; М1, М2 – тяговые моменты на передних и задних колесах машины.
Со стороны дороги к колесам машины приложены результирующие нормальных Z1 и Z2 и касательных Х1 и Х2 реакций. Индексы 1 и 2 при силовых
факторах относятся соответственно к переднему и заднему колесам машины. Х1
и Х2 представляют собой результирующие всех касательных сил, действующих
в контакте ведущих колес с опорной поверхностью:
X 1  M 1 r  J k 1ε k r  M f 1 r ;
(2)
X 2  M 2 r  J k 2ε k r  M f 2 r ,
(3)
где: r – радиус качения колеса; Jк1, Jк2 – моменты инерции передних и задних
колес; к – угловое ускорение колес; Мε1 = Jк1εк, Мε2 = Jк2εк – инерционные моменты противодействия ускоренному вращению колес; Мf1, Мf2 – моменты сопротивления качению передних и задних колес машины.
7
Для заднеприводной (4×2) и переднеприводной (2×4) колесных машин
выражения (2) и (3) примут вид
(4×2)
X 1   J k1ε k r  M f 1 r ;
(4)
X 2   M e  J м  м  i  r  J k 2ε k r  M f 2 r ;
(5)
X 1   M e  J м м  i  r  J k1ε k r  M f 1 r ;
(6)
X 2   J k 2εk r  M f 2 r .
(7)
Результирующие всех касательных реакций (2) – (7) опорной поверхности определены без учета сил сопротивления воздуха Pw и инерции Pj (рисунок
1, а) поступательно движущихся масс колесной машины, что вполне допустимо, так как преодоление препятствий происходит с места или с ходу с предельно малой скоростью, во избежание поломок машины.
В случаях преодоления вертикального препятствия с места колесными
машинами полноприводной, заднеприводной и переднеприводной будем иметь
(4×4)
X 1  M е i  2r  M f 1 r ;
(8)
X 2  M е i  2r  M f 2 r ;
(9)
(4×2)
X1   M f 1 r ;
(10)
X2  Mе i  r  M f 2 r ;
(11)
(2×4)
X1  M е i  r  M f 1 r ;
(12)
X2  M f 2 r .
(13)
В формулах (8) – (13) учтено, что м и к пренебрежимо малы.
Очевидно, что для ведущих колес, находящихся на опорной поверхности
дороги, величина силы тяги ограничена максимально возможной силой сцепления шин P с дорогой
X 2  P   х Z 2 ,
(14)
где: х – коэффициент продольного сцепления шины с дорогой; Z2 – нормальная реакция дороги, действующая на ведущее заднее колесо.
(2×4)
В третьей главе рассматриваются геометрические параметры проходимости колесной машины и проблемы преодоления порогов.
Продольный RL и поперечный RB радиусы проходимости можно определить по компоновочному чертежу или экспериментально. Это радиусы условных цилиндрических неровностей, через которые машина может проехать, не
задевая ее низшими точками, расположенными в ее средней части, как показано
на рисунке 2. Чем меньше RL и RB, тем более крутые неровности может преодолеть машина. В ряде работ предложено аналитическое решение этой задачи.
Между тем, точное решение задачи определения радиусов продольной RL
и поперечной RB проходимости сводится к определению радиуса описанной окружности, проходящей через вершины треугольника, показанного на рисунке 3,
со сторонами a, b и c:
R  abc 4 p ( p  a )( p  b)( p  c) ,
(15)
где: p = (a+b+c) / 2; a = BC, b = AC, c = AB – стороны треугольника АВС или
А'В'С', вершина А или А' которого является низшей точкой вблизи середины
продольного или поперечного сечения автомобиля.
