Вороніна Інна Федорівна

УДК 629.114.3

Поліпшення показників маневреності триланкових сідельно – причіпних автопоїздів

Спеціальність 05.22.02?—?Автомобілі та трактори

Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Київ — 2006

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, завідувач кафедри “Аавтомобілі”

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Подригало Михайло Абович, Харківський національний автомобільно-дорожній университет, профессор кафедри „Технологія машинобудування і ремонту машин”

кандидат технічних наук, доцент Зав'ялова Людмила Іванівна, Полтавський державний технічний університет ім. Ю. Кондратюка, доцент кафедри „Теоретична і прикладна механика”

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

Захист відбудеться „ 23 ” червня 2006 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради д .059.03 в Національному транспортному університеті за адресою: 01010, м. Київ, вул. Суворова, 1, ауд. .

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

Автореферат розісланий „ 22 ” травня 2006 р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Матейчик В. П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одним з основних шляхів підвищення продуктивності автомобільного транспорту є збільшення вантажності автотранспортних засобів (АТЗ), що в умовах обмежень осьових навантажень можливо або за рахунок збільшення габаритної довжини і числа осей дволанкових автопоїздів, або за рахунок збільшення числа ланок АТЗ. Останній напрямок стосовно великовантажних автопоїздів є дуже перспективним.

Збільшення довжини і числа ланок автопоїздів без відповідного вибору ряду параметрів погіршує їхні експлуатаційні властивості, у тому числі маневреність. Забезпечення необхідного для конкретних умов експлуатації рівня маневреності багатоланкових, зокрема, триланкових автопоїздів є важливою й не цілком вирішеною задачею. Науково обґрунтований вибір конструктивних параметрів, складу і маршруту руху триланкових автопоїздів набуває особливої важливості у зв'язку з перспективою їхнього широкого застосування.

Експлуатаційні чинники, що мають місце при криволінійному русі автопоїзда в реальних дорожніх умовах, загострюють задачу вибору компонувальних параметрів автопоїзда за умови забезпечення необхідних показників маневреності й стійкості руху. Проведений аналіз показав, що ряд питань, пов'язаних із криволінійним рухом багатоланкових АТЗ, вивчено ще недостатньо повно. Наявні аналітичні методи розрахунку показників маневреності розроблені тільки для деяких конкретних конструктивних схем автопоїздів. Крім того, при визначенні показників маневреності автопоїзда задача ускладнюється із-за необхідності урахування відведення коліс ланок автопоїзда. Для їх більш-менш точного визначення потрібна нелінійна постановка задачі.

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 U002446 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 U003341 в період з 01.2004 по 12.2005, що виконувалися кафедрою “Автомобілі” Національного транспортного університету.

Мета роботи полягає в оцінці відповідності рівня маневреності триланкових автопоїздів вимогам діючих нормативних документів, а також розробці конструктивних і організаційних заходів, спрямованих на забезпечення необхідного рівня маневреності. Відповідно до цього задачі дослідження визначені в такий спосіб :

-

-

- провести розрахунково-теоретичні дослідження для визначення й порівняльної оцінки рівня маневреності сідельно-причіпних триланкових автопоїздів різних компонувальних схем за обраною системою оціночних показників ;

- виконати комп'ютерне моделювання руху сідельно-причіпних триланкових автопоїздів різних компонувальних схем і провести аналіз впливу конструктивних і експлуатаційних параметрів на його вписуваність в поворот і стійкість руху.

- провести експериментальні дослідження триланкового сідельно-причіпного автопоїзда й установити адекватність математичної моделі плоскопаралельного руху реальним процесам.

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

Об’єкт дослідження – показники маневреності триланкових причіпних автопоїздів різних компонувальних схем.

Предмет дослідження – вплив компонувальних і масових параметрів сідельно-причіпних автопоїздів на показники їх маневреності.

Методи дослідження передбачали математичне моделювання руху триланкових автопоїздів, багатоваріантні розрахунки на персональному комп’ютері (ПК) показників керованості і стійкості руху за різних масових і компонувальних параметрів ланок автопоїзда та перевірку адекватності розробленої математичної моделі шляхом проведення експериментальних досліджень автопоїзда.

Наукову новизну результатів дослідження складають:

узагальнена математична модель триланкового сідельно-причіпного автопоїзда, що дозволяє досліджувати вплив компонувальних параметрів ланок автопоїзда (зокрема, розташування точок зчіпки щодо центрів мас ланок, типу приводу керування причіпними ланками, ступеня завантаженості ланок) на показники маневреності автопоїзда;

алгоритм рішення задачі про кругові рухи триланкових автопоїздів у нелінійній постановці, що дозволяє встановити область реалізації цих рухів без відриву коліс останньої ланки і без повного бічного ковзання коліс окремих ланок автопоїзда, а також кількість стаціонарних рухів автопоїзда й характер їх стійкості;

кількісна оцінка ступеня впливу різних експлуатаційних і конструктивних параметрів на маневреність триланкового автопоїзда, визначення оптимальних значень цих параметрів і раціонального складу триланкових автопоїздів з позиції маневреності.

Достовірність результатів дослідження забезпечена коректним використанням існуючих математичних методів і основних положень теоретичної механіки і теорії автомобіля, застосуванням сучасної контрольно-вимірювальної апаратури і засобів математичного опрацювання результатів експериментальних досліджень триланкового автопоїзда і підтверджується задовільним збігом результатів аналітичних і експериментальних досліджень, а також узгодженням їх із результатами, отриманими іншими авторами.

Практичну цінність результатів дослідження складають розроблені математичні моделі руху триланкових автопоїздів, які дозволяють за заданими конструктивними параметрами прогнозувати їх маневреність на стадії проектування, скорочуючи при цьому час і витрати на створення нових і модернізацію існуючих автопоїздів; методика вибору конструктивних і компонувальних параметрів триланкового автопоїзда, що забезпечує необхідні показники маневреності. Розроблена математична модель керованого руху триланкових автопоїздів, методика і програма розрахунку оціночних показників і характеристик маневреності цих автопоїздів, а також результати розрахунково-теоретичних досліджень можуть бути використані заводами і проектними організаціями автомобільної промисловості при створенні нових зчленованих транспортних засобів як на стадії проектування, так і при їх експлуатації.

