Поліпшення маневреності та стійкості автопоїздів з наближеними осями причепа

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНIВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

ПОЛІПШЕННЯ МАНЕВРЕНОСТІ ТА СТІЙКОСТІ АВТОПОЇЗДІВ З НАБЛИЖЕНИМИ ОСЯМИ ПРИЧЕПА

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі Автомобілі Національного транспортного університету (НТУ) Міністерства освіти і науки України, м. Київ

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Сахно Володимир Прохорович, Національний транспортний університет, завідуючий кафедрою “Автомобілі”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Солтус Анатолій Петрович, Кременчуцький державний політехнічний університет, завідуючий кафедрою “Автомобілі та трактори”;

кандидат технічних наук, доцент Макаров Володимир Андрійович, Донецький інститут автомобільного транспорту, завідуючий кафедрою “Технічна експлуатація автомобілів”.

Провідна установа: Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля Міністерства освіти і науки України,кафедра "Автомобілі", м. Луганськ.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці національного транспортного університету за адресою: 01103, м. Київ, вул. Кіквідзе, 42.

Автореферат розісланий _19_ __квітня__ 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Матейчик В. П.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Досвід експлуатації автопоїздів, у тому числі спеціалізованих, показує на їх наступні переваги в порівнянні з одиночним автомобілем: підвищену продуктивність (у два рази й більше); собівартість перевезень на 20...30 % нижче в залежності від відстані перевезень; витрату пального на тону перевезеного вантажу на 20...30 % меншу та інші. Собівартість серійного виробництва причепів і напівпричепів значно нижче, ніж автомобілів відповідної вантажопідйомності, при експлуатації автопоїздів потрібно менше капіталовкладень у будівництво зон збереження рухомого складу і зменшується потреба у водіях.

Причіпні автопоїзди мають такі переваги перед сідельними автопоїздами: вища номінальна вантажопідйомність, ніж аналогічного сідельного автопоїзда на 10...15 %, автомобіль-тягач являє собою самостійну транспортну одиницю.

Одною з перспективних конструкцій причіпних автопоїздів є конструкції з використанням низькорамних причепів, для чого на причепи встановлюють низькопрофільні шини з мінімально можливим діаметром і використанням некерованих осей. Такі конструкції причепів дуже прості і надійні, мають меншу собівартість проектування і виробництва в порівнянні з існуючими причепами з керованою віссю та сідельними напівпричепами. Завдяки відсутності поворотного пристрою, вони мають кращу стійкість прямолінійного руху і руху заднім ходом. Низьке розташування вантажної платформи дозволяє виконувати вантажно-розвантажувальні роботи швидше та зручніше, при використанні спеціалізованих кузовів не потрібні сходи, чи якісь інші пристосування. Крім того, вони мають більший внутрішній об'єм кузова, меншу трудомісткість технічного обслуговування і ремонту. Для їх виробництва й обслуговування необхідно менше матеріалів.

Широке використання такої конструкції автопоїзда стримується не вивченістю питань, пов'язаних з маневреністю і стійкістю їх руху та впливом компонувальних параметрів автопоїзда на них, відсутністю єдиної й достовірної методики оцінки згаданих вище властивостей на етапі проектування, складністю оцінки динамічної поведінки ланок автопоїзда під час руху.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до науково-дослідних робіт “Теорія керованості та стійкості автомобілів і автопоїздів з нетрадиційними системами керування” № РК 0100U002446 в період з 01.2000 по 12.2002, “Дослідження механіки та енергетики автомобілів і автопоїздів” № держреєстрації 0104U003346 в період з 01.2003 по 12.2004 та у рамках роботи “Теоретичні основи та практичні методи комплексного вирішення проблеми раціонального вибору дво- та триланкових автопоїздів для міжміських та міжнародних перевезень вантажів” № РК 0104U003341 в період з 01.2004 по 12.2004, що виконуються кафедрою “Автомобілі” Національного транспортного університету.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є поліпшення показників маневреності та стійкості руху причіпних автопоїздів з наближеними, некерованими осями причепа шляхом вибору оптимальних конструктивних параметрів як тягача, так і причепа.

Об'єкт дослідження - показники маневреності та стійкості руху причіпних автопоїздів з наближеними некерованими осями причепа.

Предмет дослідження - вплив компонувальних і масових параметрів причіпних автопоїздів з наближеними некерованими осями причепа на показники маневреності та стійкості їх руху.

Методи дослідження передбачали математичне моделювання руху причіпних автопоїздів, багатоваріантні розрахунки на персональному комп'ютері (ПК) показників маневреності та стійкості руху за різних масових і компонувальних параметрів ланок автопоїзда, а також експериментальне визначення цих показників з використанням методу планування експерименту для макета автопоїзда.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються наступні задачі:

1. Розробка математичних моделей різного ступеню складності, які дозволяють за заданими конструктивними параметрами прогнозувати показники маневреності та стійкості руху автопоїзда з наближеними осями причепа.

2. Розробка методики аналітичного визначення показників маневреності та стійкості руху причіпних автопоїздів різних компонувальних схем з причепами категорій О₁ - О₄.

