Покращення маневреності та стійкості руху триланкових причіпних автопоїздів

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНIВЕРСИТЕТ

Спеціальність 05.22.02 -- Автомобілі та трактори

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Покращення маневреності та стійкості руху триланкових причіпних автопоїздів

Бондаренко Андрій Єгорович

Київ -- 2010

Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Сахно Володимир Прохорович,

Національний транспортний університет, завідувач кафедри «Автомобілі».

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, доцент

Кравченко Олександр Петрович, Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля, декан факультету автомобільного транспорту, завідувач кафедри «Організація перевезень і управління на автомобільному транспорті»;

кандидат технічних наук, доцент

Стельмащук Валерій Віталійович, Луцький національний технічний університет, доцент кафедри «Автомобілі».

Захист відбудеться 29 жовтня 2010 р. о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.059.03 в Національному транспортному університеті за адресою: 01010, м. Київ, вул. Суворова, 1, ауд. 333.

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

Автореферат розісланий ____ ______________ 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради С.В.Ковбасенко

20

Размещено на http://www.allbest.ru//

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В умовах глобалізації світової економіки транспорт поряд з фінансовою сферою є важливим важелем інтеграційних процесів. Вдале географічне розташування України обумовлює те, що на її території буде збудовано декілька сучасних швидкісних автомобільних магістралей, які стануть складовою нових транспортних коридорів і на яких стає усе більш актуальним застосування сучасних триланкових автопоїздів.

Поява таких автопоїздів, корисний обєм кузова яких складає біля 150 м3, на міжнародних перевезеннях очікувалася, але на жаль дорожнє і транспортне законодавства до цих пір не готові до цього ні в ЄС, окрім відповідно Швеції і Фінляндії, ні в країнах СНД.

При масовому впровадженні великовантажних автопоїздів в міжнародних перевезеннях необхідне розширення або реконструкція терміналів, організація проїзних постів для навантаження, розвантаження автопоїздів, місць очікування тощо. Аналіз обмежень по масовому впровадженню триланкових автопоїздів в міжнародних автомобільних перевезеннях показує, що всі проблеми носять не стільки технічний, скільки організаційний характер. Практично їх можна вирішувати вже сьогодні. Проте є ряд обмежень, що повязані з недостатністю вивчення та досліджень експлуатаційних властивостей триланкових автопоїздів, зокрема причіпних автопоїздів (тягач + причіп + причіп). До таких властивостей, в першу чергу, відносять маневреність і стійкість руху. Вирішення цих питань буде сприяти широкому впровадженню триланкових автопоїздів в практику експлуатації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до НДР «Теоретичні основи та практичні методи комплексного вирішення проблеми раціонального вибору дво- та триланкових автопоїздів для міжміських та міжнародних перевезень вантажів» № РК 0104U003341, що виконуються кафедрою «Автомобілі» Національного транспортного університету.

Мета і завдання досліджень. Метою роботи є покращання маневреності та стійкості руху триланкових причіпних автопоїздів шляхом вибору раціональної компонувальної схеми та конструктивних параметрів його причіпних ланок. рух ком'пютерний автопоїзд

Відповідно до мети визначені завдання дослідження:

вибір та обгрунтування показників для оцінки маневреності та стійкості руху триланкового причіпного автопоїзда;

розробка математичної моделі неусталеного криволінійного руху триланкового причіпного автопоїзда і на її основі визначити раціональну компонувальну схему такого автопоїзда;

- проведення розрахунково-теоретичних досліджень для визначення і порівняльної оцінки рівня маневреності і стійкості руху причіпних триланкових автопоїздів різних компонувальних схем за обраною системою оціночних показників;

- виконання компютерного моделювання руху причіпних триланкових автопоїздів різних компонувальних схем і аналіз впливу конструктивних і експлуатаційних параметрів на його вписуваність в поворот і стійкість руху;

- проведення експериментальних досліджень триланкового причіпного автопоїзда і встановлення адекватності математичної моделі плоскопаралельного руху реальним процесам;

- розробка рекомендацій щодо практичного використання результатів дослідження з метою підвищення показників маневреності триланкових сідельно-причіпних автопоїздів різних компонувальних схем.

Об'єкт дослідження - показники маневреності і стійкості руху триланкових причіпних автопоїздів різних компонувальних схем.

Предмет дослідження - вплив компонувальних і масових параметрів триланкових причіпних автопоїздів на показники їх маневреності і стійкості руху.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблена узагальнена математична модель триланкового причіпного автопоїзда, що дозволяє досліджувати вплив компонувальної схеми та параметрів ланок автопоїзда (зокрема, розташування керованих і некерованих причіпних ланок, довжини дишля та точки його зєднання з попередньою ланкою, коефіцієнтів опору відведення коліс ланок автопоїзда, ступеня завантаженості окремих ланок) на показники маневреності і стійкості руху автопоїзда.

Виконана кількісна оцінка ступеня впливу компонувальної схеми та параметрів окремих ланок на маневреність і стійкість руху триланкового причіпного автопоїзда, визначені оптимальні значення цих параметрів та раціональний склад автопоїзда з позиції маневреності та стійкості руху.