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати, що виносяться на захист, отримані здобувачем самостійно та опубліковані в 15 наукових працях. Робота [1] написано самостійно. У роботах виконаних у співавторстві здобувачу належать: у роботі 2 здобувачем проведені розрахунки показників маневреності триланкових причіпних автопоїздів; у роботі 3 – рівняння руху для причіпної ланки; у роботі 4 – проведено аналіз елементів конструкції напівпричепів, спрямованих на підвищення стійкості руху триланкового автопоїзда; у роботі 5–проведені розрахунки та виконано аналіз габаритної смуги руху триланкових автопоїздів різних компонувальних схем; у роботі 6 – аналіз розташування точки зчіпки підкатного возика і автомобіля-тягача, бази причіпних ланок і передаточних відношень приводу управління причіпними ланками на показники безпеки руху автопоїзда; у роботі 7 – отримані та розв'язані рівняння кутів складання між окремими ланками триланкового автопоїзда; у роботі 8 – проаналізовано вплив параметрів автомобіля-тягача і причіпних ланок на величину габаритної смуги руху триланкового автопоїзда; у роботі 9 – аналіз конструктивних параметрів причіпних ланок і передаточних відношень приводу управління на показники маневреності триланкового автопоїзда; у роботі 10 – описана конструкція триланкового автопоїзда та комплекс вимірювальної апаратури для проведення експериментальних досліджень маневреності; у роботі 11 – методика розв’язку рівнянь руху для визначення критичної швидкості руху; у роботі 12 – методика проведення експериментальних досліджень триланкового автопоїзда; у роботі 13 – результати дослідження маневреності триланкового автопоїзда та їх аналіз; у роботі 14 – аналіз факторів, що впливають на критичну швидкість руху три ланкового автопоїзда; у роботі 15 – розробка математичної моделі для визначення показників маневреності і стійкості триланкового автопоїзда.

Апробація результатів роботи.  Результати роботи доповідались та обговорювались на наукових конференціях професорсько-викладацького складу і студентів Національного транспортного університету (Київ НТУ 2002-2005 рр.); на міжнародних науково-технічних конференціях “Автомобильный транспорт: Проблемы и перспективы” (Севастополь СевНТУ, 2004, 2005 рр.); та “Metody obliczeniowe i badawcze w rozwoju pojazdow samochodowych i maszyn roboczych samojezdnych”(Польща,Жешув, 2003, 2004 рр.), на науково-практичній конференції "Управління безпекою та якістю транспортних засобів і перевезень" (Київ, 2004).

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано в 15 друкованих роботах у фахових виданнях.

Реалізація роботи. Матеріали дисертаційної роботи прийняті до впровадження приватним виробництвом причіпної техніки “КНОТТ” при вдосконаленні серійних та конструюванні перспективних моделей причепів категорії О2 - О4, а також Донецьким обласним управлінням автомобільного транспорту при комплектуванні багатоланкових автопоїздів та при аналізі причин дорожньо-транспортних пригод, що трапилися з даним типом рухомого складу.

Структура та обсяг роботи. Дисертація містить у собі вступ, основну частину, яка складається із чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 135 найменувань. Повний обсяг дисертації складає 141 сторінку, з них 122 сторінки основного тексту, 44 рисунки, 9 таблиць та два додатки на 2 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 використання триланкових автопоїздів в Україні. Проведений аналіз конструкцій сучасних триланкових автопоїздів та показані шляхи розвитку їх конструкцій. Показано, що в умовах зростаючих щільностей транспортних потоків, збільшення кількості автомобілів і автопоїздів на дорогах країни обмежується можливість подальшого підвищення продуктивності АТЗ за рахунок росту середніх швидкостей руху. У зв'язку з цим перспективним є використання багатоланкових автопоїздів. Проте збільшення габаритної смуги руху (ГСР) таких автопоїздів створює небезпеку для зустрічного транспорту, утруднює проїзд у міських умовах, і в остаточному підсумку, знижує середньотехнічну швидкість руху.

Критичний розгляд стану питання визначив відсутність комплексного системного підходу та цілісної методики визначення показників маневреності АТЗ, чим стримується розробка і пошук оптимальних конструктивних рішень щодо триланкових автопоїздів.

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

У другому розділі розглянуто кінематику повороту триланкового автопоїзда, що складався із сідельного автомобіля-тягача, напівпричепа і причепа як з рознесеними осями, так і наближеними осями. Загальна довжина кожного з автопоїздів складає біля 25 м. У складі автопоїзда використовувалися як некеровані причіпні ланки, так і керовані. Основні кінематичні параметри таких автопоїздів були отримані шляхом розвязку диференціальних рівнянь кутів складання ланок автопоїзда. При визначенні геометричних і компонувальних параметрів обох типів автопоїздів приймалося, що незмінними залишаються габаритні радіуси повороту, а всі інші параметри можуть змінюватися. Так, у автопоїзда з причепом з наближеними осями змінювалася база автомобіля-тягача в межах L=2,8...4,5 м, база напівпричепа в межах L1=6,0...8,0 м, база причепа в межах L2=4,5...7,0 м. Для автопоїзда з причепом з рознесеними осями зміна усіх параметрів відбувалася в тих же межах і крім того змінювалася довжина дишля причепа в межах L0=1,5...3,5 м.