3. Дослідження впливу компонувальних параметрів та експлуатаційних режимів на показники маневреності та стійкості руху причіпних автопоїздів категорій О₁ - О₄. Визначення найбільш вагомих факторів, що впливають на показники маневреності та стійкості руху автопоїзда.

4. Розробка макета причіпного автопоїзда категорій О₂ з наближеними некерованими осями причепа за умови зміни його компонувальних параметрів у широких межах.

5. Експериментальна перевірка адекватності розробленої математичної моделі розрахунку показників маневреності та стійкості макета автопоїзда категорії О₂ за різних масових і компонувальних параметрів та експлуатаційних режимів його руху.

6. Розробка рекомендацій щодо використання результатів дослідження з метою покращення показників маневреності та стійкості руху причіпних автопоїздів категорій О₁ - О₄ з наближеними некерованими осями причепа.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розроблених:

- математичних моделях руху автопоїзда, які дозволяють за заданими конструктивними параметрами причепа з наближеними некерованими осями прогнозувати показники маневреності та стійкості автопоїзда на стадії проектування, скорочуючи при цьому час і витрати на створення нових і модернізацію існуючих автопоїздів;

- методиці визначення критичної швидкості (КШ) втрати стійкості та порогової швидкості початку коливальної нестійкості автомобільного поїзда з наближеними осями причепа, що витікає iз поведінки власних значень характеристичного визначника системи.

Практичне значення одержаних результатів дослідження складають:

- методика визначення доцільних значень масових і компонувальних параметрів автопоїзда з наближеними некерованими осями причепа категорій О₁ - О₄ за показниками маневреності та стійкості руху в експлуатаційних умовах;

- методика визначення показників маневреності та стійкості руху автопоїздів за різних масових і компонувальних параметрів причепів категорій О₁ - О₄, за допомогою якої встановлено, що з точки зору забезпечення завантаження осей причепа бічними силами в припустимих межах, положення точки зчіпки доцільно обирати за умови забезпечення стійкості прямолінійного руху, а значення величини бази та довжини дишля причепа - за умови забезпечення маневреності автопоїзда.

Результати дисертаційного дослідження впроваджені в технологічний процес вдосконалення серійних та конструювання перспективних моделей причепів категорії О₂ на приватному виробництві причіпної техніки “КНОТТ”, а категорії О₄ - у конструкторському бюро по проектуванню спеціалізованого рухомого складу автотранспорту “НАФТО” і проектно-розвідувальному та конструкторсько-технологічному інституті з дослідним виробництвом “Київський будпроект” при виробництві причіпних транспортних засобів категорії О₄ різного призначення, зокрема площадок, фермовозів, фургонів тощо.

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати, що виносяться на захист, отримані здобувачем самостійно. У роботах у співавторстві здобувачу належать: 3 - огляд літературних джерел з методів визначення показників стійкості автотранспортних засобів; 4 - огляд літературних джерел з приводів керування причіпними ланками автопоїздів і визначення умов, коли можливо застосування не керованих осей; 5 - розробка схеми макета автопоїзда та принципової схеми комплексу вимірювальної апаратури; 6 - розробка математичної моделі руху триланкового причіпного автопоїзда з керованими колесами причепа; 7 - створення програми розрахунку на персональному комп'ютері рівнянь руху автопоїзда; 8 - обладнання і налагодження комплексу вимірювальної та реєструючої апаратури, встановленої на експериментальному автопоїзді; 9 - розробка конструкції, вибір та обґрунтування розмірів і маси експериментального автопоїзда; 10 - результати експериментального визначення бічних сил на осях експериментального автопоїзда; 11 - результати експериментального визначення показників маневреності та стійкості руху експериментального автопоїзда; 12 - статистична обробка результатів експериментальних досліджень; 14 - аналіз результатів розрахунків отриманих за математичною моделлю; 15 - розробка рекомендацій щодо покращення показників стійкості і маневреності автопоїздів.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідались та обговорювались на наукових конференціях професорсько-викладацького складу і студентів Національного транспортного університету (Київ, НТУ, 2002, 2003, 2004 р.), на міжнародних науково-технічних конференціях “Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы” (Севастополь, СевНТУ, 2003, 2004), “Metody obliczeniowe I badawcze w rozwoju pojazdow samochodowych I maszyn roboczych samojezdnych” (Rzeszow, 2003 p.), “Автомобильный транспорт в XXI веке” (Харьков, ХНАДУ, 2003 г.), на науково-практичній конференції "Управління безпекою та якістю транспортних засобів і перевезень" (Київ, 2003).

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано у 16 друкованих роботах: у 12 статтях в фахових виданнях ВАК України та в 4 матеріалах наукових конференцій.

За результатами теоретичних та експериментальних досліджень був розроблений інноваційний науковий проект по створенню на підприємствах м. Києва виробництва причепів з наближеними некерованими осями, який був відзначений дипломом у конкурсі “Інтелект молодих - на службу столиці” (Київська міська державна адміністрація, Головне управління освіти і науки, 2004 р.).