Дістала подальший розвиток для триланкового причіпного автопоїзда теорія втрати статичної стійкості в круговому русі та визначені мінімально можливі стійкі динамічні радіуси повороту за різних швидкостей руху. Визначені умови забезпечення необхідної критичної швидкості руху і граничної швидкості початку коливальної нестійкості.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені математичні моделі різного ступеня складності для визначення параметрів маневреності і стійкості руху триланкових причіпних автопоїздів, які дозволяють за заданими конструктивними параметрами прогнозувати їх маневреність і стійкість руху; методика вибору конструктивних і компонувальних параметрів окремих ланок, які забезпечують необхідні показники маневреності і стійкості руху триланкового причіпного автопоїзда.

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати, що виносяться на захист, отримані здобувачем самостійно та опубліковані у 16 наукових працях. Роботи [5, 12] написані самостійно. У роботах виконаних у співавторстві здобувачу належать: 1 - аналіз показників маневреності триланкових автопоїздів; 2 - порівняльний аналіз дво- і триланкових автопоїздів; 3 - рівняння кутів складання між окремими ланками триланкового автопоїзда; 4- визначення критичної швидкості руху причіпних автопоїздів; 6 - аналіз стійкості руху триланкових автопоїздів різних компонувальних схем; 7 - проаналізовано вплив типу приводу упраління напівпричепом на стійкість руху автопоїзда; 8 - визначена та проаналізована критична швидкість автопоїзда з керованим напівпричепом; 9-визначена допустима база для некерованого і керованого напівпричепа; 10 - аналіз показників маневреності триланкових автопоїздів напівпричепом на підкатному візку; 11 - програма і методика випробувань автопоїзда на моделі; 13 - визначені кути відведення коліс осей автопоїзда; 14 - визначені основні параметри та оснащення макета автопоїзда; 15 - розрахунок показників стійкості макета автопоїзда та їх аналіз; 16 -визначені основні фактори, що впливають на курсову стійкість макета автопоїзда.

Апробація результатів роботи. Результати роботи доповідались та обговорювались на наукових конференціях професорсько-викладацького складу і студентів Національного транспортного університету (Київ, НТУ 2006-2008 р.р.); на міжнародних науково-технічних конференціях «Автомобильный транспорт: «Проблемы и перспективы» (Севастополь СевНТУ, 2008, 2009 р.р.); та «Науково-практичні аспекти автомобільної галузі» (Луцьк, ЛНТУ 2010 р.)

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано у 16 друкованих роботах у фахових виданнях.

Структура та обсяг роботи. Дисертація містить у собі вступ, основну частину, яка складається із чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел з 145 найменувань. Повний обсяг дисертації складає 166 сторінок, з них 143 сторінки основного тексту, 68 рисунки, 13 таблиць та 3 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

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

У першому розділі виконано аналіз конструкцій триланкових автопоїздів для міжміських і міжнародних перевезень вантажів, показані чотири основні напрямки підвищення вантажопідйомності автопоїздів, зокрема за рахунок збільшення граничних допустимих осьових навантажень, зменшення власної маси автопоїзда, збільшення числа осей дволанкових автопоїздів і збільшення числа ланок, що має реальну перспективу. Проте при збільшенні числа ланок виникають передумови істотного погіршення маневреності. Задовільна маневреність триланкового автопоїзда виражається в можливості його вписування в усі повороти, що зустрічаються на маршрутах руху, і маневрувати (здійснювати повороти й у разі потреби рухатися заднім ходом) у пунктах навантаження і розвантаження.

Розроблені на сьогодні методики дослідження і аналізу факторів, що впливають на показники маневреності і стійкості руху триланкових сідельно-причіпних і триланкових автопоїздів на підкатному візку можуть бути використані, при певній доробці, для дослідження маневреності і стійкості руху триланкових причіпних автопоїздів з двома причепами. При цьому у якості основних оціночних параметрів можуть бути прийняті:

- зовнішній і внутрішній габаритні радіуси повороту при усталеному коловому русі автопоїзда, габаритна смуга руху і зміщення траєкторії причіпних ланок щодо траєкторії тягача і попередньої причіпної ланки на неусталених поворотах;

- критична швидкість прямолінійного руху, бічне прискорення, кутова швидкість рискання при виконанні маневрів «переставка», «поворот» та «ривок рульового колеса». Таким чином, за цими показниками буде оцінена маневреність і стійкість руху триланкових причіпних автопоїздів різного складу й розроблені конкретні заходи щодо їх поліпшення.

У другому розділі показано, що забезпечення необхідного рівня маневреності триланкових автопоїздів можливе за умови застосування конструкцій автомобілів-тягачів і причіпних ланок з усіма керованими колесами або їх необхідною кількістю. Питання переходу до конструкцій з усіма керованими (поворотними) колесами є актуальним і воно активно обговорюється в літературі. За характеристиками повороткості найбільш ефективною є схема з усіма керованими колесами та системою складання причіпних ланок. Вона може забезпечувати найменші радіуси повороту та найкраще маневрування в обмежених умовах руху. Однак така схема дуже складна у конструктивному виконанні і породжує безліч проблем, пов'язаних з проектуванням і експлуатацією таких транспортних засобів, серед характеристик яких виділяються вписуваність у поворот і стійкість прямолінійного руху. До чинника швидкості, істотного при дослідженні стійкості прямолінійного руху будь-яких транспортних засобів, додаються ще кути складання причіпних ланок.