Розрахунки виконувалися в такій послідовності. Задавалася загальна довжина автопоїзда. При зміні будь-якого параметра, наприклад, бази напівпричепа всі інші параметри вибиралися так, щоб залишалася незмінною загальна довжина автопоїзда на рівні 25 м. При фіксованих значеннях компонувальних параметрів визначалися геометричні параметри автопоїзда. При цьому було встановлено, що за незмінного значення внутрішнього радіусу повороту Rвг=5,3 м величина зовнішнього габаритного радіуса Rзг для автопоїзда з наближеними осями причепа змінювалася в межах від 14,293 м до 13,325 м у залежності від обраної схеми керування колесами автомобіля-тягача, напівпричепа і причепа. Для триланкового автопоїзда з рознесеними осями причепа величина Rзг змінювалася в межах від 13,18 м до 12,84 м у залежності від схеми керування автопоїздом. Із цього слідує, що гірші результати притаманні автопоїзду зі зближеними осями причепа. Разом з тим, жодна із розглянутих компонувальних схем за колового руху автопоїзда не забезпечує нормовані показники маневреності.

В експлуатаційних умовах головним видом руху є перехідний (нестаціонарний) рух автопоїзда, так як кут повороту керованих коліс тягача 0 безперервно змінюється. Його величина в значній мірі залежить від індивідуальних якостей водія й обумовлена обставинами, що виникають на дорозі. При односторонньому криволінійному русі автопоїзд проходить декілька стадій, а саме рух по вхідній траєкторії, рух по коловій траєкторії, рух по вихідній траєкторії, рух по прямолінійній вихідній траєкторії.

На рис. 1 у якості прикладу наведені результати розрахунків кутів складання сідельно-причіпного автопоїзда в складі автомобіля-тягача SCANIA моделі R6x4, напівпричепа KRONE SDP–27 і причепа KRONE ZZ-18 з наближеними осями для різних стадій його повороту. Аналіз результатів розрахунків показав, що перший кут складання на етапі входження в поворот і на коловій траєкторії сідельно-причіпного автопоїзда з причепом з наближеними осями і з причепом з рознесеними осями майже однаковий. Максимальні відхилення не перевищують 12,9% , чого не можна сказати за другий кут складання, який майже на порядок більший для автопоїзда з причепом з наближеними осями. Це обумовлено як різною величиною бази причіпної ланки, так і передаточним відношенням приводу управління, яке для причепа з наближеними осями складає 1,0 (некерований причеп), а для причепа з рознесеними осями менше 1,0 (uпр=0,6).

На вихідній перехідній траєкторії більш помітна різниця в кутах складання автопоїзда з наближеними і рознесеними осями причепа. Так, якщо автопоїзд з наближеними осями причепа закінчував вихід з повороту на шляху 30 м, то автопоїзд з рознесеними осями причепа на шляху – тільки 17,9 м.

Крім того, було встановлено, що на величину зміщення траєкторії напівпричепа щодо траєкторії тягача суттєво впливає величина передаточного відношення привода управління напівпричепа. За інших сталих умов зменшення передаточного відношення від 1,0 (некерований напівпричіп) до 0,6 (напівпричіп з керованою задньою віссю) зменшує ГСР на 12,9%.

За отриманими кутами складання автопоїздів були визначені траєкторії їх характерних точок при поворотах на 900 і 1800 . При цьому було встановлено, що на величину зміщення траєкторії напівпричепа щодо траєкторії тягача суттєво впливає величина передаточного відношення привода управління напівпричепа. За інших сталих умов зменшення передаточного відношення від 1,0 (некерований напівпричіп) до 0,6 (напівпричіп з керованою задньою віссю) зменшує зміщення траєкторії причіпних ланок автопоїзда з керованим

а) б)

Рис. 1. Залежність кутів складання автопоїзда від кута повороту керованих

коліс тягача: (а) – вхід в поворот, (б) – вихід із повороту

а) б)

Рис. 2. Траєкторії ланок автопоїзда при повороті на 900:

(а) – для автопоїзда з некерованим причепом (зі зближеними осями);

(б) – для автопоїзда з керованим причепом (з рознесеними осями)

напівпричепом щодо траєкторії тягача в порівнянні з некерованим автопоїздом

майже вдвічі як при поворотах на 900, так і на 1800. Проте для керованих автопоїздів характерне зміщення траєкторії причіпних ланок у зовнішню сторону по відношенню до траєкторії автомобіля-тягача, що може призвести до створення небезпечних ситуацій для зустрічного транспорту, рис.2.

Виконаними розрахунками показників маневреності автопоїздів за різних типів приводу управління колесами причіпних ланок і автомобіля-тягача встановлено, що за певних умов нормовані значення ГСР може забезпечити автопоїзд з рознесеними осями причепа. Сідельно-причіпний автопоїзд з причепом з наближеними осями навіть за прямого приводу управління колесами третьої осі напівпричепа і самоустановлювальних коліс причепа не може забезпечити нормовані значення ГСР автопоїзда. Для такого автопоїзда повинен бути принципово новий привід управління колесами напівпричепа.

У третьому розділі розглянута динаміка триланкового сідельно-причіпного автопоїзда, загальний вигляд якого представлено на рис.3.

Тягач представляє собою тривісний автомобіль умовно розділений на два модулі - керуючий колісний та остов з двома задніми керованими осями.

Напівпричіп умовно представлений одним модулем – остовом з усіма керованими колесами. Тривісний причіп умовно представлений одним модулем - остовом з трьома керованими осями. За такої модульної побудови можна отримати будь-яку компонувальну схему автопоїзда. Складання рівнянь руху автопоїзда виконано з використанням програмного забезпечення Maple 8.