Структура та обсяг роботи. Дисертація містить у собі перелік умовних позначень, вступ, основну частину, яка складається з п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел з 144 найменувань. Повний обсяг дисертації складає 155 сторінок, з них 122 сторінки основного тексту, 54 рисунки, 8 таблиць та один додаток на 4 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі до дисертації обґрунтована актуальність теми, сформульовано мету та задачі дослідження, викладено наукову новизну результатів дослідження, показано практичне значення, надані відомості про апробацію та публікацію основних положень роботи.

У першому розділі розкрито стан питання щодо перспектив розвитку використання автопоїздів в Україні. Проведений аналіз конструкцій сучасних автопоїздів та показані шляхи розвитку їх конструкцій. Зазначено, що причіпні автопоїзди з наближеними некерованими осями причепа мають певні переваги у порівнянні із сідельними автопоїздами при здійсненні міжміських та міжнародних перевезень.

Розглянуто роботи як вітчизняних, так і закордонних учених, що присвячені розробці математичного апарату та методам експериментального дослідження показників маневреності та стійкості руху автопоїздів. Однак, слід зазначити, що і досі не має загальноприйнятої методики щодо розробки як математичних моделей, так і математичного апарату для їх аналізу.

Зважаючи на умови роботи, стійкість та маневреність мають вирішальне значення для безпечного руху автопоїздів. В Україні показники стійкості автотранспортних засобів регламентуються ДСТУ 3310-96, у той час як показники маневреності не нормуються.

У країнах ЄС діють вимоги Directive 96/53/EC, які регламентують не тільки мінімальний зовнішній габаритний радіус повороту 12,5 м, а й обмежується мінімальний внутрішній габаритний радіус, який повинен бути не менше 5,3 м. При цьому поворотна ширина по сліду коліс складає 5,5 м, а припустима габаритна смуга руху (ГСР) - 7,2 м.

На основі проведеного аналізу літературних джерел визначені мета і задачі дослідження.

У другому розділі розглянуто процес руху причіпного автопоїзда з математичної точки зору, тобто складено математичну модель (ММ) його руху. Прийнята для розгляду компонувальна схема причіпного автопоїзда з керованими колесами причепа є найбільш узагальненою, вона враховує всі можливі конструктивні особливості причіпних автопоїздів існуючих сьогодні. Першою (ведучою) ланкою є двовісний автомобіль-тягач, з передніми керованими і задніми ведучими колесами. Другою ланкою є дишель, що з'єднує тягач з причепом. Третьою (веденою) ланкою є двовісний причіп з передніми керованими колесами. Якщо прирівняти нулю відповідні показники в ММ, то можливо отримати іншу компонувальну схему автопоїзда, зокрема для причепа з наближеними осями.

Зазначимо, що автопоїзд має три кінематичні ланки або дві транспортні ланки. Другу кінематичну ланку слід вважати безмасовою і безінерційною, вона призначена для створення керуючого впливу на поворотні колеса причепа. В автопоїзді зв'язок між ланками здійснюється в шарнірних з'єднаннях, що дозволяє ланкам автопоїзда змінювати своє положення в площині їх руху.

При складанні ММ був використаний метод квазікоординат. Перехід до квазішвидкостей дозволив розділити змінні в динамічній системі на дві підсистеми меншої розмірності, які інтегруються послідовно. Рівняння руху складені відносно змінних v, u, щ, якими є подовжня, поперечна та кутова швидкості ведучої ланки автопоїзда. Для визначення цих змінних рівняння руху автопоїзда записані у вигляді:

де -- відповідно перші похідні за часом від подовжньої, бічної та кутової швидкості ведучої ланки;

-- другі похідні за часом від кутів складання автопоїзда;

m, m₁, m₂ --маса відповідних ланок автопоїзда;

А_i,j, (i =1..5, j =1..5) -- коефіцієнти рівнянь, що залежать від геометричних та масових параметрів ланок автопоїзда;

, (i =1..5) -- функція багатьох змінних, яка залежить від конструктивних параметрів автопоїзда (системи автомобіль - причіп);

-- проекції головного вектора горизонтальних реакцій полотна дороги на рухомі осі х₀, у₀ ;

-- узагальнені моменти сил по відповідних координатах.

Система диференційних рівнянь описує модель руху причіпного автопоїзда, враховує вплив керованих коліс тягача і причепа. Особливістю ММ є введення дишля причепа як керуючої кінематичної ланки. Система дозволяє дослідити вплив конструктивних параметрів та експлуатаційних режимів руху автопоїзда на показники стійкості та маневреності.

Із застосуванням методу перетинів були визначені сили взаємодії між ланками автопоїзда і вертикальне навантаження в тягово-зчіпному пристрої. Отримано:

де С, В, F -- коефіцієнти що враховують геометричні параметри автопоїзда;

, -- проекції функції багатьох змінних, що залежить від конструктивних параметрів автопоїзда (системи автомобіль - причіп), відповідно на подовжню та поперечну осі автопоїзда;

Рівняння описують сили взаємодії між ланками причіпного автопоїзда, що діють у горизонтальній площині. Ці рівняння дозволяють виявити вплив конструктивних параметрів та режимів руху на характер взаємодії ланок автопоїзда. автопоїзд причеп тягач

У третьому розділі представлені результати чисельного інтегрування нелінійної системи рівнянь у випадках стаціонарного прямолінійного і кругового рухів дволанкового причіпного автопоїзда з наближеними, некерованими осями причепа, що відповідно характеризує показники маневреності та стійкості цього автопоїзда.