8
h – дорожный просвет; 1, 2 – углы свеса; RL, RB – радиусы
продольной и поперечной проходимости
Рисунок 2 – Геометрические параметры проходимости двухосной
колесной машины
Рисунок 3 – Треугольник к определению радиусов описанных окружностей
RL и RB, которые являются радиусами продольной и поперечной
проходимости
Рисунок 4 – Силы, действующие на передние колеса полноприводной
колесной машины при преодолении вертикального препятствия высотой h
Измерив стороны треугольников АВС и А'В'С', легко определить по вышеприведенной формуле радиусы продольной и поперечной проходимости.
Наиболее сложной проблемой теории проходимости является определение максимальной высоты, которая может быть преодолена автомобилем, которую предлагается решить следующим образом.
Рассмотрим общий случай процесса преодоления передними колесами
машины вертикального препятствия, показанный на рисунке 4 (стенки, бордюра, ступеньки, порога, эскарпа и др.) высотой h.
Если машина полноприводная, то на передние колеса будут действовать:
G1 – часть силы тяжести, приходящаяся на переднюю ось; Р1 – толкающая сила,
создаваемая силами тяги задних колес; Р2 – сила сопротивления качению задних колес; М1 – крутящий момент, подведенный к передней оси машины от
двигателя; R – радиальная реакция кромки (грани) А препятствия в момент, когда нормальная реакция опорной поверхности, направленная по вертикальному
диаметру, становится равной нулю; Р – сила тяги, развиваемая передними колесами на грани А моментом М1.
Если рассматривается заднеприводная колесная машина, то из схемы сил
рисунка 4 следует исключить М1 и Р, если переднеприводная – то Р1.
9
В процессе преодоления вертикального препятствия высотой h передними колесами машины наступает момент, когда нормальная реакция опорной
поверхности становится равной нулю и единственной опорой передних колес
становится грань А препятствия, в которой сосредотачивается внешняя реакция
R, направленная по радиусу колеса.
Для этого, наиболее тяжелого режима преодоления препятствия (начало)
из треугольника АОС найдем
cos    r  h   r    ,
(16)
откуда высота преодолеваемого препятствия определится как
h  r  (r  )cos  ,
(17)
где: r – свободный радиус колеса; Δ – радиальная упругая деформация колеса;
 – угол между направлениями реакции R и силы тяжести G1.
Составляющие уравнения (17) известны, за исключением угла противодействия , который можно определить из рассмотрения сил, действующих на
колеса, в зависимости от схемы привода к осям автомобиля.
По мере преодоления вертикального препятствия высотой h угол  между
нормалью (вертикальной осью колеса) и реакцией грани R (рисунки 4 и 5)
уменьшается до величины ' (рисунок 5), а затем и до нуля (' = 0), когда колеса полностью взберутся на порог, т. е. с уменьшением угла  уменьшается противодействие перемещению колес.
Рисунок 5 – Схема, показывающая изменение угла  в процессе преодоления вертикального препятствия высотой h
Рисунок 6 – Преодоление жесткими передними колесами полноприводной машины вертикального
препятствия
Поэтому, условием преодоления препятствия высотой h является соблюдение равенства (17), где величина угла  соответствует моменту, когда колеса,
не испытывающие уже нормальные нагрузки (реакции) от опорной поверхности, еще не оторвались от нее. Так как при этом угол  имеет максимальное
значение, то это и есть наиболее тяжелый режим преодоления препятствия.
Очевидно, наибольшие возможности для преодоления вертикальных препятствий имеют полноприводные машины. В этом случае на передние ведущие
колеса будут действовать силы G1, Р2, Р1 и крутящий момент М1 (рисунок 4).
Если колеса жесткие, то со стороны кромки препятствия (точка А) высотой h на них действуют радиальная R и тангенциальная (касательная) Р реакции, вызванные силами G1, Р1, Р2 и крутящим моментом М1 , как показано на
рисунке 6.
10
Учитывая, что сила сопротивления качению задних колес равна
P2  f G2 ,
(18)
где f – коэффициент сопротивления качению, а толкающая сила, создаваемая
силой тяги задних колес, передаваемая на ось передних колес
P1   х G2 ,
(19)
где х – коэффициент сцепления задних колес с опорной поверхностью, можно
найти их сумму, как
Р1  Р2  ( х  f ) G2 .