Для вирішення задачі про необхідну кількість керованих коліс триланкового причіпного автопоїзда, за якої забезпечуються необхідні показники маневреності і стійкості, розроблена математична модель автопоїзда, в основу якої покладені нелінійні залежності бічних сил на колесах окремих ланок від їх кутів відведення.

При розробці математичної моделі автопоїзда були прийняті наступні припущення, які дозволяють скоротити число диференціальних рівнянь і спростити розрахунки: загальна маса автопоїзда складає 60 т; маса автомобіля-тягача - 24 т; маси кожного з причепів - 16 т; центри мас ланок автопоїзда знаходяться у вертикальній подовжній площині; сили, які формують траєкторію руху, прикладені у точках контакту коліс з дорогою; з'єднувальні шарніри не мають люфтів; гіроскопічний момент, момент від неврівноважених обертових частин та момент опору в шарнірах ланок такі, якими можна знехтувати; перерозподіл нормальних реакцій між колесами однієї осі ланки автопоїзда не враховується; розглянуто плоский (у горизонтальній площині) рух автопоїзда; визначальним є рух проекції центра мас кінематичної ланки автопоїзда.

Розглянемо найбільш загальну схему триланкового причіпного автопоїзда, що складається із тривісного автомобіля-тягача з усіма керованими колесами, тривісного причепа з рознесеними осями з усіма керованим колесами і двовісного причепа з центрально розташованими осями і керованими колесами.

При складанні рівнянь руху такого автопоїзда, рис. 1, введемо такі позначення:

v - поздовжня складова швидкості центру мас тягача; - винос керованого колеса автомобіля-тягача; a, b - відстань від центру мас тягача до точок кріплення передньої (керованої) осі й середньої осі тягача; bb - відстань від центру мас тягача до задньої осі; c - відстань від центра мас тягача до керованої осі першого причепа; d1 - відстань від центра мас першого причепа (другої ланки) до точки зчіпки з тягачем; d2 - відстань від центра мас другого причепа (третьої ланки) до точки зчіпки з першим причепом; m, J; m1, J1; m2, J2; m3, J3; m4, J4 - маса й центральний момент інерції тягача; керуючого колісного модуля (першої ланки); керуючого колісного модуля першого причепа (другої ланки); першого причепа (третьої ланки); другого причепа (четвертої ланки); v, u; v1, u1; v2, u2; v3, u3; v4, u4 - поздовжня й поперечна проекції вектора швидкості центра тягача; керуючого колісного модуля; другої ланки; третьої ланки; четвертої ланки; , 1, 2, 3, 4 - кутова швидкість тягача; керуючого колісного модуля; другої ланки; третьої ланки; четвертої ланки; 0, 1і, 2і, 3і - установлюваний кут повороту коліс керованого модуля автомобіля-тягача; коліс другого ряду тягача; коліс першого причепа; коліс другого причепа; 1 - кут складання між автомобілем тягачем і дишлем першого причепа; 2 - кут складання між дишлем причепа і його кістяком; 3 - кут складання між першим і другим причепом; V - прискорення в поздовжньому напрямку; X1, X2i, X3i, X4i, Х5і - поздовжні сили на колесах осей автопоїзда; М1, М2, М3 - моменти опору повороту ланок автопоїзда.

Запишемо систему диференціальних рівнянь руху автопоїзда, використовуючи метод перетинів. Врахуємо при цьому, що у точці зчіпки «А» (переднього керуючого модуля з тягачем) на тягач діє поздовжня сила XA і поперечна сила YA; у точці зчіпки «В» (першого причепа з тягачем) на другу ланку діє поздовжня сила XВ і поперечна сила YВ; у точці зчіпки «С» (першого і другого причепів) на третю ланку діє поздовжня сила XС і поперечна сила YС.

Отримаємо:

для керуючого колісного модуля автомобіля-тягача

(1)

для керуючого колісного модуля першого причепа

(2)

для кістяка першого причепа

 (3)

для кістяка другого причепа

(4)

Рис. 1. Розрахункова схема триланкового причіпного автопоїзда

Спільний розв'язок рівнянь (1)-(4) дозволяє знайти реакції у точках з'єднання керуючого колісного модуля з остовом автомобіля-тягача XA i YA, остова автомобіля-тягача і підкатного візка XB i YB, підкатного візка і напівпричепа XC i YC:

(5)

(6)

7)

(8)

Після визначення реакцій у точках з'єднання ланок автопоїзда систему диференціальних рівнянь з урахуванням рівнянь обертового руху кожної ланки автопоїзда запишемо у вигляді:

(9)

Отримана система рівнянь (9) описує рух триланкового причіпного автопоїзда у загальному випадку руху, інтегрування якої дозволить визначити показники маневреності і стійкості руху автопоїзда.

У третьому розділі виконано інтегрування рівнянь руху (9).