Аналітичні дослідження впливу конструктивних факторів та експлуатаційних режимів на показники стійкості та маневреності автопоїзда в загальному виді не представляється можливим у зв'язку з надто високим порядком диференційних рівнянь. Крім того, з метою можливості поширення результатів дослідження на причепи від категорій О₁ до О₄, було запропоновано проводити розрахунки для визначення впливу конструктивних факторів та режимів руху на показники маневреності та стійкості використовуючи безрозмірні параметри. Діапазон зміни безрозмірних параметрів обраний з урахуванням особливостей конструкцій існуючих автопоїздів та вимог до геометричних і масових параметрів, що діють у країнах ЄС.

Дослідження впливу геометричних, масових і жорсткісних характеристик шин автопоїзда на показники його маневреності та стійкості, а також подальші експериментальні дослідження виконувались із використанням методів планування експерименту.

Дослідження проводились у два етапи, було обрано 12 факторів, які відповідають умовам незалежності, керованості та однозначності, їх сукупність при цьому відповідає сумісності та відсутності лінійної кореляції. На першому етапі за принципом повного факторного експерименту були обрані чотири фактори: довжина дишля причепа, маса причепа та коефіцієнти опору бічному відведенню передньої й задньої осей причепа. Перевірка значимості коефіцієнтів поліноміальної моделі за t - критерієм Стьюдента показала, що коефіцієнтами парної дії можна знехтувати. Тому в подальшому при визначенні впливу факторів на показники маневреності можливо користуватись однофакторним експериментом.

На другому етапі за принципом однофакторного експерименту встановлено вплив геометричних факторів автопоїзда, масових і жорсткісних характеристик шин осей автопоїзда на показники маневреності та стійкості автопоїзда.

Для визначення показників маневреності було розглянуто рух автопоїзда по колах малого радіусу. Рішення системи можливе за умови, що = const та v = const, причому їх величинами не можна знехтувати. За цих умов u = const, ₀ = const, ₂ = const, Х_і = 0, (і = 1, 2, 3, 4), а отже, усі похідні цих функцій дорівнюють нулю.

Система рівнянь руху автопоїзда по колу

де -- бічне завантаження шин автопоїзда (і =1..4).

Розв'язання системи рівнянь проводились у програмі Maple 8 чисельними методами. Було визначено характер впливу на ГСР автопоїзда геометричних, масових параметрів та жорсткісних характеристик шин осей автопоїзда.

Під час маневрування автопоїзда на елементи ходової частини автомобіля-тягача і причепа діють додаткові сили і моменти, величина яких залежить від конструктивних і експлуатаційних факторів. Це призводить до погіршення експлуатаційних властивостей автопоїзда, а саме до підвищеного зносу елементів ходової частини як тягача, так і причепа.

При розрахунках завантаження осей причепа бічними силами встановлено вплив швидкості, з якою здійснюється маневрування. Це обумовлено дією відцентрових сил, які збільшуються при зростанні швидкості руху. Враховуючи, що швидкість, з якою здійснюється маневрування, не перевищує 5 км/год (1,38 м/с) у подальшому аналіз будемо вести по найбільш завантаженій осі, якою є передня вісь причепа.

Стійкість прямолінійного руху автопоїзда оцінювалась критичною швидкістю. Для її визначення була складена система рівнянь збуреного руху автопоїзда. За Ляпуновим система рівнянь руху автопоїзда допускає рішення u=0, =0, ₂=0, (₁=₁'=0), якому на площині дороги відповідає рух усіх точок автопоїзда зі швидкістю v уздовж прямої = const. Приймемо такий рух за незбурений. Дослідимо стійкість стаціонарного рішення v^*, u^*, ^*, ₂^*. При постійній швидкості руху v=const

.

З огляду на те, що при , отже отримаємо систему рівнянь збуреного руху автопоїзда

Характеристичне рівняння системи має вигляд

Визначники Гурвіца характеристичного рівняння відповідають: перший - за наявність додатних дійсних коренів, третій - за наявність додатної дійсної частини уявних комплексно сполучених коренів. З рівняння отримано вираз критичної швидкості, який у загальному вигляді записано

.

За формулою проведено аналіз рівномірного прямолінійного руху. Встановлено, що для обраної компонувальної схеми критична швидкість складає близько 28 м/с (101 км/год). При виникненні збурення характер зміни бічної та кутової швидкостей ведучої ланки під час перехідного процесу при швидкості до 14 м/с згасаючий за логарифмічним законом. За тих самих умов при зростанні швидкості до 28 м/с характер зміни бічної та кутової швидкостей також згасаючий, але мають місце коливання. При перевищенні швидкості 28 м/с коливання параметрів руху автопоїзда будуть розбіжними, що призведе до втрати стійкості і неможливості подальшого руху. Втрата стійкості автопоїзда відбувається перш за все з причини втрати стійкості автомобіля-тягача.