(20)
Составив сумму проекций действующих на передние колеса машины сил
на направление реакции R
R  G1 cos   ( x  f ) G2 sin   0 ,
найдем
R  G1 cos   ( x  f ) G2 sin  ,
(21)
где  – угол противодействия между направлениями реакции R и силы G1.
Составим теперь сумму моментов относительно точки А кромки препятствия
 M A  0; M 1  G1 r sin   ( x  f ) G2 r cos   0 .
(22)
Максимальное значение момента М1 не может быть больше
M 1max   А R r ,
(23)
где: φА – коэффициент сцепления колеса с кромкой препятствия; r – свободный
радиус колеса.
Подставив в уравнение (22) выражения (23) и (21), получим
 A r G1 cos   (x  f ) G2 sin    G1 r sin   (x  f ) G2 r cos  .
(24)
Разделив равенство (24) на r cos  , найдем
 A G1   A ( x  f ) G2 tg  G1 tg  ( x  f ) G2 ,
откуда определим
tg    A G1  (x  f ) G2  G1   A (x  f ) G2  .
(25)
Вернемся к рисунку 6. Из треугольника АОС можно найти
cos    r  h  r ,
откуда высота преодолеваемого препятствия жесткими колесами равна
h  r (1  cos ) ,
(26)
где угол  определяется из выражения (25)
  arctg   A G1  ( x  f ) G2  G1   A ( x  f ) G2  .
(27)
При преодолении препятствия передними эластичными колесами полноприводной машины (рисунок 4) точка А грани вертикального препятствия высотой h окажется ближе к вертикальной оси колеса, благодаря радиальному
прогибу  шин, поэтому плечо приложения силы тяжести G1 относительно точки А уменьшится на величину  sin  и тем самым уменьшится сопротивление
преодолению препятствия. Тут же заметим, что плечи приложения сил Р1 и Р2
также уменьшатся на величину  cos  , но решающее значение имеет уменьшение плеча приложения крутящего момента М1 на величину радиальной де11
формации шины , благодаря чему повышается проходимость машины за счет
увеличения силы тяги Р в контакте колес с препятствием (в точке А).
Максимально возможный крутящий момент по условиям сцепления шин
с кромкой препятствия равен
M 1   A R (r  ) .
(28)
Составив сумму моментов относительно точки А (рисунок 4)
M 1  G1 (r   ) sin   ( x  f ) G2 (r  )cos   0
и подставив в нее выражения (28) и (21) получим
 A (r  )  G1 cos   ( x  f ) G2 sin   
(29)
 (r   ) G1 sin   ( x  f ) G2 cos  .
Разделив равенство (29) на (r  )cos  , найдем
 A G1   A ( x  f ) G2 tg  G1 tg  ( x  f ) G2 ,
откуда определим
tg    A G1  (x  f ) G2  G1   A (x  f ) G2  ,
(30)
т.е. получен прежний результат (25), что означает, при прочих равных условиях, независимость величины угла  от жесткости колес.
Таким образом, все решения по определению максимальной высоты преодолеваемого препятствия можно представить в наиболее компактном виде,
одинаковом для всех машин, как
h  r  (r   )cos  .
(31)
Уравнение (31), общее для всех колесных машин, содержит угол , который зависит от схемы привода ведущих колес автомобиля и равен для автомобиля:
- полноприводного
  arctg   A G1  ( x  f ) G2  G1   A ( x  f ) G2  ; (32)
- переднеприводного   arctg   A G1  f G2  G1   A f G2  ;
(33)
- заднеприводного
  arctg ( x  f )G2 G1 .
(34)
Формулы (31) – (34) можно представить в более удобном для расчета виде, для чего в выражении (31) выразим cos через tg и обозначим tg = k:
cos   1 1  tg 2  1 1  k 2 .