У системі диференціальних рівнянь руху триланкового причіпного автопоїзда змінними є поздовжня v, поперечна u і кутова швидкість щ автомобіля-тягача, кути складання причіпних ланок ці та швидкості зміни цих кутів .

Аналітичні вирази для змінних , що відповідають усталеним рухам ( (і = 1, 4)), можна отримати із системи рівнянь стаціонарних рухів триланкового автопоїзда з п'ятьма кінематично незалежними елементами на коловій траєкторії досить великого радіуса за умови, що v = const.

У системі рівнянь (10) прийняті такі позначення: a, b1i, di, b2j, li, b4 - геометричні параметри автопоїзда; i, j, - відповідно кількість некерованих осей автомобіля-тягача, осей першого і другого причепа; 1, 2, 4 - індекси, що відносять до некерованих осей автомобіля-тягача, першого і другого причепа.

Розв'язати систему рівнянь (10) у загальному вигляді і проаналізувати залежності величин бічної і кутової швидкості тягача u і та кутів складання автопоїзда i від конструктивних параметрів автопоїзда неможливо через складність розкриття визначника шостого порядку і великого нагромадження самих виразів. Тому обчислення визначників системи (10) виконано за допомогою програмного забезпечення Maple 9 за лінійності сил бічного відведення у функції кута відведення.

(10)

Розрахунки виконані за вихідними даними для автомобіля-тягача Scania 114L і причепів Krone AZ-27 і Krone ZZ-18 для таких їх комбінацій: автопоїзд №1 - автопоїзд з двома причепами Krone AZ-18; автопоїзд №2 - автопоїзд з першим причепом Krone AZ-27 і другим причепом Krone ZZ-18; автопоїзд №3 - автопоїзд з двома некерованими причепами з наближеними осями Krone ZZ-18; автопоїзд №4 - автопоїзд з першим причепом Krone ZZ-18 і другим причепом Krone AZ-27.

Для обраних комбінацій автопоїзда визначена критична швидкість руху, яка склала: для автопоїзда №1 - 25,13 м/с; для автопоїзда №2 - 30,44 м/с; для автопоїзда №3 - 34,51 м/с; для автопоїзда №4 - 26,18 м/с.

Відомо, що на величину критичної швидкості руху автопоїзда суттєво впливають його конструктивні параметри. Тому в подальшому шляхом розв'язку системи диференціальних рівнянь руху причіпного автопоїзда було проаналізовано вплив коефіцієнтів опору відведення коліс керованої осі тягача, коліс керованої і некерованої осей причепів, відстані між центром мас автомобіля-тягача і точкою його зчіпки з керованим причепом, маси автомобіля-тягача і причіпних ланок на величину критичної швидкості руху.

На рис. 2 наведені результати розрахунків критичної швидкості руху причіпного автопоїзда в залежності від коефіцієнтів опору відведення коліс керованих осей автомобіля-тягача і причіпних ланок.

Аналіз наведених залежностей показує, що на підвищення критичної швидкості руху автопоїзда позитивно позначається зменшення коефіцієнта

опору відведення коліс керованих осей тягача і причепа.

а) б)

Рис. 2. Залежність критичної швидкості автопоїзда від коефіцієнта опору відведення коліс керованої осі тягача (а) і причепа (б)

Аналогічно до збільшення критичної швидкості руху призводить і підвищення коефіцієнта опору відведення коліс некерованих осей причепа, зменшення відстані між центром мас автомобіля-тягача і точкою його зчіпки з керованим причепом, рис. 3.



а) б)

Рис. 3. Залежність критичної швидкості автопоїзда від коефіцієнта опору відведення коліс некерованих осей причепів (а) і від відстані між центром мас тягача і точкою зчіпки з причепом (б)

Аналіз залежності критичної швидкості автопоїзда від масових параметрів автомобіля-тягача і причіпних ланок показує, що збільшення маси першого причепа, рис. 4 а, при незмінній загальній масі автопоїзда призводить до збільшення критичної швидкості руху автопоїзда, у той час як збільшення маси останнього причепа, рис. 4 б, призводить до її зменшення.

Зважаючи на те, що критична швидкість автопоїздів №1 і №4 значно менша максимальної швидкості за енергетичними властивостями цих автопоїздів, у подальшому розглядалися тільки автопоїзди №2 і №3. Для цих автопоїздів визначалася і швидкість появи коливальної нестійкості, що відповідала появі першого додатного кореня при розв'язку характеристичного рівняння. Цей корень зявився за швидкості прямолінійного руху для автопоїздів №2 - V=28,9 м/с і №3 - 29,2 м/с, тобто за швидкістю появи коливальної нестійкості перевагу слід віддати автопоїзду №3.

Проте цей висновок потребує перевірки і в неусталених режимах руху, зокрема у таких режимах як «поворот», «ривок рульового колеса», рух «змійкою», S-подібний поворот, тощо. Кожний із наведених режимів може бути розглянутим тільки після інтегрування вихідної системи рівнянь.

а) б)

Рис. 4. Залежність критичної швидкості руху автопоїзда від маси першого причепа (а) і маси другого причепа (б)

Інтегрування вихідної системи рівнянь здійснено за допомогою програмного забезпечення Maple 9 за умови жорсткості керуючого колісного модуля автомобіля-тягача і усталеного руху автопоїзда. При цьому кожний з режимів моделювався тим чи іншим законом повороту рульового колеса тягача.