Таким чином, визначено характер впливу конструктивних факторів та експлуатаційних режимів руху на показники маневреності, завантаженості шин боковими силами при маневруванні та стійкості руху з використанням безрозмірних параметрів, що дозволяє поширити результати досліджень на причепи усіх категорій.

У четвертому розділі проведена перевірка адекватності розробленої ММ дволанкових автопоїздів та вихідних положень, покладених в основу розрахунку показників маневреності та стійкості причіпних автопоїздів з наближеними осями причепа в реальних дорожніх умовах з урахуванням експлуатаційних факторів та дорожніх умов.

Завданням експериментального дослідження було:

перевірка адекватності математичної моделі, яка описує криволінійний рух автопоїзда з наближеними осями причепа в різних режимах руху;

оцінка впливу конструктивних параметрів автопоїзда на показники маневреності та керованості при круговому русі та поворотах на 90°, 180° , S - подібному, а також при русі з “переставкою”;

визначення показників курсової стійкості автопоїздів з наближеними осями причепа при русі по прямолінійних траєкторіях у тяговому режимі.

Об'єктом експериментального дослідження був обраний макет автопоїзда, що складається з автомобіля-тягача УАЗ-452 і причепа з наближеними осями оригінальної конструкції. Для можливості вивчення впливу компонувальних параметрів автопоїзда на показники маневреності та стійкості в об'єкті експериментальних досліджень передбачена можливість зміни бази причепа в межах 0,7..1,0 м, звису тягово-зчіпного пристрою в межах 0,3..0,5 м, звису дишля причепа в межах 1,87..2,235 м.

У результаті експериментальних досліджень руху автопоїзда були отримані осцилограми із записами кутів повороту керованих коліс автомобіля-тягача, кута складання та завантаження шин осей причепа боковими силами під час виконання заїздів, дані про відхилення траєкторій ланок автопоїзда та швидкість руху за різних компонувальних схем.

Обробка експериментальних даних дозволила визначити габаритну смугу руху, кінематичні та силові параметри при русі по колу, поворотах автопоїзда на 90 °, 180 °, S - подібному та маневрі “переставка”, величини кутових відхилень ланок автопоїзда при прямолінійному русі.

Співставлення результатів математичного моделювання та експериментальних досліджень дозволило зробити висновок про адекватність розробленої методики та математичного апарату для визначення показників маневреності та стійкості.

У п'ятому розділі наведені рекомендації щодо покращення показників маневреності та стійкості руху причіпних автопоїздів з наближеними осями причепа шляхом вибору доцільних значень конструктивних факторів та експлуатаційних режимів руху. Представлені поліноміальні залежності показників маневреності, завантаженості шин осей причепа боковими силами та стійкості від геометричних, масових та жорсткісних параметрів. Такій підхід сприяє використанню результатів дослідження при виробництві та модернізації існуючих конструкцій причепів.

У додатку наведені довідки про впровадження результатів досліджень. основні результати роботи та ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішена науково-технічна задача покращення показників маневреності та стійкості руху причіпних автопоїздів з наближеними осями причепа шляхом вибору компонувальних параметрів автопоїзда.

1. Використання причіпних автопоїздів з наближеними некерованими осями причепа дозволяє суттєво знизити рівень підлоги, збільшити вантажомісткість (внутрішній об'єм) і зменшити трудомісткість технічного обслуговування та ремонту. Конструкції таких причепів прості і надійні, мають меншу собівартість проектування і виробництва в порівнянні з існуючими причепами з поворотною віссю та з керованими колесами. Відсутність поворотного пристрою забезпечує автопоїздам з такими причепами кращу стійкість прямолінійного руху й можливість руху заднім ходом. Для їх виробництва й обслуговування необхідно менше матеріалів. За такою компонувальною схемою можливе виготовлення причепів починаючи з категорії О₁ до категорії О₄.

2. Розроблена методика, за допомогою якої проведено дослідження впливу компонувальних та експлуатаційних факторів на показники маневреності та стійкості руху причіпних автопоїздів категорій О₁ - О₄. в основі якої лежить математична модель руху причіпного автопоїзда, особливістю якої є введення дишля причепа як керуючої кінематичної ланки.

3. Встановлено, що на показники маневреності та стійкості руху причіпних автопоїздів категорій О₁ - О₄, найбільш суттєво впливають положення центрів мас, величини баз, ступінь завантаженості тягача і причепа, довжина дишля причепа, положення точки зчіпки тягача з причепом, коефіцієнти опору відведення коліс осей тягача і причепа:

- для досліджуваного автопоїзда при наближенні центра мас тягача до передньої осі (відстань до передньої осі зменшується від 60 до 40%% відносно бази ланки) КШ прямолінійного руху збільшується на 4,85 % і складає 28,97 м/с (104,3 км/год). При цьому ГСР автопоїзда складає 6 м і збільшується лише на 1 %;