Параметри системи: - винос колеса; a;b відстань від центра мас тягача до точок кріплення передньої (керованої) осі й середньої (другої) осі тягача; с- відстань від центра мас тягача до точки зчіпки із напівпричепом; d1-відстань від центра мас напівпричепа до точки зчіпки з тягачем; d2-відстань від центра мас причепа до точки зчіпки з напівпричепом; m1,m,m2,m3 - маса керованого модуля, тягача другої й третьої ланок; kf - коефіцієнт опору кочення коліс автопоїзда; k1;k2;k3;k4 – коефіцієнти опору відведення коліс осей автопоїзда; kk1,kk2 приведений коефіцієнт жорсткості керованого модуля тягача й причепа; h1,h2– коефіцієнти демпфірування за кутами повороту керованого модуля і причепа; kappa1;kappa2;kappa3;kappa4 - коефіцієнти зчеплення при визначенні бічних сил відведення; 0 - установлюваний кут повороту коліс керованого модуля, 1і - установлюваний кут повороту коліс другого ряду тягача, 2і - те ж коліс напівпричепа, 3і - те ж коліс причепа; m, J маса й центральний момент інерції тягача; v, u - поздовжня й поперечна проекції вектора швидкості центра мас на осі, пов'язані з тягачем; щ - кутова швидкість тягача, щодо вертикальної осі; m1, J1-маса й центральний момент інерції керуючого колісного модуля; v1, u1 - поздовжня й поперечна проекції вектора швидкості центра мас керуючого колісного модуля; щ 1 - кутова швидкість керуючого колісного модуля; m2, J2-маса й центральний момент інерції напівпричепа (другої ланки); v2, u2 - поздовжня й поперечна проекції вектора швидкості центра напівпричепа; щ2 - кутова швидкість напівпричепа; m3, J3-маса й центральний момент інерції причепа (третьої ланки); v3, u3 - поздовжня й поперечна проекції вектора швидкості центра мас причепа; omega3 - кутова швидкість причепа; V - прискорення в поздовжньому напрямку; X1, X2i, X3i, X4i- поздовжні сили на осях; Y1, Y2i, Y3i, Y4i- бічні сили на осях, що є нелінійними функціями кутів відведення коліс автопоїзда; U- похідна бічної швидкості центра мас тягача; - похідна кутової швидкості тягача щодо вертикальної осі; - швидкість зміни кута повороту ( ) керованого колісного модуля; TT- кутове прискорення керованого модуля; 1 - швидкість зміни кута повороту1 другої ланки; PPT1- кутове прискорення другої ланки; (2) Phi2 - швидкість зміни кута повороту ( 2) третьої ланки; PPT2- кутове прискорення третьої ланки; Мст - стабілізуючий момент шини, Мст=11-23+35 + ….. , 1,2,3 – коефіцієнти рівняння, що визначає крутильну жорсткість шини; М1- момент в’язкого тертя в рульовому керуванні, М1= h11; h11 - коефіцієнти в’язкого тертя в деталях рульового керування; Мр1- момент пружності в рульовому керуванні передньої осі, Мр1= 1; 1 – коефіцієнт жорсткості рульового приводу.

Рис. 3. Розрахункова схема триланкового сідельно-причіпного автопоїзда

Диференціальні рівняння руху автопоїзда відносно змінних u,, ,, 1, 1,2,2 записані у вигляді:

e1:=cos()m1TT+ cos()m1Щ m1sin()И2 m1sin()щ2 +сos(1)сos(2)Y41

+ сos(1)сos(2)Y4 + sin(1)sin(2)Y4+ sin(1)sin(2)Y41+ sin(1)cos(2)X41

+ sin(1)cos(2)X42 + sin(1)cos(2)X4 + sin(1)sin(2)Y42 + sin(1)m2d1Ф12

+ sin(1)m2d1щ2 + соs(1)m3c1Щ cos(1)sin(2) X4 cos(1)sin(2) X41 +

+ сos(1)сos(2)Y42 + сos(1)m2d1PT1 + сos(1)m2d1Щ + sin(1)m3c1щ2 +

+ sin(1)m3d1щ2 + sin(1)m3c1Ф12 + sin(1)m3d1Ф12 + соs(1)m3d1PT1

+ соs(1)m3c1PT1 +2cos(1)m3Vsin(1)+2m3cos(1)2cЩ 2m3cos(1)2щv

2m2cos(1)2щv +2cos(1)m2Vsin(1)+ sin(1)X31+cos(1)Y31 +cos(1)Y3

+sin(1)X3 + sin(1) sin(2)m3d2PT1+sin(1) sin(2)m3d2Щ + сos(1)сos(2)

Чm3 d2PT2+ сos(1)сos(2)m3d2PT1 cos(1)sin(2)m3d2щ2+ соs(1)m3d1Щ

+ сos(1)сos(2)m3d2Щ сos(1)sin(2)m3d2Ф22 сos(1)sin(2)m3d2Ф12

+m3UX1sin()+Y2+ Y1cos()m(U+щv)+m3щv m2cЩm1щvm1aЩ+m2щv

+2sin(1)m3щc1Ф1+2sin(1)m3щd1Ф12cos(1)m3щsin(1)u+2sin(1)m2Ч

щd1Ф1+2cos(1)m3щ2sin(1)c+2sin(1)cos(2)m3щd2Ф1+2sin(1)cos(2)m3Ч

Ф1d2Ф2 2cos(1)sin(2) m3щd2 Ф1+2sin(1)cos(2)m3 Чщ d2Ф2 2cos(1)Ч

sin(2) m3 Ф1d2 Ф2+2cos(1)m2 sin(1)c щ2 2cos(1) Ч sin(2)m3щd2Ф2

2cos(1)sin(1)m2щu 2m1sin(и) +2 m2cos(1)2с +Y21m1U+m2U

+sin(1)cos(2)m3d2Ф22+sin(1)cos(2)m3d2щ2 +sin(1)cos(2)m3d2Ф12+

sin(1)cos(2)m3d2PT2 m3c+sin(1)X32 2m2cos(1)2U2m3cos(1)2U +

+ cos(1)Y32;

e2:=cm3v +csin(1)X31ccos(1)Y32ccos(1)Y31am1щv+cm2щv+ccos(1)Ч

sin(2) m3d2щ2ccos(1)cos(2)m3d2PT1ccos(1)cos(2)m3d2+ ccos(1)Ч

sin(2)Чm3d2 Ф22 + ccos(1)sin(2)m3d2 Ф12 ccos(1)cos(2)Y41 ccos(1)Ч

cos(2)Y4 + csin(1)cos(2)X41m1a2 ccos(1)cos(2)m3d2PT2 am1U +

acos(и)m1TTm2c2Щ+ acos(и)m1am1 sin(и)2aX1 sin(и)+c sin(1)Ч

cos(2)X42)+c sin(1)X32-J + csin(1)Чm3с1щ2+ csin(1)Чm3с1Ф12

+csin(1)cos(2)X4+ c sin(1)sin(2)m3d2PT2+ c sin(1)sin(2)m3d2+h1И

+c cos(1)sin(2) X42+c cos(1)sin(2) X4 kk2(110) ccos(1)соs(2)Y42

ccos(1)m2d1PT1 ccos(1)m2d1+ acos(и)Y1+ csin(1)соs(2)m3d2 Ф22

+ csin(1)соs(2)m3d2Ф12 + csin(1)соs(2) m3d2щ2+ csin(1)Х3 +csin(1)

Чcos(2) Y42am1sin(и)щ2+ csin(1)m2d1щ2+ csin(1)m2d1Ф12h2Ф1

+ csin(1)sin(2)Y4+ csin(1)sin(2)Y4+cm2U ccos(1)Y3+2csin(1)m3с1Ф1

+2csin(1)m3d1Ф1+2csin(1)соs(2) m3d2щФ1+2csin(1)соs(2) m3d2 Ф1Ф2

+2csin(1)соs(2) m3щd2Ф2+2c соs(1)sin(2)m3d2 Ф1Ф2+2csin(2)m2d1 Ф1

+2c соs(1)sin(2) m3щd2Ф22am1sin()щccos(1)m3d1 ccos(1)Ч

m3c1 ccos(1)m3c1PT1ccos(1)m3d1PT1+ csin(1)m3d1щ2+ csin(1)m3Ч

d1Ф12+kk1(ии0) +c соs(1)sin(2)X41bbY21bY2+cm3Um3c2+Mh1+Mp1;

e3=:J1(+TT)+(Y1+m1sin()a2+ m1sin()um1m1TT m1sin()V+

cos()m1a+ cos()m1U+ cos()m1v) kk1(0) h1Mh1Mp1+Mcт1; e4=:d1m2cos(1)U+c1sin(2)X42+c1sin(2)X41+c1sin(2)X4c1cos(2)Y42c1

cos(2)Y41c1cos(2)Y4+d1sin(2)X42+d1sin(2)X41+d1sin(2)X4d1cos(2) Y42d1cos(2)Y41d1cos(2)Y4+d1m3cos(1)Uc1m3Vsin(1)d1m3Vsin(1)d1m2Vsin(1)csin(1)m3c12kk2(110) ccos(1)m2d1c sin(1)m2Ч d12h2Ф1+ 2d1sin(2)m3d2Ф2+ 2d1sin(2)m3d2Ф1 2d1m3c1+c1m3v Чcos(1)+ c1m3usin(1) + d1m3usin(1) + d1m3vcos(1)m3d12PT1 m3d12 d1cos(2)m3d2PT2d1cos(2)m3d2PT1 +d1m2sin(1)u d1cos(2) Чm3d2+d1m2vcos(1) + d1sin(2)m3d2Ф22+ d1sin(2)m3d22+ d1sin(2) Ч m2d12+ c1sin(2)m3d22+ c1sin(2)m3d2Ф22m3c12+ c1sin(2)m3d2Ф12 c1cos(2)m3d2PT2c1cos(2)m3d2c1cos(2)m3d2PT1m2d12PT1m3c12Ч

PT1+c1m3cos(1)Ub12Y32b11Y31d1Y32b1Y3d1Y31d1Y3d1X31J2(+PT1)ccos(1)m3d1ccos(1)m3c1 csin(1)m3d12+ 2c1sin(2)m3 Ф1d2 ЧФ2+ 2c1sin(2)m3 d2Ф2+2c1sin(2)m3d2Ф1 2d1m3c1PT1 +2d1sin(2)m3 ЧФ1d2Ф2+Mh1+Mp1;

e5=: m3d22PT1 ccos(1)sin(2)m3d22 ccos(1)cos(2)m3d2+csin(1)sin(2)

m3d2 csin(1)cos(2)m3d22 2d1sin(2)m3d2Ф1d1cos(2)m3d2PT1

d1cos(2)m3d2d1sin(2)m3d22d1sin(2)m3d2Ф12c1sin(2)m3d22

c1sin(2)m3d2Ф12c1cos(2)m3d2c1cos(2)m3d2PT1b2Y41b2Y4+

d2m3cos(1)sin(2)u+d2m3sin(2)cos(1)u d2m3sin(2)vsin(1)

d2m3sin(2)Vcos(1) d2Y41 d2m3sin(2)sin(1)U d2Y42 m3d22PT2

m3d22J3(+PT1+PT2) 2c1sin(2)m3d2Ф1+d2m3cos(2)vcos(1).

Інтегрування рівнянь руху проведено для сідельно-причіпного автопоїзда за вихідними даними, у якості яких були прийняті параметри автомобіля-тягача Scania R6x4, напівпричепа Krone SDР-27 і причепів Krone ZZ-18 i Krone AZ-18. Загальна маса обох автопоїздів склала 60000 кг, загальна довжина – 25 м.

За обраними вихідними даними визначалися координати центра мас автомобіля тягача, за якими в подальшому будувалася ГСР автопоїзда. Аналіз отриманих результатів показав, що за показниками маневреності триланкові сідельно-причіпні автопоїзди з причепами з наближеними і рознесеними осями майже однакові. Так, ГСР при русі коловою траєкторією автопоїзда з рознесеними осями причепа й керованими колесами передньої осі склала 8,15 м і тільки на 5,4% менше в порівнянні з таким же автопоїздом і причепом з наближеними осями. Окрім колового руху моделювався рух обох автопоїздів при виконанні ними маневру ISO, рис. 4. За швидкості руху 5 м/с автопоїзд як з причепом з наближеними осями, так і з причепом з рознесеними осями вписується у нормований коридор руху. Проте за швидкості 10 м/с уже спостерігаються коливання автопоїзда з причепом з рознесеними осями, а на швидкості 15 м/с вони перевищують допустимі.

Рис. 4. Траєкторія ланок автопоїзда з причепом з рознесеними осями

при виконанні маневру ISO за різних швидкостей руху

Для дослідження стійкості руху автопоїзда вихідна система рівнянь була лінеаризована, після чого був записаний визначник системи, корені якого знаходилися за допомогою програмного забезпечення Maple 8.

Відповідно до теореми Ляпунова про стійкість сталого руху за першим наближенням, якщо всі корені характеристичного рівняння системи першого наближення рівнянь збуреного руху мають від’ємні дійсні частини, то незбурений рух є стійким і притому асимптотично стійким, якими б не були члени вищих порядків у диференціальних рівняннях збуреного руху.

Розрахунки показали, що перші додатні значення коренів характеристичного рівняння для сідельно-причіпного автопоїзда з причепом з наближеними осями мали місце за швидкості 24,65 м/с (88,74 км/год). Дещо менші значення критичної швидкості отримані для сідельно-причіпного автопоїзда з причепом з рознесеними осями, для якого критична швидкість руху склала 23,49 м/с (84,58 км/год). Проте при менших швидкостях руху (v*=21,476 м/с та v*=20,811 м/с) відповідно для сідельно-причіпного автопоїзда з причепом з наближеними і рознесеними осями у додатну напівплощину переходить пара комплексно-спряжених коренів 7,8, що означає появу коливальної нестійкості при русі зі швидкостями v>v*. Поява такого роду нестійкості пов’язана з коливаннями ведених ланок, які призводять до втрати стійкості усієї системи, тобто втрати стійкості руху триланкового автопоїзда.

При визначенні показників стійкості триланкового сідельно-причіпного автопоїзда на криволінійній траєкторії розглядався рух по колу, „змійкою”, об’їзд перешкоди, а також рух по S – подібній траєкторії. Кожний із наведених режимів моделювався тим чи іншим законом повороту рульового колеса тягача. За колового руху при швидкості 10 м/с і куті повороту керованих коліс тягача =0,2 рад рух обох автопоїздів ще є стійким, а за швидкості 15 м/с і куті повороту керованих коліс тягача = 0,05 рад рух автопоїзда з причепом з рознесеними осями стає вже нестійким, а автопоїзда з наближеними осями причепа все ще залишається стійким. Такі ж результати були отримані і у разі нестаціонарного руху автопоїзда (S-подібній траєкторії, „змійкою”, об’їзді перешкоди тощо). На рис. 5 у якості прикладу наведені величини бічних прискорень, що діють на причеп з рознесеними осями при русі автопоїзда “змійкою”, з якого слідує, що при швидкості v=10м/с автопоїзд ще залишається

а) б)

Рис. 5. Бічна швидкість і бічне прискорення, що діє в центрі мас причепа з

рознесеними осями за швидкості автопоїзда v=10м/с (а) і v=15 м/с (б)

стійким, а при швидкості v=15 м/с він уже втрачає стійкість (бічні прискорення перевищують порогове значення 4,5 м/с2). Для автопоїзда з причепом з наближеними осями величина бічних прискорень менша на 25... 35%% в залежності від маневру автопоїзда.

У четвертому розділі проведена перевірка адекватності розробленої математичної моделі для визначення показників маневреності та стійкості триланкового сідельно-причіпного автопоїзда в реальних дорожніх умовах з урахуванням експлуатаційних факторів та дорожніх умов.

Відповідно до мети і задач експериментальних досліджень групою здобувачів Національного транспортного університету на базі приватного підприємства „КАСКАД Продакшен Лтд” був створений триланковий сідельно-причіпний автопоїзд на базі сідельного двовісного серійного автомобіля тягача Scania, напівпричепа Krone і причепа Ставропольського заводу автомобільних причепів СЗАП–8352-030-01. Для контролю параметрів руху триланкового автопоїзда був розроблений автоматизований вимірювальний комплекс, який складався з персонального комп’ютера ПК; плати вводу / виводу моделі ADC-1280 аналогових та дискретних сигналів для персональних IBM-сумісних комп’ютерів АЦП; багатоканального диференційного підсилювача сигналу ДПС; датчиків кутових переміщень ПТП, датчиків переміщень індуктивного типу ДПМ; датчиків прискорень ДП; вібровимірювальної апаратури ВИ6-6ТН; блоку фільтрів; блоку живлення БЖ; приладу „п’яте колесо” та принтера.

Співставлення результатів експериментальних і аналітичних досліджень для такого ж автопоїзда показало на задовільний їх збіг, чим підтверджується адекватність розроблених як кінематичних, так і динамічних моделей руху автопоїзда. Так, за колового руху автопоїзда, за якого досягається максимальна ГСР, розрахунки за кінематичною моделлю відрізняються від експериментальних на 12,8%, а за динамічною – на 8,5%.

ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ

1. Одним із основних шляхів підвищення продуктивності автотранспортних засобів є підвищення їх вантажності, що в умовах обмежень осьових навантажень можливо або за рахунок збільшення габаритної довжини і числа осей дволанкових автопоїздів, або за рахунок збільшення числа ланок АТЗ. Останній напрямок стосовно великовагових автопоїздів є перспективним. Проте збільшення довжини і числа ланок автопоїзда без відповідного вибору ряду параметрів погіршує його експлуатаційні властивості, зокрема маневреність. Забезпечення необхідного для конкретних умов експлуатації рівня маневреності багатоланкових, зокрема, триланкових автопоїздів є важливою і неповністю вирішеною про-блемою. Науково обґрунтований вибір конструктивних параметрів, складу і маршруту руху триланкових автопоїздів набуває особливого значення у зв’язку з перспективою їх широкого використання.

2. Проведеними дослідженнями кінематики повороту АТЗ з жорсткими у бічному напрямку колесами встановлено, що для сідельно-причіпних триланкових автопоїздів як з причепом з рознесеними осями, так і з причепом з наближеними осями за некерованих причіпних ланок не можна забезпечити нормовані значення габаритної смуги руху.

3. На величину зміщення траєкторії напівпричепа щодо траєкторії тягача суттєво впливає величина передаточного відношення привода управління напівпричепа. За інших сталих умов зменшення передаточного відношення від 1,0 (некерований напівпричіп) до 0,6 (напівпричіп з керованою задньою віссю) зменшує зміщення траєкторії причіпних ланок автопоїзда з керованим напівпричепом щодо траєкторії тягача в порівнянні з некерованим автопоїздом майже вдвічі як при поворотах на 900, так і на 1800. Проте для керованих автопоїздів характерне зміщення траєкторії причіпних ланок у зовнішню сторону по відношенню до траєкторії автомобіля-тягача, що може призвести до створення небезпечних ситуацій для зустрічного транспорту.

4. Розроблена багатомасова математична модель керованого руху АТЗ, яка дозволяє визначати оціночні показники стійкості автопоїздів перспективних схем як на стадії проектування, так і при оцінці існуючих зразків. Стійкість прямолінійного руху автопоїздів визначалася відповідно до теореми Ляпунова про стійкість сталого руху за першим наближенням. При цьому критична швидкість сідельно-причіпного автопоїзда з причепом з наближеними склала 24,65 м/с (88,74 км/год), а сідельно-причіпного автопоїзда з причепом з рознесеними осями – 23,49 м/с (84,58 км/год).

5. Встановлено, що на криволінійній траєкторії для автопоїзда з керованими колесами передньої і задньої осі тягача, керованими колесами напівпричепа і причепа обмежуючим фактором є величина прискорень, що діють у центрі мас автомобіля-тягача. Так, для такого автопоїзда у порівнянні з автопоїздом з некерованими колесами, окрім коліс передньої осі тягача, при русі „змійкою” і на S-подібній траєкторії прискорення у центрі мас тягача майже у 2 рази більше і уже на швидкості 10 м/с перевищує максимально допустиме (4,5 м/с2).

6. Для автопоїзда з керованими колесами тільки першої осі тягача, некерованими колесами напівпричепа і керованими колесами першої осі причепа обмежуючим фактором при русі криволінійними траєкторіями є прискорення у центрі мас причепа, яке на 43-54%% більше за прискорення у центрі мас тягача. Найменша величина прискорення має місце для напівпричепа і причепа з наближеними осями.

7. Дорожні випробування триланкового сідельно-причіпного автопоїзда підтвердили достовірність результатів комп'ютерного моделювання показників маневреності і стійкості руху. Було встановлено, що експлуатаційні чинники, які мають місце при криволінійному русі в реальних дорожніх умовах, не порушують основні кінематичні співвідношення для автопоїзда, що отримані аналітичним методом. Це дозволяє рекомендувати результати досліджень для інженерних розрахунків показників маневреності триланкових автопоїздів.

Список ОПУБЛІКОВАНих праць за темою ДИСЕРТАЦІЇ:

Статті в наукових фахових виданнях:

1. Вороніна І.Ф. До визначення показників маневреності триланкового автопоїзда// Вісник Національного транспортного університету. – К., 2004. – Вип. 9. – С.165-170.

2. Сахно В.П., Вороніна І.Ф., Стельмащук В.В. До визначення показників маневреності трьохланкових автопоїздів// Вісник Східноукраїнського національного університету імені В.Даля. – 2003. №11 (57). – С.213-218

3. Сахно В.П., Вороніна І.Ф., Тімков О.М. Математична модель руху триланкового причіпного автопоїзда // Автошляховик України. Окремий випуск. Вісник ЦНЦ ТАУ. – 2003. №6. – С.134-139.

4. Сахно В.П., Вороніна І.Ф., Кузнецов Р.М., Стельмащук В.В., Шкварко К.В. До питання безпечності конструкції триланкових автопоїздів// Автошляховик України. Окремий випуск. Управління безпекою на автомобільному транспорті.: Київ. – 2004. – С.62-68.

5. Сахно В.П., Вороніна І.Ф., Угляниця С.С., Стельмащук В.В. До визначення габаритної смуги руху трьохланкових автопоїздів// Вісник Східноукраїнського національного університету імені В.Даля. – 2004. – №7 (77) (Частина 1). –С.30-36.

6. Сахно В.П., Вороніна І.Ф., Стельмащук В.В., Шкварко К.В. Шляхи підвищення безпеки руху триланкових автопоїздів// Атошляховик України. – 2004. –№6. – С.16-17.

7. Сахно В.П., Вороніна І.Ф., Угляниця С.С., Стельмащук В,В. Маневреність триланкових автопоїздів// Автошляховик України. Окремий випуск. Вісник ЦНЦ ТАУ. –2004. – №7. – С.118-124.

8. Сахно В.П., Вороніна І.Ф., Стельмащук В.В., Поляков В.М. Вплив конструктивних і експлуатаційних факторів на показники маневреності маневреності трьохланкових автопоїздів// Автошляховик України. Окремий випуск. Вісник ЦНЦ ТАУ. –2003. №6. – С.98–102.

9. Вороніна І.Ф., Шкварко К.В., Стельмащук В.В. Порівняльна оцінка показників маневреності три ланкових автопоїздів різних компонувальних схем// Вісник Національного транспортного університету. – К., 2004. – Вип. 9. – С.165-170.

10. Вороніна І.Ф., Кузнєцов Р.М., Енглезі О.А., Шкварко К.В. Експериментальні дослідження триланкових автопоїздів// Автошляховик України. Окремий випуск. Вісник ЦНЦ ТАУ. –2005. – №8. – С.139-144.

11. Вороніна І.Ф., Кузнєцов Р.М., Енглезі О.А., Стельмащук В.В. Експериментальні дослідження триланкового автопоїзда// Вісник Національного транспортного університету. – К., 2005. – Вип. 10. С. –105-111.

12. Вороніна І.Ф., Енглезі О.А., Кузнєцов Р.М., Стельмащук В.В. Дослідження стійкості руху триланкових автопоїздів// Вісник Східноукраїнського національного університету імені В.Даля. – 2005. – №8 (78) (Частина 1). – С. 29-33.

13. Сахно В.П., Вороніна І.Ф.,Енглезі О.А., Кузнєцов Р.М., Стельмащук В.В. Експериментальні дослідження маневреності триланкових автопоїздів// Автошляховик України. Окремий випуск. Проблеми автомобільного транспорту. Збірник наукових праць міжнародної науково-практичної конференції. – Київ. – 2005. – С.88-91.

14. Сахно В.П., Стельмащук В.В., Вороніна І.Ф., Енглезі О.А. До визначення критичної швидкості руху триланкових автопоїздів// Управління проектами, системний аналіз і логістика: Науковий журнал. Вип.2. – К.: НТУ. – 2005. – С. 106-114.

15. Сахно В.П., Вороніна І.Ф., Вербицький В.Г., Стельмащук В.В. До визначення показників маневреності і стійкості руху трьохланкових автопоїздів// Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту і експлуатації автомобілів: Науковий журнал. Вип.17.–К.:НТУ,ТАУ. – 2003. – С.141-146.

Інші видання:

1. Сахно В.П., Вороніна І.Ф. Стійкість руху автопоїздів категорій N1 i M1// Metody obliczeniowe i badawcze w rozwozu systemow pojazdow samochodowych i maszyn roboczych samo-jezdnych. //Materialy YIIІ Sympozjum pod redakciq Kazimierza Lejdy. Rzeszow, 24-27 Wrzesien 2003. – С.276-282.

2. Сахно В.П., Вороніна І.Ф., Шкварко К.В. Порівняльна оцінка паливної економічності двохланкового і трьохланкового автопоїзда// Metody obliczeniowe i badawcze w rozwozu systemow pojazdow samochodowych i maszyn roboczych samo-jezdnych. //Materialy YIIІ Sympozjum pod redakciq Kazimierza Lejdy. Rzeszow, 29.09-02.10. 2004. – С.283-291.

3. Вороніна І.Ф. До визначення показників маневреності трьохланкового автопоїзда//60 наукова конференція професорсько-викладацького складу і студентів Національного транспортного університету. Тези доповідей. – К.: НТУ, 2004. – С. 26.

4. Вороніна І.Ф. Маневреність трьохланкового автопоїзда у неусталеному повороті//61 наукова конференція професорсько-викладацького складу і студентів Національного транспортного університету. Тези доповідей.– К.:НТУ, 2005. – С. 29.

АНОТАЦІЯ

Вороніна І.Ф. Поліпшення показників маневреності триланкових сідельно-причіпних автопоїздів. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.02 Автомобілі та трактори. Національний транспортний університет, Київ, 2006.

Дисертація присвячена поліпшенню показників маневреності та стійкості руху триланкових сідельно-причіпних автопоїздів з причепами як з рознесеними, так і наближеними осями.

Для визначення показників маневреності автопоїздів з жорсткими у бічному напрямку колесами розглянута кінематика їх повороту. За результатами проведених досліджень встановлено, що для сідельно-причіпних триланкових автопоїздів як з причепом з рознесеними осями, так і з причепом з наближеними осями за некерованих причіпних ланок не можна забезпечити нормовані значення габаритної смуги руху.

Маневреність і стійкість руху автопоїзда на еластичних у бічному напрямку колесах розглянута на основі розробленої багатомасової математичної моделі керованого руху триланкового автопоїзда будь-якої компонувальної схеми, яка дозволяє розраховувати оціночні показники і характеристики маневреності і стійкості автопоїздів перспективних схем як на стадії проектування, так і при оцінці існуючих зразків.

Експериментальні дослідження триланкового автопоїзда підтвердили адекватність розробленої кінематичної та динамічної моделі автопоїзда.

Ключові слова: автопоїзд, автомобіль-тягач, напівпричіп, причіп з рознесеними осями, причіп з наближеними осями, стійкість, маневреність, математична модель, кінематика, динаміка автопоїзда.

АННОТАЦИЯ

Воронина И.Ф. Улучшение показателей маневренности трехзвенных седельно-прицепных автопоездов. — Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.22.02 — Автомобили и тракторы. — Национальный транспортный университет, Киев, 2006.

Диссертация посвящена улучшению показателей маневренности и устойчивости движения трехзвенных седельно-прицепных автопоездов с прицепами как с разнесенными, так и со сближенными осями.

Проведенными исследованиями кинематики поворота АТС с жесткими в боковом направлении колесами установлено, что для седельно-прицепных трехзвенных автопоездов как с прицепом с разнесенными осями, так и с прицепом со сближенными осями при неуправляемых прицепных звеньях нельзя обеспечить нормированные значения габаритной полосы движения.

Показано, что на величину смещения траектории полуприцепа относительно траектории тягача существенно влияет величина передаточного отношения привода управления полуприцепа. При прочих равных условиях уменьшение передаточного отношения от 1,0 (неуправляемый полуприцеп) до 0,6 (полуприцеп с управляемой задней осью) уменьшает смещение траектории прицепных звеньев автопоезда с управляемым полуприцепом относительно траектории тягача в сравнении с неуправляемым автопоездом почти вдвое как при поворотах на 900, так и на 1800. Однако для управляемых автопоездов характерно смещение траектории прицепных звеньев