Для вивчення поведінки автопоїзда у найбільш типовому повороті автопоїзда на 90о, що рухався перед тим прямолінійно, приймалася швидкість 5м/с за кута повороту керованих коліс тягача від =6 до 35о.

На рис. 5 наведені залежності кутів складання автопоїздів №2 і №3 на першій стадії повороту.

а) б)

Рис. 5. Кути складання і повороту дишля причепа автопоїзда №2 (а) і автопоїзда №3 (б) на етапі входження в поворот

На коловій траєкторії кути складання і повороту дишля причепа залишаються незмінними і рівними тим кутам, за яких автопоїзд ввійшов у коловий рух. На етапі виходу з повороту ці залежності майже дзеркально відтворюють кути складання на вході в поворот. На останній стадії всі кути дорівнюють 0, оскільки рух автопоїзда здійснюється по прямій і відсутня зміна кута повороту керованих коліс тягача. При цьому габаритна смуга руху при русі коловою траєкторією автопоїзда №2 складає 6,98 м, у той час як автопоїзда №3 - 7,43 м, що не задовольняє вимог DIRECTIVE 2002/7/EC. Проте за показниками стійкості у коловому русі перевагу слід віддати автопоїзду з причепами з наближеними осями, для якого швидкість появи коливальної нестійкості майже на 30% більша у порівнянні з автопоїздом №2.

При виконанні маневру ISO за швидкості руху автопоїздів 5 м/с як автопоїзд №2, так і автопоїзд №3 вписуються у нормований коридор руху. При швидкості 10 м/с уже спостерігаються коливання автопоїзда №2, які перевищують допустимі, а при швидкості 15 м/с це явище має місце і для автопоїзда №3.

а) б)

Рис. 6. Траєкторії руху автопоїзда №2 (а) і автопоїзда №3 (б) при виконанні маневру ISO за швидкості руху 15 м/с

Про стійкість автопоїзда у неусталених режимах можна судити і по величині бічних прискорень, що діють у центрі мас окремих ланок. Ці прискорення визначалися шляхом розв'язку вихідної нелінійної системи диференціальних рівнянь. За величиною прискорень визначався режим руху. Так, при виконанні маневру «поворот» бічні прискорення автопоїзда №3 менші у порівнянні з автопоїздом №2 на 22...29%.

Аналогічні розрахунки були виконані і при виконанні маневру «ривок рульового колеса» для обох типів автопоїздів. Аналіз розрахунків показав, що за швидкості 10 м/с ні автопоїзд №2, ні автопоїзд №3 не забезпечують стійкість руху при виконанні цього маневру, бо максимальні бічні прискорення у центрі мас другого причепа перевищують порогове значення - 4,5 м/с2.

Більш інформативним ніж бічні прискорення є коефіцієнт посилення бічного прискорення останнього причепа. За цим показником при виконанні маневру «ривок рульового колеса» більш стійким є автопоїзд з двома причепами з наближеними осями.

У четвертому розділі наведені результати експериментальних досліджень макета триланкового причіпного автопоїзда.

Показники маневреності і стійкості руху триланкового причіпного автопоїзда визначалися за допомогою математичних моделей різного ступеня складності. У цих моделях використовувалися як жорсткі у бічному напрямку колеса, так і еластичні, опір відведення яких визначався за гіпотезою І. Рокара. Тому дуже важливим є перевірка отриманих залежностей та межі застосування кожної з них. Виходячи з цього, метою експериментальних досліджень явилася перевірка адекватності розробленої математичної моделі і вихідних положень, покладених в основу розрахунку показників маневреності і стійкості триланкових причіпних автопоїздів.

Для досягнення поставленої мети в програму експериментальних досліджень були включені такі випробування як «поворот», «рух по колу» різних радіусів, «переставка», «пряма».

Для випробувань триланкового причіпного автопоїзда, масові і габаритні параметри якого перевищують нормативні значення, а також з метою зменшення вартості експерименту і можливості зміни елементів конструкції АП, було запропоновано застосування макета автопоїзда, що складався із легкового автомобіля ВАЗ 2107 та причепів ГКБ 8160 та МАЗ 8114. Для макета автопоїзда за математичною моделлю, наведеною у третьому розділі, були визначені параметри руху тих маневрів, які передбачені програмою експериментальних досліджень.

Для виконання програми експериментальних досліджень макет автопоїзда було обладнано необхідною контрольно-вимірювальною апаратурою. Фіксація траєкторії руху ланок АП здійснювалася за допомогою гідровідмітчиків.

У результаті експериментальних досліджень були отримані дані щодо кутів повороту керованих коліс тягача, складання ланок і відхилення їх траєкторій щодо траєкторії тягача та швидкість руху за різного навантаження ланок автопоїзда.

Обробка експериментальних даних дозволила визначити габаритну смугу руху, кінематичні та силові параметри при русі по колу, поворотах автопоїзда на 90о, 180о, S - подібному та маневрі «переставка», а також 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. Максимальна розбіжність розрахункових і експериментальних значень параметрів у всіх режимах руху не перевищувала 10%.