- збільшення бази автомобіля-тягача на 10 % призводить до збільшення КШ прямолінійного руху на 7 %, збільшенню ГСР на 11 ... 13 % та зростанню бічного завантаження шин осей причепа на 4,4 %. При збільшенні бази причепа на 10 % ГСР зростає на 0,8 ... 1,9 %, КШ не змінюється, а бічне завантаження коліс причепа зростає на 7,62 %. Це свідчить про необхідність обмеження бази причепа за умови допустимого бічного завантаження шин його осей. Доцільним є виготовлення автопоїздів з максимально можливою базою автомобіля-тягача і мінімальною базою причепа;

- положення точки зчіпки на автомобілі-тягачі майже не впливає на КШ прямолінійного руху і ГСР. При збільшенні довжини дишля причепа на 10 % ГСР автопоїзда зростає на 3,5 ... 4,2 %, КШ майже не змінюється, бічне завантаження осей причепа збільшується на 3,2 %. При цьому спостерігається більш рівномірне завантаження шин осей причепа бічними силами. Таким чином, можна рекомендувати наближення точки зчіпки до заднього моста автомобіля і збільшення довжини дишля;

- критична швидкість прямолінійного руху автопоїзда суттєво залежить від маси причепа. При зменшенні маси причепа від 60 до 40%% відносно маси автопоїзда КШ збільшується на 22,6 %. При цьому ГСР зменшується на 1,65 %, а бічне завантаження осей причепа зменшується на 8,23 %. Маса автомобіля-тягача практично не впливає на показники маневреності та стійкості руху, тобто в умовах експлуатації доцільним є максимально допустиме завантаження автомобіля-тягача, а вже потім причепа - за таких умов КШ буде збільшуватися;

- підвищення по черзі кожного з коефіцієнтів опору бічному відведенню коліс осей автопоїзда на 10 % призводить до збільшення критичної швидкості прямолінійного руху - на 1,24 % (колеса передньої осі тягача), на 2,8 % (колеса задньої осі тягача), на 1,16 % (колеса задньої осі причепа) і зменшенню на 0,3 % (колеса передньої осі причепа). При цьому ГСР автопоїзда залишається майже незмінною. Необхідне співвідношення у значеннях коефіцієнтів опору бічному відведенню коліс осей автомобіля-тягача і причепа може бути забезпечене відповідним добором тиску повітря в шинах.

4. Багатоваріантні розрахунки на ПК показників маневреності та стійкості руху автопоїздів за різних масових і компонувальних параметрів причепів категорій О₁ - О₄ показали, що з точки зору забезпечення завантаження осей причепа бічними силами в припустимих межах положення точки зчіпки доцільно обирати за умови забезпечення стійкості прямолінійного руху, а значення величини бази та довжини дишля причепа - за умови забезпечення маневреності автопоїзда.

5. Експериментальні дослідження макета автопоїзда категорії О₂ з наближеними некерованими осями причепа підтвердили адекватність розробленої математичної моделі та методики для оцінки впливу масових і компонувальних параметрів автопоїзда на показники маневреності та стійкості руху:

- при повороті на 90є зі швидкістю 1,38 м/с (5 км/год) за режимного коефіцієнта повороту К_П = 1,115 м-¹ бічні сили на колесах першої осі причепа на 27 ... 40 % більші, ніж на колесах другої осі і їх величина визначається, в основному, базою причепа та довжиною дишля причепа і в незначній мірі звисом тягово-зчіпного пристрою. Збільшення довжини дишля, як і підвищення швидкості руху автопоїзда та зменшення кривизни повороту, призводить до вирівнювання бічних сил на колесах осей причепа. Підвищення швидкості руху автопоїзда до 2,76 м/с, а також зменшення кривизни повороту призводить до більш рівномірного бічного завантаження осей причепа. При подальшому збільшенні швидкості понад 3 м/с (10,8 км/год) завантаження коліс передньої осі причепа практично не змінюється, а коліс задньої осі - збільшується. Такий характер зміни завантаження осей причепа обумовлений дією відцентрових сил, які збільшуються при зростанні швидкості і збільшенні кривизни руху;

- при повороті на 180є величина і характер ГСР, а також бічних сил на осях причепа тотожні розглянутим на повороті 90є. При S - подібному повороті результати випробувань збігаються з похибкою не більше 5 %, з результатами отриманими при повороті 180є. Маневр “переставка” за отриманими даними схожий з S - подібним поворотом;

- за прямолінійного руху були визначені відхилення ланок автопоїзда, закон розподілу кута складання та його характеристики, а також величини бічного зсуву і швидкості цього зсуву. Так, при русі автопоїзда зі швидкістю 40 км/год математичне очікування кута складання складає 12 ... 21·10-⁴ рад в залежності від компонувальної схеми причепа. Зі збільшенням швидкості руху автопоїзда до 50 км/год кутові відхилення зростають, проте їх величина не виходить за межі допустимих і стійкість руху не порушується.