Тогда формула (31) с учетом выражения (35) примет вид
h  r 1  1   r  1  k 2  ,


где для автомобиля:
- полноприводного
k   A G1    x  f  G2  G1   A   x  f  G2  ;
(35)
(36)
(37)
- переднеприводного k    A G1  f G2  G1   A f G2  ;
(38)
- заднеприводного
k    x  f  G2 G1 .
(39)
Формулы (31) и (36) для определения максимальной высоты преодолеваемого вертикального препятствия передними колесами автомобиля можно
уточнить следующим образом (выражения для определения угла  и параметра
k остаются без изменения).
12
Известно, что под действием силы тяжести G1 в местах контакта колес с
дорогой шины деформируются, образуя пятна контакта, при этом расстояние от
оси колес до поверхности дороги, называемое статическим радиусом, обозначаемое через rc, меньше, чем свободный радиус r колес (рисунок 7).
В процессе преодоления препятствия кромка А порога будет все
больше внедряться в эластичную шину
от нуля до максимального значения
радиальной деформации  и максимальной величины реакции R кромки и
силы тяги Р в ней. Одновременно с
этим нормальная реакция Z1 дороги и
сила тяги Х1 будут уменьшаться и достигнут нуля, когда единственной опоРисунок 7 – Уточненная расчетная схема
рой колес станет кромка А порога и ее
реакция R станет максимальной, а колеса восстановят первоначальную форму –
свободный радиус.
Это дает право использовать ранее полученные выражения для угла  и
параметра k. Тогда в начале процесса преодоления вертикального препятствия с
места будем иметь (рисунок 7)
cos    rс  h   r    ,
(40)
откуда максимальная высота преодолеваемого порога выразится
h  rс  (r  )cos  ,
или
h  r  rc r  1   r  1  k 2  .
(41)


В четвертой главе приведена разработанная методика и программа испытаний полноприводной колесной машины на проходимость по преодолению
вертикальных препятствий. Идея метода состоит в том, что испытаниям подвергается один автомобиль – полноприводной, который в ходе испытаний используется как полноприводной (колесная формула 4×4), заднеприводной (колесная формула 4×2) и переднеприводной при движении задним ходом (колесная формула 2×4). Такой способ экспериментального исследования позволяет
обеспечить «прочие равные условия» для объекта испытаний, и тем самым, при
одинаковых дорожных условиях, получить сравнимые опытные данные.
В таблице 1 приведены результаты экспериментальных исследований, которые сопоставлены с теоретическими. Проверка по критерию Фишера показала, что аналитические решения адекватны опытным данным.
Таблица 1 – Результаты экспериментального и теоретического исследования
максимальной высоты вертикального препятствия (порога),
преодолеваемого передними колесами автомобиля
Автомобиль
G1/G2, %
А
х
УАЗ-31512
41 / 59
0,9
0,8
f
r
0,01 0,37
/r
Высота преодолеваемого порога h, м
4×4
4×2
2×4
эксп. теор. эксп. теор. эксп. теор.
0,1
0,35
13
0,3662
0,17
0,1501
0,15
0,1193
На рисунке 8 приведены фрагменты дорожных испытаний автомобиля
УАЗ-31512 по преодолению вертикального препятствия (бордюра) при заднем
ходе с места.
а)
б)
Рисунок 8 – Процесс преодоления вертикального препятствия (бордюра)
при заднем ходе с места: а) – начало; б) – завершение
В приложении приводятся акты (справки) внедрения и использования
результатов диссертационной работы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Предложен единый метод расчета радиусов продольной и поперечной
проходимости двухосной колесной машины, основанный на решении тригонометрической задачи определения радиуса описанной окружности, проходящей
через вершины треугольника с известными длинами сторон, позволяющий просто и точно определить эти параметры.