У додатках наведені довідки про впровадження результатів досліджень.

ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ

1. У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача покращення показників маневреності і стійкості руху триланкових причіпних автопоїздів шляхом вибору та обґрунтуванням типу та складу причіпних ланок, за яких забезпечуються можливості їх експлуатації без зниження середньо-технічної швидкості усього транспортного потоку, підвищеної витрати палива, погіршення безпеки руху.

2. Встановлено, що оцінку маневреності триланкових причіпних автопоїздів слід оцінювати за величиною зовнішнього і внутрішнього габаритних радіусів повороту при усталеному коловому русі, габаритної смуги руху, зміщення траєкторій причіпних ланок щодо траєкторії тягача і попередньої причіпної ланки на неусталених поворотах, а стійкості руху - критичною швидкістю прямолінійного руху, максимальною швидкістю, бічним прискоренням, кутовою швидкістю рискання при виконанні маневрів «переставка», «поворот» та «ривок рульового колеса».

3. Розроблена узагальнена математична модель триланкового причіпного автопоїзда, що дозволяє досліджувати вплив компонувальної схеми та параметрів ланок автопоїзда (зокрема, розташування керованих і некерованих причіпних ланок, довжини дишля та точки його зєднання з попередньою ланкою, коефіцієнтів опору відведення коліс ланок автопоїзда, ступеня завантаженості окремих ланок) на показники маневреності і стійкості руху автопоїзда.

4. Забезпечення необхідного рівня маневреності триланкових автопоїздів можливе за умови застосування конструкцій автомобілів-тягачів і причіпних ланок з усіма (або необхідною кількістю) керованих коліс. Однак така схема дуже складна у конструктивному виконанні і породжує безліч проблем, пов'язаних з проектуванням і експлуатацією таких транспортних засобів, серед характеристик яких виділяються вписуваність у поворот і стійкість прямолінійного руху. До чинника швидкості, істотного при дослідженні стійкості прямолінійного руху будь-яких транспортних засобів, додаються ще кути складання причіпних ланок.

5. Розроблена методика вибору причіпних ланок триланкових причіпних автопоїздів, за допомогою якої встановлено, що за показниками маневреності автопоїзд з першим причепом з рознесеними осями і передньою керованою віссю і другим причепом з наближеними осями (автопоїзд №2) значно кращий у порівнянні з автопоїздом з двома причепами з наближеними осями, і виконує вимоги DIRECTIVE 2002/7/EC. Так, габаритна смуга при русі коловою траєкторією автопоїзда №2 складає 6,98 м, у той час як автопоїзда №3 (автопоїзд з двома причепами з наближеними осями) - 7,43 м, що не задовольняє вимог DIRECTIVE 2002/7/EC.

6. Встановлено, що зменшення відстані між точкою зчіпки автомобіля-тягача з дишлем першого причепа призводить до зменшення радіусів повороту на круговій траєкторії останньої ланки. У разі використання причепа з наближеними осями, як третьої ланки, траєкторії характерних точок другого і третього причепа майже збігаються між собою, в результаті чого значно зменшується радіус повороту.

7. Показано, що на коловій траєкторії як кути складання, так і повороту дишля причепа залишаються незмінними і рівними тим кутам, за яких автопоїзд ввійшов у коловий рух. На етапі виходу з повороту ці залежності майже дзеркально відтворюють діаграми входу в поворот за рівності режимного коефіцієнту повороту на вході і виході з повороту.

8. Встановлено, що на підвищення критичної швидкості руху автопоїзда позитивно позначається зменшення коефіцієнта опору відведення коліс керованих осей тягача і причепа і підвищення коефіцієнта опору відведення коліс некерованих осей причепа, зменшення відстані між центром мас автомобіля-тягача і точкою його зчіпки з керованим причепом. Збільшення маси автомобіля-тягача, першого причепа при незмінній загальній масі автопоїзда призводить до збільшення критичної швидкості руху автопоїзда, у той час як збільшення маси останнього причепа призводить до її зменшення.

9. Встановлено, що швидкість появи коливальної нестійкості автопоїзда, що відповідає появі першого додатного кореня при розв'язку характеристичного рівняння, менша його критичної швидкості. За величиною цієї швидкості перевагу слід віддати автопоїзду №3.

10. Визначені бічні сили на колесах окремих осей автопоїзда і коефіцієнти використання зчіпних сил на цих осях. Встановлено, що за коефіцієнта зчеплення = 0,8 швидкість усталеного криволінійного руху обмежується стійкістю керованої осі автомобіля-тягача, що призводить до втрати керованості автопоїзда.

11. Встановлено, що за швидкості 10 м/с бічні прискорення, що діють на окремі ланки автопоїзда №3 при виконанні маневру «поворот», менші у порівнянні з автопоїздом №2 на 22...29%. При виконанні маневру «ривок рульового колеса» за швидкості 10 м/с обидва автопоїзди не забезпечують стійкість руху, бо максимальні бічні прискорення у центрі мас другого причепа перевищують порогове значення - 4,5 м/с2. Крім того аналіз результатів розрахунків показав, що для автопоїзда №2 коефіцієнт посилення бічного прискорення значно менший у порівнянні з автопоїздом №3, тобто за показниками стійкості у неусталених режимах перевагу слід віддати автопоїзду з двома причепами з наближеними осями.

12. Математична модель та рекомендації щодо вибору типу та складу причіпних ланок триланкових автопоїздів за показниками маневреності та стійкості руху прийняті до впровадження ЗАТ «Термінал Т-К», ООО «Донбасс - СКАН - Сервис» та відділенням автотехнічних експертиз і товарознавчої діяльності науково-дослідного експертно-криміналістичного центра при ГУМВС України в Донецькій області при аналізі причин дорожньо-транспортних пригод, що трапилися з даним типом рухомого складу.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Сахно В.П. До визначення показників маневреності три ланкового причіпного автопоїзда /В.П.Сахно, А.Є Бондаренко, В.М.Глінчук, І.С.Мурований //Автошляховик України. Окремий випуск. Вісник Північного наукового центру ТАУ. - 2006. - Випуск 9. - С.102-108.

2. Мурованый И.С. К вопросу использования большегрузных автопоездов для перевозки грузов в междугородном и международном сообщении / И.С.Мурованый, А.Е.Бондаренко, В.М.Глинчук, О.А.Энглези//Управління проектами, системний аналіз і логістика: Науковий журнал. Вип. 3. - К.: НТУ, 2006. - С. 94-100.

3. Сахно В.П. Дослідження стійкості руху три ланкового причіпного автопоїзда /В.П. Сахно, О.А.Енглезі, А.Є.Бондаренко, Д.М.Ященко // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. - Науковий журнал. - 2007. - Випуск №6(112). - С.7-10.

4. Сахно В.П. Рівняння руху моделі чотириланкового причіпного автопоїзда /В.П. Сахно, В.Г.Вербицький, А.Є.Бондаренко, А.О.Енглезі //Автошляховик України. Окремий випуск. Вісник Північного наукового центру ТАУ. - 2007. - Випуск 10. - С.117-120.

5. Бондаренко А.Є. До визначення показників стійкості три ланкового причіпного автопоїзда /А.Є. Бондаренко // Вісник Національного транспортного університету: В 2-х частинах: Ч. 1. - К.: НТУ, 2007. - Випуск 15. - С.155-160.

6. Сахно В.П. Покращання показників стійкості триланкових автопоїздів / В.П.Сахно, І.Ф.Вороніна, А.Є.Бондаренко, В.М.Глінчук// Вісник Національного транспортного університету: В 2-х частинах: Ч. 1. - К.: НТУ, 2006. - Випуск 13. - С.35-41.

7. Сахно В.П. Стійкість три ланкового сідельно-причіпного автопоїзда з керованим напівпричепом у криволінійному русі / В.П.Сахно, В.Г.Вербицький, О.А.Енглезі, А.Є. Бондаренко// Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. - Науковий журнал. - 2008. - Випуск №7(125). - Частина 2. - С.10-13.

8. Сахно В.П. До визначення показників стійкості руху триланкового автопоїзда з керованим напівпричепом у прямолінійному русі/ В.П.Сахно, В.Г.Вербицький, О.А.Енглезі, А.Є. Бондаренко //Автошляховик України. Окремий випуск. Вісник Північного наукового центру ТАУ. - 2008. - Випуск 11. - С.140-146.

9. Сахно В.П. До визначення показників маневреності і стійкості автопоїзда з керованим напівпричепом /В.П. Сахно, А.Є.Бондаренко, В.М.Сондак, О.А.Веремчук, В.М.Глінчук //Вісник Донецького інституту автомобільного транспорту. - Донецьк, 2006.- №2-3. - С. 12-18.

10. Сахно В.П. Маневреність триланкового автопоїзда з напівпричепом на підкатному візку / В.П.Сахно, Р.М.Кузнєцов, І.С.Мурований, А.Є.Бондаренко //Автошляховик України. - 2008. - №6. - С.5-9.

11. Сахно В.П. Експериментальні дослідження триланкового автопоїзда на моделі / В.П.Сахно, А.Є.Бондаренко, О.А.Енглезі // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. - Науковий журнал. - 2009. - Випуск №11(141). - С.7-10.

12. Бондаренко А.Є. Вплив конструктивних і експлуатаційних факторів на показники стійкості автопоїзда у неусталених режимах руху / А.Є.Бондаренко // Вісник Національного транспортного університету: В 2-х частинах: Ч. 1. - К.: НТУ, 2008. - Випуск 17. - С.101-108.

13. Сахно В.П. Рівняння руху триланкового автопоїзда типу «B-Double» /В.П. Сахно, А.Є.Бондаренко, В.М.Глінчук, О.А.Енглезі //Автошляховик України. Окремий випуск. Вісник Північного наукового центру ТАУ. - 2009. - Випуск 12. - С.164-169.

14. Бондаренко А.Є. Експериментальний автопоїзд для дослідження курсової стійкості руху / А.Є. Бондаренко, Ю.М Стрільник, А.В. Куплінов, Д.Л. Мойся, М.М. Макійов // Вісник Донецької академії автомобільного транспорту. - 2010.- Вип. 1. - С. 48-58.

15. Вербицький В.Г. Результати дослідження курсової стійкості руху експериментального автопоїзда/ В.Г. Вербицький, А.Є. Бондаренко, А.В. Куплінов, Ю.М.Стрільник, М.М. Макійов // Міжвузівський збірник «НАУКОВІ НОТАТКИ». Луцьк, 2010.- Випуск № 28.-С. 91-97.

16. Бондаренко А.Є. Аналіз результатів дослідження курсової стійкості руху експериментального автопоїзда в сталому русі / А.Є. Бондаренко, А.В. Куплінов, Д.Л. Мойся, М.М. Макійов, В.В. Кондратьєв. // Вісник Донецької академії автомобільного транспорту. - 2010.- Вип. 2. - С. 53-61.

АНОТАЦІЯ

Бондаренко А.Є. Покращення маневреності та стійкості руху триланкових причіпних автопоїздів. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.02 Автомобілі та трактори. Національний транспортний університет, Київ, 2010.

У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача покращення показників маневреності і стійкості руху триланкових причіпних автопоїздів шляхом вибору та обґрунтування типу та складу причіпних ланок, за яких забезпечуються можливості їх експлуатації без зниження середньо-технічної швидкості усього транспортного потоку, підвищеної витрати палива, погіршення безпеки руху.

Розроблена узагальнена математична модель триланкового причіпного автопоїзда, що дозволяє досліджувати вплив компонувальної схеми та параметрів ланок автопоїзда на показники маневреності і стійкості руху автопоїзда.

Експериментальні дослідження макета автопоїзда підтвердили адекватність розробленої математичної моделі автопоїзда.

Ключові слова: автопоїзд, автомобіль-тягач, причіп, математична модель, стійкість, маневреність, експеримент, макет автопоїзда.

АННОТАЦИЯ

Бондаренко А.Е. Улучшение маневренности и устойчивости движения трехзвенных прицепных автопоездов. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.02 Автомобили и тракторы. Национальный транспортный университет, Киев, 2010.

В диссертационной работе решена научно-практическая задача улучшения показателей маневренности и устойчивости движения трехзвенных прицепных автопоездов путем выбора и обоснования состава прицепных звеньев, при которых обеспечивается возможность их эксплуатации без снижения средне-технической скорости всего транспортного потока, повышенного расхода топлива, ухудшения безопасности движения.

Разработана обобщенная математическая модель трехзвенного прицепного автопоезда, которая позволяет исследовать влияние компоновочной схемы и параметров звеньев автопоезда (в частности, расположение управляемых и неуправляемых прицепных звеньев, длины дышла и точки его крепления с предыдущим звеном, коэффициентов сопротивления уводу колес звеньев автопоезда, степени нагрузки отдельных звеньев) на показатели маневренности и устойчивости движения автопоезда.

Оценку маневренности трехзвенных автопоездов выполнено по величине внешнего и внутреннего габаритных радиусов поворота при установившемся круговом движении, габаритной полосы движения, смещения траекторий прицепных звеньев по отношению к траектории тягача и предыдущего прицепного звена на неустановившихся поворотах, а устойчивость движения - по величине критической скорости прямолинейного движения, максимальной скорости, угловой скорости рыскания при выполнении маневров «переставка», «поворот» и «рывок рулевого колеса».

Установлено, что на повышение критической скорости движения автопоезда положительно влияет уменьшение коэффициента сопротивления уводу колес управляемых осей тягача и прицепа и повышение коэффициента сопротивления уводу колес неуправляемых осей прицепа, уменьшения расстояния между центром масс автомобиля-тягача и точкой его сцепки с управляемым прицепом. Увеличение массы автомобиля-тягача, первого прицепа при неизменной общей массе автопоезда приводит к увеличению критической скорости движения автопоезда, в то время как увеличение массы последнего прицепа приводит к ее уменьшению.

Экспериментальные исследования макета автопоезда подтвердили адекватность разработанной математической модели автопоезда.

Ключевые слова: автопоезд, автомобиль-тягач, прицеп, математическая модель, устойчивость, маневренность, эксперимент, макет автопоезда.

ANNOTATION

Bondarenko А.E. Improvement of manoeuvrability and firmness of motion of the three-unit towed lorry convoys. Іt is Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific grade of technical sciences candidate by speciality 05.22.02Automobiles and tractors.National transport university, Kiev, 2010.

In dissertation work the scietific-praktice task of improvement of indexes of manoeuvrability and firmness of motion of the three-unit towed lorry convoys is decided by a choice and by the ground of type and will make the towed lanocs, for which possibilities of their exploitation are provided without the decline of middling technical speed of all of a transport stream, enhanceable expense of fuel, worsening of safety of motion.

The developed is generalized mathematical model of the three-unit towed lorry convoy, that allows to probe influence of layout chart and parameters of lanocs of lorry convoy on the indexes of manoeuvrability and firmness of motion of lorry convoy.

Experimental researches of model of lorry convoy confirmed adequacy of the developed mathematical model of lorry convoy.

Keywords: lorry convoy, car-tractor, trailer, mathematical model, firmness, manoeuvrability, experiment, model of lorry convoy.

Размещено на Allbest.ru

...