6. Методика вибору та обґрунтування масово-геометричних та конструктивних параметрів причепів з наближеними осями за критеріями стiйкостi руху автопоїзда впроваджена в технологічний процес удосконалення серійних та конструювання перспективних моделей причепів категорії О₂ на приватному виробництві причіпної техніки “КНОТТ”, а категорії О₄ - у конструкторському бюро по проектуванню спеціалізованого рухомого складу автотранспорту “НАФТО” і проектно-розвідувальному та конструкторсько-технологічному інституті з дослідним виробництвом “Київський будпроект” при виробництві причіпних транспортних засобів категорії О₄ різного призначення.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Тимков А.Н. Обзор конструкций современных прицепов и полуприцепов // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту і експлуатації автомобілів. - Київ: НТУ, ТАУ, 2002. - № 15. - С. 223-225.

2. Тімков О.М. Визначення показників маневреності причіпного автопоїзда з наближеними осями причепа // Вісник НТУ. - 2003. - № 8. - С. 325-327.

3. Сахно В.П., Міщенко М.І., Веремчук О.А., Тімков О.М. До визначення показників стійкості зчленованого автобуса // Вісник НТУ, ТАУ. - 2001. - № 5. - С. 212-215.

4. Сахно В.П., Куць Н.Г., Тімков О.М. Приводи керування сучасних автопоїздів // Автошляховик України: Окремий випуск. Вісник Північного наукового центру ТАУ. - 2002. - № 5. - С. 78-79.

5. Поляков В.М., Сондак В.М., Загороднов М.І., Тімков О.М. Обладнання для експериментального дослідження маневреності та стійкості руху автопоїздів // Вісник НТУ, ТАУ. - 2002. - № 7. - С. 326-329.

6. Сахно В.П., Вороніна І.Ф. Тімков О.М. Математична модель руху триланкового причіпного автопоїзда // Вісник Північного наукового центру ТАУ. - 2003. - № 6. - С. 134-139.

7. Сахно В.П., Тімков О.М. Результати чисельного інтегрування рівнянь руху в нелінійній постановці // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту і експлуатації автомобілів. - Київ: НТУ, ТАУ, 2003. - № 16 - С. 26-30.

8. Поляков В.М., Горпинюк А.В., Тимков А.Н. Модульный автопоезд для дорожных экспериментальных исследований // Автомобильный транспорт. - Харьков: ХНАДУ, 2003. - № 13. - С. 71-74.

9. Поляков В.М., Горпинюк А.В., Загороднов М.І., Тімков О.М. Експериментальний модульний автопоїзд для досліджень експлуатаційних властивостей багатоланкових автопоїздів // Управління безпекою та якістю транспортних засобів і перевезень: Зб. наукових праць. - Автошляховик України: Окремий випуск. - 2003. - С. 96-99.

10. Поляков В.М., Горпинюк А.В., Тімков О.М. Методика та результати експериментального визначення бічних сил на колесах двовісного причепа // Проблемы механики горно-металлургического комплекса. Транспорт и механика. - Днепропетровск: Национальный горный университет, 2004. - Т. 4, № 19. - С. 84-88.

11. Сахно В.П., Загороднов М.І., Тімков О.М. Результати експериментального визначення параметрів руху причіпного автопоїзда з наближеними осями причепа // Автошляховик України: Окремий випуск. Вісник Північного наукового центру ТАУ. -- 2004. - № 7. - С.105-107.

12. Кравченко А.П., Поляков В.М., Тимков А.Н. Экспериментальное исследование влияния нарушения геометрических параметров прицепного звена на маневренность и управляемость автопоезда // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля. - 2004. - № 7. - С. 88-92.

13. Тімков О.М. До визначення показників стійкості руху автопоїздів з наближеними осями причепа // Тези доповідей 59-ї наук. конф. проф.-викл. складу і студентів НТУ. - Київ: НТУ, 2003. - С. 19-20.

14. Сахно В.П., Тимков А.Н. Анализ результатов решения линеаризованной математической модели движения прицепного автопоезда // Автомобильный транспорт: Проблемы и перспективы. - Севастополь: СевНТУ, 2003. - С. 27-32.

15. Сахно В.П., Сондак В.М., Загороднов М.І., Тімков О.М. Маневреність та стійкість руху трьохланкових автопоїздів // Metody obliczeniowe I badawcze w rozwoju pojazdow samochodowych I maszyn roboczych samojezdnych. - Rzeszow: Politechnika, 2003. - P 283-289.

16. Тімков О.М. Результати експериментального визначення показників маневреності автопоїзда з наближеними осями причепа // Тези доповідей 60-ї наук. конф. проф.-викл. складу і студентів НТУ. - Київ: НТУ, 2004. - С. 23-24.

Анотація

Тімков О. М. Поліпшення показників маневреності та стійкості автопоїздів з наближеними осями причепа. -- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.02 -- Автомобілі та трактори. -- Національний транспортний університет, Київ, 2005.

Дисертація присвячена поліпшенню показників маневреності та стійкості руху автопоїздів з наближеними осями причепа від категорії О₁ до О₄ шляхом вибору обґрунтованих значень геометричних та експлуатаційних факторів.

Для визначення показників маневреності та стійкості руху причіпних автопоїздів з наближеними осями причепа різних категорій та компонувальних параметрів складена система диференційних рівнянь. Модель описує рух причіпного автопоїзда з урахуванням керуючого впливу дишля причепа.

У випадку причіпного автопоїзда категорії О₄ за обраних доцільних значень геометричних, масових та жорсткісних параметрів критична швидкість руху складає 28,97 м/с, а габаритна смуга руху - 6 м.

Методика вибору та обґрунтування масово-геометричних та конструктивних параметрів причепів з наближеними осями за критеріями стiйкостi руху автопоїзда впроваджена в технологічний процес вдосконалення серійних та конструювання перспективних моделей причепів категорії О₂ на приватному виробництві причіпної техніки “КНОТТ”, а категорії О₄ - у конструкторському бюро по проектуванню спеціалізованого рухомого складу автотранспорту “НАФТО” і проектно-розвідувальному та конструкторсько-технологічному інституті з дослідним виробництвом “Київський будпроект” при виробництві причіпних транспортних засобів категорії О₄ різного призначення.

Аннотация

Тимков А. Н. Улучшение показателей маневренности и устойчивости автопоездов со сближенными осями прицепа. -- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.02 -- Автомобили и тракторы. -- Национальный транспортный университет, Киев, 2005.

Диссертация посвящена улучшению показателей маневренности и устойчивости движения прицепных автопоездов со сближенными осями прицепа категорий О₁ - О₄ путем обоснованного выбора геометрических и эксплуатационных параметров.

Для определения показателей маневренности и устойчивости движения прицепных автопоездов со сближенными осями прицепа различных категорий и компоновочных схем составлена система дифференциальных уравнений. Модель описывает движения прицепного автопоезда с учетом влияния управляющего воздействия дышла прицепа. Система позволяет исследовать влияние конструктивных и эксплуатационных параметров автомобиля-тягача и прицепа. Установлено влияние на показатели маневренности и устойчивости движения прицепного автопоезда положения центров масс, величины баз, степень загруженности тягача и прицепа, длинна дышла прицепа, положения точки сцепки тягача с прицепом, коэффициентов сопротивлению уводу шин осей тягача и прицепа. Показано, что при выбранных значениях геометрических, массовых и жесткостных параметрах прицепного автопоезда категории О₄ критическая скорость движения составляет 28,97 м/с, а габаритная полоса движения - 6 м.

Разработаны рекомендации по выбору геометрических и эксплуатационных параметров автопоездов со сближенными осями прицепа, которые позволяют улучшить показатели их маневренности. На установившемся повороте, характеризуемым максимальным смещением траекторий звеньев автопоезда, подбором его геометрических параметров можно добиться габаритной полосы движения не превышающей нормированную.

Для обеспечения загруженности осей прицепа боковыми силами в допустимых пределах целесообразно выбирать положение точки сцепки из условия обеспечения устойчивости прямолинейного движения, а величину базы прицепа и длину его дышла - из условий обеспечения маневренности.

Результаты аналитических и экспериментальных исследований позволяют сделать вывод, что реализация разработанных рекомендаций по выбору компоновочных факторов и эксплуатационных режимов движения для прицепных автопоездов со сближенными, неуправляемыми осями прицепа позволит улучшить технико-экономические показатели прицепных автопоездов от категории О₁ до О₄.

Методика выбора и обоснования массово-геометрических и конструктивных параметров прицепов со сближенными осями по критериям устойчивости движения автопоезда приняты к внедрению в технологический процесс усовершенствования серийных и конструирования новых моделей прицепов категории О₂ на частном предприятии прицепной техники “КНОТТ”, а категории О₄ - в конструкторском бюро по проектированию специализированного подвижного состава “НАФТО” и проектно-разведывательном и конструкторско-технологическом институте с опытным производством “Киевский стройпроект” при производстве прицепных транспортных средств категории О₄ различного назначения.

Summary

Timkov A. N. Improvement of parameters maneuverability and stability of auto-trains with the pulled together axes of the trailer. -- Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific grade of technical sciences candidate by speciality 05.22.02 -- Automobiles and tractors. -- National transport university, Kiev, 2005.

The dissertation is devoted to improvement of parameters maneuverability and stability of movement of auto-train with the pulled together axes of the trailer of categories О₁ - О₄ by the proved choice geometrical, mass and rigidity characteristics of trunks axes of the auto-train.

For definition of indexes of a maneuverability and stability of driving of auto-train with the pulled together axes of the trailer of different categories and arrangement schemes the system of the differential equations is made. The model describes driving of auto-train in view of influence of control action hitch the trailer.

It is shown, that at selected values geometrical, mass and independent link lays parameters of the hook-on lorry convoy of category О₄ critical speed of driving makes 28,97 m/s, and a dimensional lane - 6 m.

The technique of a choice and justification mass-geometrical and design parameters of trailers with the pulled together axes on stability criterions of driving of the lorry convoy are accepted to introduction in technological process of improvement serial and constructing of new models of trailers of category О₂ on private enterprise of hook-on engineering "КNOTT", and categories О₄ - in a design room on projection of a specialized rolling stock "NAFTO" both project-reconnaissance and design-engineering institute with pilot production "Kiev buildproject" by manufacture of hook-on vehicles of category О₄ of different assignment.

Размещено на Allbest.ru

...