2. Обоснован расчетный режим преодоления вертикального препятствия,
позволяющий связать функциональной зависимостью максимальную высоту
вертикального препятствия (порога) и все значимые для проходимости по порогам параметры колесной машины и опорной поверхности.
3. Получена аналитическая зависимость между высотой порога, преодолеваемого полноприводной колесной машиной, и всеми значимыми параметрами машины и опорной поверхности, влияющими на проходимость, позволяющая рассчитать кроме максимальной высоты порога, принятой за основной
критерий проходимости по порогам, оптимальное распределение веса по осям
машины для обеспечения максимально возможной потенциальной проходимости по порогам на стадии проектирования.
4. Исследование влияния различных параметров на величину максимальной высоты преодолеваемого вертикального препятствия на основе полученных аналитических зависимостей показало:
- оптимальной развесовкой полноприводной машины в зависимости от
условий эксплуатации следует считать G1/G2 = 0,40/0,60 (при φА = 0,8, φх = 0,8)
и G1/G2 = 0,45/0,55 (при φА = 1, φх = 0,8);
14
- с увеличением радиальной деформации шины на грани порога увеличивается высота преодолеваемого препятствия;
- для заднеприводной и переднеприводной машин оптимальной развесовкой (G1/G2) следует считать ту, при которой центр масс находится наиболее
близко к ведущей оси, но не ближе расстояния, найденного из условия недопущения опрокидывания при разгоне и торможении;
- если соотнести друг к другу максимальные высоты преодолеваемых
препятствий, то полноприводная машина преодолевает в 2 раза большую высоту, чем заднеприводная, и в 3,4…4,5 раза большую, чем переднеприводная.
Некоторые уточнения можно ввести в расчеты, если учесть еще и статическую деформацию шины в начале процесса преодоления препятствия.
Преодоление вертикальных препятствий колесными машинами с ходу
допустимо только с минимальными скоростями, во избежание возникновения
больших инерционных и ударных нагрузок, приводящих к поломкам машины.
5. Разработан алгоритм расчета максимальных высот вертикальных препятствий, преодолеваемых машинами с разными приводами колес, позволяющий наиболее просто определить основной критерий проходимости по пороговым препятствиям – максимальную их высоту, двумя способами – при помощи
тригонометрических функций и без них.
6. Разработаны методика и программа дорожных испытаний разноприводных автомобилей на преодоление вертикальных препятствий, позволяющие
обеспечить при испытаниях «прочие равные условия» путем использования в
качестве объекта испытаний только полноприводного автомобиля, как автомобилей с колесными формулами 44, 42 и 24 (при движении задним ходом).
Адекватность полученных теоретических и экспериментальных результатов
подтверждена проверкой по критерию Фишера.
Аналитическая зависимость между всеми значимыми параметрами полноприводной колесной машины, условиями движения и высотой, которую могут преодолеть передние колеса машины может быть использована при проектировании специальных машин, так как позволяет оптимально распределить
между осями массу машины и тем самым обеспечить максимально возможную
ее проходимость. Кроме этого она позволяет достоверно оценивать возможности существующего парка колесных машин с целью продуктивного их использования в чрезвычайных ситуациях для принятия правильных решений в конкретных условиях эксплуатации.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Васильев, В. Г. Нерешенные проблемы теории проходимости, связанные с преодолением вертикальных препятствий колесной машиной / В. Г. Васильев // Известия
ФГБОУ ВПО «Горский ГАУ» : научно-теоретический журнал. Т. 49, ч. 4. – Владикавказ,
2012. – С. 220-221.
2. Мамити, Г. И. Преодоление вертикального препятствия заднеприводной колесной
машиной с места / Г. И. Мамити, С. Х. Плиев, Э. К. Гутиев, В.Г. Васильев // Известия
15
ФГБОУ ВПО «Горский ГАУ» : научно-теоретический журнал. Т. 49, ч. 4. – Владикавказ,
2012. – С. 213-216.
3. Мамити, Г. И. Преодоление вертикального препятствия переднеприводной колесной машиной с места / Г. И. Мамити, С. Х. Плиев, Э. К. Гутиев, В. Г. Васильев // Известия
ФГБОУ ВПО «Горский ГАУ» : научно-теоретический журнал. Т. 50, ч. 1. – Владикавказ,
2013. – С. 177-180.
4. Мамити, Г. И. Преодоление вертикального препятствия полноприводной колесной машиной с места / Г. И. Мамити, С. Х. Плиев, Э. К. Гутиев, В. Г. Васильев // Известия
ФГБОУ ВПО «Горский ГАУ» : научно-теоретический журнал. Т. 50, ч. 1. – Владикавказ,
2013. – С. 181-183.
5. Мамити, Г. И. Преодоление вертикальных препятствий колесными машинами / Г.
И. Мамити, С. Х. Плиев, Э. К. Гутиев, В. Г. Васильев // Известия ФГБОУ ВПО «Горский
ГАУ» : научно-теоретический журнал. Т. 50, ч. 2. – Владикавказ, 2013. – С. 180-183.
6. Мамити, Г. И. Условие преодоления вертикального препятствия различными колесными машинами / Г. И. Мамити, С. Х. Плиев, Э. К. Гутиев, В. Г. Васильев // Известия
ФГБОУ ВПО «Горский ГАУ» : научно-теоретический журнал. Т. 50, ч. 2. – Владикавказ,
2013. – С. 184-186.
7. Плиев, С. Х. Алгоритм расчета высоты преодолеваемого колесной машиной вертикального препятствия / С. Х. Плиев, В. Г. Васильев // Известия Волгоградского государственного технического университета. Серия «Наземные транспортные системы». Вып. 6 :
межвуз. сб. науч. ст. – Волгоград : ВолгГТУ, 2013. – № 10 (113). – С. 27-28.
8. Мамити, Г. И. Учет статического радиуса колеса при расчете максимальной высоты преодолеваемого вертикального препятствия колесной машиной с места / Г. И. Мамити,
С. Х. Плиев, В. Г. Васильев // Известия ФГБОУ ВПО «Горский ГАУ» : научнотеоретический журнал. Т. 50, ч. 3. – Владикавказ, 2013. – С. 172-174.
9. Васильев, В. Г. Преодоление вертикального препятствия колесной машиной с ходу / В. Г. Васильев // Известия ФГБОУ ВПО «Горский ГАУ» : научно-теоретический журнал.
Т. 50, ч. 3. – Владикавказ, 2013. – С. 181-184.
10. Васильев, В. Г. Геометрическая проходимость двухосного автомобиля / В. Г. Васильев // Известия ФГБОУ ВПО «Горский ГАУ» : научно-теоретический журнал. Т. 50, ч. 4.
– Владикавказ, 2013. – С. 170-172.
11. Васильев, В. Г. Результаты дорожных испытаний автомобилей на преодоление
вертикальных препятствий / В. Г. Васильев // Известия ФГБОУ ВПО «Горский ГАУ» : научно-теоретический журнал. Т. 50, ч. 4. – Владикавказ, 2013. – С. 172-177.
12. Мамити, Г. И. О высоте вертикального препятствия, преодолеваемого полноприводным автомобилем / Г.И. Мамити, С. Х. Плиев, Э. К. Гутиев, В.Г. Васильев // Автомобильная промышленность. – 2014. – № 1. – С. 17-18.
Публикации в других изданиях и материалах конференций – 10 шт.
Личный вклад автора. Из 22 научных трудов 8 выполнено единолично, из которых 4
опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Подписано в печать "___"_________2014 г. Формат 60×84/16. Бумага офсетная.
Печать трафаретная. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № ____.
Типография ФГБОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет».
362040, г. Владикавказ, ул. Кирова, 37.
16
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
21
Размер файла
8 236 Кб
Теги
методов, профильная, колесных, расчет, совершенствование, проходимости, двухосных, машина
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа