ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИТЕТ

Байцур Максим Вячеславович

УДК 629.01

ПОЛІПШЕННЯ ГАЛЬМІВНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ АВТОМОБІЛІВ КАТЕГОРІЇ N3 ПРИ ЇХ КОНВЕРСІЇ

Спеціальність 05.22.02 – автомобілі та трактори

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Волков Володимир Петрович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідуючий кафедрою технічної експлуатації та автомобільного сервісу.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент Дем'янюк Володимир Андрійович, Національний транспортний університет, професор кафедри дорожніх машин;

кандидат технічних наук, доцент Шепеленко Ігор Георгійович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, доцент кафедри автомобілів.

Провідна установа: Державне підприємство "Завод імені В.О.Малишева", центральна лабораторія Міністерства промислової політики України, , м. Харків.

Захист відбудеться " 30 " --травня_ 2007 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.059.02 при Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті за адресою: 61002, Україна, м. Харків, вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного автомобільно-дорожнього університету за адресою: Україна, 61002, м. Харків, вул. Петровського, 25.

Автореферат розісланий " 28" _квітня_ 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої Ради І.С.Наглюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Вступ. Обсяги перевезень, що здійснюються автомобільним транспортом, постійно зростають. Поряд із цим повинні зростати вимоги до безпеки руху. Гальмівні властивості вантажних автомобілів, що забезпечуються раціональним проектуванням їх гальмового керування, є одним з важливих факторів забезпечення активної безпеки цих машин.

Актуальність теми. Військові автомобілі, що підлягають конверсії повинні мати високоефективну гальмівну систему, яка дозволить підвищити активну безпеку таких автомобілів на дорогах загального використання. Важливу роль у забезпеченні необхідних гальмівних властивостей грає раціональний вибір розподілу гальмівних сил між осями, що визначає черговість блокування коліс різних осей. У цей час не визначена черговість блокування коліс заднього візка тривісного автомобіля при різному розподілі гальмівних сил між колесами середнього і заднього мостів. При виборі розподілу гальмівних сил між передньою віссю і колесами заднього візка не враховується значна зміна експлуатаційної маси вантажного автомобіля.

Вимагає також дослідження можливість і доцільність застосування на автомобілях категорії N3 гідравлічного гальмівного привода, а також ефективності застосування на автомобілях цієї категорії різних схем поділу контурів гальмівного привода.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною досліджень Харківського національного автомобільно-дорожнього університету щодо проблеми "Безпека дорожнього руху" у відповідності з постановою Національної ради з питань безпеки життєдіяльності населення №3 від 25 грудня 1997 року "Про відповідність вимог охорони праці, машин, транспортних засобів, устаткування, що виготовляється в Україні". Робота виконувалась відповідно з договором №40-02-03 від 15.02.2003р. "Поліпшення гальмівних якостей модернізованих при капітальному ремонті автомобілів УралАЗ" та №31-01-04 від 19.05.2004р. "Модернізація гальмівної системи автомобіля УралАЗ при капітальному ремонті" з ДП "Харківський автомобільний ремонтний завод ".

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є поліпшення гальмівних властивостей автомобілів категорії N3 за рахунок удосконалення методики вибору розподілу гальмівних сил між осями автомобіля і застосування гідравлічного привода гальм.

Для досягнення встановленої мети були визначені наступні задачі:–

провести теоретичне дослідження ефективності гальмування вантажного автомобіля робочою гальмівною системою;–

виконати оцінку курсової стійкості тривісних автомобілів при гальмуванні;–

оцінити ефективність застосування схем поділу контурів гальмівного привода і оцінити доцільність застосування гідравлічного гальмівного привода;–

виконати експериментальне дослідження динаміки гальмування вантажного автомобіля категорії N3 у двохосьовому і тривісному виконанні, з пневмогідравлічним і комбінованим гідравлічним гальмівним приводом.

Об'єкт дослідження – процес гальмування і робочі процеси у гальмовому керуванні вантажних автомобілів.

Предмет дослідження – поліпшення динаміки гальмування вантажного автомобіля за рахунок раціонального вибору розподілу гальмівних сил між осями, схеми поділу контурів гальмівного привода і застосування гідравлічного гальмівного привода.

Методи досліджень. У теоретичній частині дисертації використовувались методи рішення лінійних диференціальних рівнянь, методи теорії подібності, ймовірносно-статистичні методи. В експериментальних дослідженнях використовувались електричні методи виміру фізичних величин і натурні випробування.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в визначенні впливу черговості блокування коліс при гальмуванні тривісного автомобіля при наявності міжосьових диференціалів у приводі між середнім і заднім мостами на його гальмівні властивості; визначенні впливу зміни положення центра мас автомобіля на вибір раціонального розподілу гальмівних сил між осями; визначенні впливу зміни кількості осей вантажного автомобіля на показники ефективності гальмування і курсової стійкості при гальмуванні.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що розроблена методика вибору раціонального розподілу гальмівних сил між осями з урахуванням зміни завантаження автомобіля може бути використана як при проектуванні нових, так і при проведенні модернізації існуючих вантажних автомобілів (у тому числі під час конверсії автомобілів в умовах авторемонтного виробництва).

Запропонований варіант гідравлічного комбінованого гальмівного привода може бути використаний при модернізації гальмівної системи вантажного автомобіля Урал-4320 на ВАТ "Автомобільний завод Урал" і в умовах Харківського автомобільного ремонтного заводу.

Результати проведеного дослідження використовуються ХК "АвтоКрАЗ", Інститутом машин і систем НАН України та Міністерства промислової політики України і ДП "Харківський автомобільний ремонтний завод" при вдосконаленні гальмового керування машин, що випускають серійно, модернізують при капітальному ремонті та при проектуванні нових машин.

Особистий внесок здобувача. Всі результати дослідження, які виносяться на захист, отримані автором самостійно і викладені в роботах, опублікованих без співавторів [1,2,3]. У спільних роботах здобувач: –

виконав прогноз зміни нормативних вимог до ефективності гальмування АТС категорій N [4];–

запропонував критерій оптимізації постійного розподілу гальмівних сил автомобіля і визначив оптимальне значення коефіцієнта розподілу гальмівної сили на передню вісь для автомобіля Урал-4320 з урахуванням зміни завантаження і коефіцієнта зчеплення коліс з дорогою [5];–

провів порівняльну оцінку ефективності гальмування тривісного автомобіля при різних варіантах блокування коліс і здійснив вибір раціонального розподілу гальмівних сил між колесами осей тривісного автомобіля з міжосьовим диференціалом між середнім і заднім мостами [6];–

провів порівняльну оцінку курсової стійкості при гальмуванні двохвісних і тривісних автомобілів з незаблокованими колесами передньої осі [7];–

одержав рівняння для визначення роботи, чиненої при включенні барабанних гальмівних механізмів [8];–

визначив вплив схеми поділу контурів гальмівного привода двохосьового вантажного автомобіля на ефективність запасної гальмівної системи [9];–

одержав умови стійкості проти заносу в процесі гальмування тривісного вантажного автомобіля при різній послідовності блокування коліс [10]; –

виконав аналіз впливу конструктивних і вагових параметрів на характер розподілу гальмівних сил між осями вантажного автомобіля з міжосьовим диференціалом між середнім і заднім мостами та визначив умови блокування коліс [11].

Апробація результатів дисертації. Дисертаційна робота обговорена на засіданні кафедри автомобілів і кафедри технології машинобудування і ремонту машин Харківського національного автомобільно-дорожнього університету. Основні результати теоретичних і експериментальних досліджень дисертаційної роботи доповідалися на міжнародній науково-технічній конференції "Автомобільний транспорт: проблеми і перспективи" (Севастополь, 2003 р.), міжнародній науково-технічній конференції "Транспорт, екологія - стійкий розвиток" (Болгарія, Варна, 2003 р.), міжнародній науково-технічній конференції "Автомобільний транспорт в XXI столітті" (Харків, 2003 р.), на III Всеросійській науково-технічній конференції "Транспортні системи Сибіру" (Красноярськ, 2005 р.), другій науковій конференції Харківського університету Повітряних Сил "Організація аеродромно-технічного і тилового забезпечення бойових дій авіації" (Харків, 2005 р.), науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу ХНАДУ (2001-2006 р.р.).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в 11 наукових працях, з яких 8 – у спеціальних виданнях, затверджених переліком ВАК України.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг дисертації складає 208 сторінок, в тому числі 53 рисунка на 26 сторінках, 31 таблиця на 14 сторінках, список використаних джерел з 170 найменувань на 16 сторінках і 3 додатки на 12 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі дослідження, викладені положення, що визначають наукову новизну і практичне значення роботи.

У першому розділі розглянуто стан питань, пов'язаних з поліпшенням гальмівних властивостей двохвісних і тривісних вантажних автомобілів. Поліпшення гальмівних якостей автомобілів ведеться у різних напрямках. Одним з них є створення ефективної методики вибору розподілу гальмівних сил між колесами автомобіля. Цій проблемі присвячені роботи Гредескула А.Б., Генбома Б.Б., Дем'янюка В.А., Лиходея А.М., Федосова О.С., Туренка А.М., Богомолова В.О., Подригало М.А., Скутнєва В.М., та інших авторів. В більшості робіт розглядаються питання вибору розподілу гальмівних сил двовісних легкових автомобілів. Критерієм раціональності вибору розподілу гальмівних сил в цих роботах є ступінь використання зчіпної ваги при заданій масі автомобіля. Подальшим розвитком цього напрямку є введення в схему гальмівного привода регуляторів тиску, що робить можливим отримання більш близького до ідеального розподілу гальмівних сил при зміні завантаженості автотранспортного засобу. Такий підхід знайшов відображення в роботах Гредескула А.Б., Генбома Б.Б., Дем'янюка В.А., Федосова О.С., Туренка А.М., Богомолова В.О., Метлюка Н.Ф., Скутнєва В.М., Назарова О.І. та інших.

Іншим напрямком поліпшення гальмівних властивостей автомобіля, якому присвячені роботи Туренко А.М., Богомолова В.О., Кліменко В.І., Метлюка Н.Ф., Денисова А.Г., Щербаня В.А. та інших авторів, є підвищення ефективності роботи гальмівного привода за рахунок вдосконалення конструкції та покращення робочих характеристик його елементів, а також використання на автомобілях нових схем та конструкцій гальмівного привода.

Одним з найважливіших факторів активної безпеки автотранспортних засобів є забезпечення їх курсової стійкості при гальмуванні. Ця проблема, що знайшла відображення в роботах Чудакова Е.А., Антонова Д.А., Кузнецова О.И., Генбома Б.Б., Дем'янюка В.А., Смирнова Г.А., Фєдосова О.С., Подригало М.А., Гецовича Є.М., Волкова В.П., Доброгорського М.В., розглядається в комплексі з проблемою підвищення ефективності гальмування автомобіля.

Аналіз існуючих рішень проблеми поліпшення гальмівних властивостей автомобілів показав наступне:–

вибір постійного розподілу гальмівних сил між колесами проводиться без врахування суттєвої зміни експлуатаційної маси, характерної для вантажних автомобілів;–

при виборі постійного розподілу гальмівних сил між колесами тривісних автомобілів не враховується перерозподіл навантаження на колесах середнього і заднього мостів, яке, в свою чергу, залежить від конструкції задньої підвіски.

Все це може призвести до неповного використання гальмівних можливостей вантажного автомобіля, а також до втрати автомобілем курсової стійкості при гальмуванні.

Відомі методики оцінки курсової стійкості автомобілів потребують удосконалення з метою урахування в них особливостей вантажних автомобілів категорії N3.

Крім того, на більшості автомобілів категорії N3 застосовуються пневматичні гальмівні приводи, які мають відносно низьку швидкодію та високу вартість пневмоагрегатів, яка становить значну частину вартості автомобіля. Тому значна частина досліджень в області пневматичних гальмівних приводів вантажних автомобілів спрямована на підвищення їхньої швидкодії, надійності і зниження вартості. Разом з тим існує резерв поліпшення гальмівних властивостей вантажних автомобілів за рахунок застосування гідравлічного гальмівного привода, який забезпечує більшу стабільність, швидкодію і має менші масу та розміри.

З урахуванням проведеного аналізу сформульовані задачі дослідження.

Другий розділ присвячений проведенню теоретичного дослідження ефективності гальмування вантажного автомобіля. Виконаний прогноз зміни нормативних вимог до ефективності гальмування автомобілів категорії N для різних типів випробувань. Отримані строки введення в дію нових стандартів та значення нормативних параметрів, що містяться в цих стандартах.

Виконана оптимізація розподілу гальмівних сил двохвісних автомобілів та тривісних автомобілів без диференціала між середнім і заднім мостами з урахуванням змінення їх завантаження. В якості критерія оптимізації розподілу використовується середній коефіцієнт використання зчіпної ваги автомобіля в заданому діапазоні значень коефіцієнта зчеплення коліс з дорогою і параметрів завантаження. Цільова функція оптимізації виглядає так

, (1)

граничні умови

, (2)

де – безрозмірні геометричні параметри завантаження автомобіля при вільному завантаженні (параметри автомобіля в знарядженому стані і при повному навантаженні мають позначки "штрих" та "два штриха" відповідно);

; (3)

. (4)

де – відстань від задньої осі до проекції центра мас автомобіля на горизонтальну площину, м;

– висота центра мас автомобіля, м;–

колісна база автомобіля, м;

– коефіцієнт зчеплення коліс з дорогою.

Рішення вираження (1) дозволило визначити параметр , при якому цільова функція має максимальне значення

. (5)

де – розрахункове значення коефіцієнта зчеплення автомобіля у спорядженому стані;

– мінімальне та максимальне значення коефіцієнтів зчеплення.

З урахуванням рівнянь (3), (4) вираження (5) має вигляд

. (6)

де a – відстань від передньої осі до проекції центра мас автомобіля на горизонтальну площину, м.

Після підстановки рівняння (6) у відому формулу, запропоновану Гредескулом А.Б., отримаємо оптимальне значення коефіцієнта розподілу гальмівних сил

. (7)

Розрахунок коефіцієнта розподілу гальмівної сили для автомобіля Урал-4320 при і показав, що для нього оптимальним є вопт=0,53.

Розподіл гальмівних сил між осями впливає на гальмівні властивості автомобілів, бо впливає на черговість блокування коліс різних осей і, отже, на стійкість і керованість машини при гальмуванні.

Для тривісних автомобілів розподіл гальмівних сил характеризується коефіцієнтом вд, що показує частку гальмівних сил, що припадають на передню вісь тривісного автомобіля, і коефіцієнтом гд, що показує частку гальмівних сил балансирного візка, що припадають на середню вісь тривісного автомобіля

. (8)

В роботі визначено ідеальний розподіл гальмівних сил між осями тривісного автомобіля, при якому забезпечується одночасне доведення до межі блокування всіх коліс, а також визначена черговість блокування коліс різних осей при відмінності дійсного розподілу гальмівних сил від ідеального.

Розподіл гальмівних сил між колесами розглянуто на прикладі автомобіля Урал-4320 (рис. 1), що має конструкцію ходової частини, характерну для автомобілів категорії N3, при існуючому коефіцієнті і отриманому в роботі оптимальному коефіцієнті .

Відмінність дійсних коефіцієнтів розподілу гальмівних сил між осями і від ідеальних значень і призводить до різночасності блокування коліс. При цьому можливі різні варіанти черговості блокування коліс різних осей.

В роботі отримані умови різної черговості блокування коліс тривісного автомобіля з міжосьовим диференціалом між середнім і заднім мостами та проведений аналіз можливих варіантів блокування коліс при гальмуванні автомобіля Урал-4320.

споряджений автомобіль;

повністю навантажений автомобіль

Рис.1. Характеристики розподілу гальмівних сил між осями автомобіля

Урал-4320

У тривісних вантажних автомобілів розподіл гальмівних сил між осями вибирається, як правило, таким чином, що дид у всьому діапазоні зміни коефіцієнта зчеплення як при повному завантаженні, так і у спорядженому стані.

При такому значенні коефіцієнта д доцільними є варіанти черговості блокування коліс осей 2-1-3 та 3-1-2 або їхні окремі випадки 2-(1,3) і 3-(1,2). Така черговість дозволяє забезпечити як стійкість, так і керованість автомобіля при гальмуванні на межі блокування другої або третьої осі відповідно.

Аналіз діаграм розподілу гальмівних сил автомобіля Урал-4320 (рис. 2) дозволив виявити зони значень коефіцієнта гд , при яких може бути отримана бажана раціональна послідовність блокування коліс автомобіля.

Доцільним є прийняття д= 0,8, при якому вигідна черговість блокування спостерігається практично у всьому діапазоні значень для спорядженого і повністю навантаженого автомобіля крім зони < 0,277, у якій спостерігається черговість блокування 1-2-3, що також забезпечує стійкість автомобіля при гальмуванні.

Проведена порівняльна оцінка ефективності гальмування автомобіля (рис.3) при різних значеннях д і д. показала, що при існуючій схемі підвіски, установка міжосьового диференціала між мостами балансирного візка в поєднанні з забезпеченням д= 0,53 не призведе до погіршення ефективності гальмування автомобіля Урал-4320.

Крім того, складаються умови для підвищення стійкості автомобіля при гальмуванні за рахунок реалізації черговості блокування коліс 3-1-2 (д 0,248).

а б

споряджений автомобіль;

повністю навантажений автомобіль

Рис. 2. Залежності і від коефіцієнта : а – при д=0,333; б – при д=0,530

а б

споряджений автомобіль;

повністю навантажений автомобіль

Рис.3. Залежність коефіцієнта використання зчіпної ваги автомобіля Урал-4320 від коефіцієнта зчеплення: а - при д=опт= 0,530; б - при д= 0,333; 1 - при блокованому приводі коліс другого і третього мостів; 2 - при черговості блокування 2-1-3; 3 - при черговості блокування 3-1-2; 4 - при випереджальному блокуванні передніх коліс.

При існуючій конструкції підвіски автомобіля Урал-4320 і встановленим між середнім і заднім мостами диференціалом раціональними є значення коефіцієнтів д= 0,530 і д= 0,805, які забезпечують найбільш вигідну з погляду ефективності гальмування і стійкості черговість блокування коліс автомобіля (2-1-3).

В роботі окреслені чотири фази процесу екстреного гальмування тривісного автомобіля з міжосьовим диференціалом у приводі між середнім і заднім мостами: гальмування без блокування коліс (перша фаза); гальмування із заблокованими колесами однієї осі (друга фаза); гальмування із заблокованими колесами двох осей (третя фаза); гальмування з усіма заблокованими колесами (четверта фаза).

Визначені параметри розподілу гальмівних сил і ступінь використання зчіпної ваги автомобіля в різних фазах процесу гальмування, а також гальмівні сили на осях, що характеризують перехід від однієї фази блокування до іншої при різній черговості блокування коліс.

Отримані залежності дозволяють визначити границі фаз процесу гальмування тривісного вантажного автомобіля з міжосьовим диференціалом у приводі між середнім і заднім мостами, а також описати зміну розподілу гальмових сил між осями в кожній фазі процесу гальмування.

В третьому розділі проведена оцінка курсової стійкості вантажних автомобілів.

Отримано формулу для розрахунку максимальної безпечної швидкості гальмування тривісного автомобіля з усіма заблокованими колесами, при якій занос не розвивається

, (9)

де – радіус інерції автомобіля відносно вертикальної осі;

– висота центра мас автомобіля, м;–

коефіцієнт, що враховує перерозподіл вертикальних реакцій між колесами середньої і задньої осі;

– коефіцієнт безпеки.

Отримано також формулу для розрахунку безпечної швидкості руху тривісного автомобіля з незаблокованими передніми колесами, при якій занос не розвивається

, (10)

де – коефіцієнт зміни максимальної безпечної швидкості тривісного автомобіля,

Аналіз результатів розрахунків максимальної безпечної початкової швидкості гальмування автомобіля Урал-4320 у тривісному і двохосьовому виконанні (рис. 4а) показав, що, у випадку гальмування тривісного автомобіля з усіма заблокованими колесами, зі збільшенням відбувається зменшення . Тому курсова стійкість тривісного автомобіля зі збільшенням коефіцієнта зчеплення коліс з дорогою поліпшується. Двохосьовий варіант автомобіля Урал-4320 має гіршу курсову стійкість у порівнянні з автомобілем у стандартному тривісному виконанні. Аналіз результатів розрахунку максимальної безпечної початкової швидкості гальмування автомобіля Урал-4320 у тривісному і двохосьовому виконанні (рис. 4б) показав, що у випадку гальмування з незаблокованими передніми колесами двохосьовий варіант автомобіля Урал-4320 має кращу курсову стійкість у порівнянні з автомобілем у стандартному тривісному виконанні.

а б––––

- тривісне виконання;–

– – - двохосьове виконання;

Рис. 4. Залежність безпечної початкової швидкості гальмування автомобіля

Урал-4320 від коефіцієнта зчеплення: а – при гальмуванні з усіма заблокованими колесами; б – при гальмуванні з незаблокованими передніми колесами; 1 - повністю навантажений автомобіль; 2 - споряджений автомобіль

Відомо, що відмінність вертикальних реакцій на колесах однієї осі може вплинути на стійкість автомобіля при гальмуванні. Тому в роботі проведена оцінка курсової стійкості тривісного автомобіля з усіма заблокованими колесами з урахуванням перерозподілу вертикальних реакцій.

При складанні схеми руху автомобіля прийняте допущення про те, що бічні складові лінійних швидкостей у точці контакту коліс з дорогою невеликі, і ними можна зневажити. У такому випадку рівняння обертового руху в площині дороги має такий вигляд

(11)

Рішення цього рівняння дозволило зробити висновок про те, що стійкість тривісного автомобіля з міжосьовим диференціалом середнього і заднього мостів залежить від величини бази задньої підвіски і співвідношення вертикальних реакцій на її колесах.

У четвертому розділі проведене теоретичне дослідження можливості поліпшення гальмівних якостей вантажного автомобіля удосконаленням гальмівного привода.

За умовами забезпечення активної безпеки гальмівний привод повинен мати не менше двох незалежних контурів.

У роботі виконаний аналіз можливих варіантів схем поділу контурів гальмівного приводу вантажних автомобілів, проведено оцінку ефективності гальмування автомобіля різними контурами гальмівного привода, встановлені умови використання схем розподілу контурів на двовісних автомобілях (рис. 5).

Рис. 5. Зони можливого використання схем поділу контурів гальмівного привода двохосьових вантажних автомобілів: 1 - УАЗ-452; 2 - УАЗ-451;

3 - ГАЗ-52-03; 4 - ГАЗ-53А; 5 - ГАЗ-66; 6 - ЗиЛ-4505; 7 - ЗиЛ-4331;

8 - КАЗ-4540; 9 - МАЗ-53371; 10 - Камаз-5325; 11 - Белаз-540

Виконаний прогноз перспективи застосування кожної з схем при двохосьовому і тривісному виконанні машини, виходячи з тенденції зміни нормативів ефективності гальмування запасною гальмівною системою.

Аналіз положень центрів мас двохосьових вантажних автомобілів різних моделей і різних років випуску показує, що, на сьогоднішній день, для більшості машин перспективної є схема з дублюванням контурів гальмівного привода на всі колеса. Для повнопривідних автомобілів, у випадку застосування блокованого привода ведучих коліс різних мостів, використання кожної із можливих схем дозволить забезпечити необхідну ефективність гальмування запасної гальмівної системи.

Аналіз ефективності застосування схем поділу контурів на тривісних автомобілях з міжосьовим диференціалом балансирного візка дозволив виявити схеми, які не забезпечують виконання вимог до ефективності гальмування запасною гальмівною системою і не можуть застосовуватися на автомобілі Урал.

Прагнення підвищити надійність гальмівної системи призводить до необхідності дублювання контурів гальмівного привода. Це, у свою чергу, призводить до збільшення загальної довжини трубопроводів і, як наслідок, до збільшення витрат енергії на приведення в дію гальмівного привода. В реальній гальмівній системі про ефективність гальмівного приводу можна судити по витратах енергії на деформацію трубопроводів і стискання робочого тіла (рідини або повітря) в ньому. Ці витрати залежать від схеми розподілу контурів гальмівного привода і можуть бути одним з критеріїв вибору його раціонального варіанта.

В роботі отримані залежності для розрахунку затрат енергії на деформацію в трубопроводах. Аналіз розрахунків показав (рис. 6), що витрати роботи на деформацію в трубопроводі гідроприводу в 50 разів менше, ніж у трубопроводі пневмоприводу.

Розрахунок загальної довжини трубопроводів гальмівного привода в залежності від схеми поділу контурів гальмівного привода вантажного автомобіля показав, що тривісний автомобіль має більшу довжину трубопроводів гальмівного привода, чим двохосьовий автомобіль з подібними геометричними параметрами при будь-якій схемі поділу контурів. Перехід з тривісного варіанта автомобіля Урал-4320 на двохосьовий дозволить в 1,3 рази знизити витрати на деформації в трубопроводах гальмівного привода, що є вагомим чинником при використанні пневматичного гальмівного привода;

а б

Рис.6. Залежність питомої роботи деформації гідроприводу (а) і пневмоприводу (б) від тиску рідини: 1 – при d=4 мм, 0=1мм, сж=0,60710–9 м2/Н; 2 – при d=6 мм, 0=1мм, сж=0,60710–9 м2/Н; 3 – при d=18 мм і 0=1,5мм; 4 – при d=16 мм і 0=1,5мм; 5 – при d=14 мм й 0=1,0мм; 6 – при d=12 мм й 0=1,0мм.

П’ятий розділ присвячений експериментальному дослідженню гальмівних властивостей автомобілів Урал (рис. 7).

На першому етапі проводилась порівняльна оцінка гальмівних властивостей тривісних автомобілів Урал-4320 стандартної комплектації, тривісних автомобілів Урал-4320 з імітацією міжосьового диференціала (карданний вал між мостами балансирного візка відсутній), тривісних автомобілів Урал-4320 з імітацією міжосьового диференціала та зміненим коефіцієнтом розподілу гальмівних сил між середнім і заднім мостами, а також автомобілів Урал у двохосьовому виконанні.

а б

Рис. 7. Дорожні випробування тривісного (а) і двохосьового (б) автомобілів Урал

Для зміни існуючого розподілу гальмівних сил між осями балансирного візка автомобіля були внесені зміни в конструкцію колісних циліндрів заднього моста, які дозволили знизити у два рази зусилля притиснення колодок та, відповідно, гальмовий момент на колесах. Таким чином, коефіцієнт розподілу гальмівних сил між осями балансирного візка такого автомобіля підвищився з 0,5 до 0,67.

Для проведення експериментального дослідження був розроблений вимірювально-реєструючий комлекс (рис. 8).

Рис. 8. Схема вимірювально-реєструючого комплексу

Аналіз отриманих експериментальних даних (рис. 9) показав, що у всіх випробуваних автомобілів Урал спостерігається випереджальне блокування коліс задніх осей, що підвищує ймовірність заносу автомобіля при гальмуванні.

У випадку відсутності кінематичного зв'язку між середнім і заднім мостами тривісного автомобіля, його ефективність гальмування підвищується, а курсова стійкість при гальмуванні знижується в порівнянні з базовим варіантом тривісного автомобіля.

Зниження гальмівного моменту на колесах задньої осі тривісного автомобіля за рахунок конструктивних змін дозволило одержати дійсний розподіл гальмівних сил між осями, при якому першим блокуються колеса середнього моста. При цьому знизилася величина кута розвороту автомобіля при гальмуванні, в порівнянні з попередніми варіантами, й досягла величини курсового кута розвороту двохосьового автомобіля.

Автомобіль у двохосьовому виконанні має кращу курсову стійкість і ефективність гальмування.

а б

Рис. 9. Залежність середнього значення гальмівного шляху (а) і середнього значення кута заносу (б) від початкової швидкості гальмування:

1 - двохосьовий автомобіль; 2 - тривісний автомобіль без міжосьового диференціалу; 3 - тривісний автомобіль з міжосьовим диференціалом та гд=0,5; 4 - тривісний автомобіль з міжосьовим диференціалом та гд=0,67

На другому етапі проводилось порівняння гальмівних властивостей двохосьового автомобіля Урал із пневмогідравлічним і гідравлічним комбінованим гальмівним приводом. Зміни конструкції гальмівного привода полягали в заміні елементів пневматичного підсилювача на елементи гідравлічного підсилювача гальм (рис. 10)

Рис.10. Схема комбінованого гідравлічного гальмівного привода: 1 - Насос гідропідсилювача керма; 2 - Гальмівний кран; 3 - Гідропідсилювачі гальма з головними гальмівними циліндрами в зборі; 4 - Колісні гальмівні циліндри;

5 - Розподільник рульового керування; 6 - Силовий циліндр підсилювача керма

Порівняльний аналіз результатів гальмівних випробувань автомобілів Урал показав, що при однаковому часі спрацьовування приводів (0,2 с) час наростання тиску в гідропідсилювачі більше. Крім того, відрізняється характер наростання тиску. Тиск у пневмопідсилювачі досягає за той же час більших значень, чим у гідропідсилювачі, що пов'язано з характеристикою насоса гідропідсилювача керма.

ВИСНОВКИ

1. Існує резерв поліпшення гальмівних властивостей вантажних автомобілів за рахунок удосконалювання методики вибору розподілу гальмівних сил між осями з урахуванням зміни значень коефіцієнта зчеплення коліс із дорогою і завантаження машин. Поліпшення гальмівних властивостей вантажних автомобілів можливо за рахунок використання гідравлічного гальмівного привода і правильного вибору схеми поділу контурів.

2. Отримано залежність, що дозволяє визначити оптимальне значення коефіцієнта розподілу гальмівної сили на передню вісь за критерієм середнього коефіцієнта використання зчіпної ваги для двохосьових і тривісних вантажних автомобілів з урахуванням зміни завантаження. Для автомобіля Урал-4320 зазначене оптимальне значення коефіцієнта розподілу становить опт=0,53.

3. Наявність міжосьового диференціала в трансмісії між середнім і заднім мостами автомобіля Урал-4320 приводить до різночасності блокування коліс і, як наслідок, до зміни курсової стійкості та ефективності гальмування. Отримано математичні моделі для чотирьох фаз гальмування, що характеризують різну черговість блокування коліс тривісного автомобіля.

4. Отримані умови та діаграми черговості блокування коліс тривісного автомобіля з міжосьовим диференціалом дозволили визначити значення коефіцієнтів розподілу гальмівних сил, що забезпечують раціональну черговість блокування 2-1-3 (середній – передній - задній мости) і 3-1-2 (задній – передній – середній мости). Для автомобіля Урал-4320 черговість блокування 2-1-3 може бути реалізована при д =опт=0,530 і д =0,805–0,920, а черговість блокування 3-1-2 при д =опт=0,530 і д =0,215–0,248. Черговість блокування 2-1-3 дозволяє забезпечити найкращі показники стійкості автомобіля проти заносу в процесі гальмування.

5. Порівняльний аналіз показників стійкості при заносі в процесі гальмування двохвісних і тривісних автомобілів показав, що при випереджальному блокуванні задніх коліс двохосьовий автомобіль має більшу стійкість, чим тривісний.

6. Запропонований коефіцієнт стійкості проти заносу дозволяє оцінити вплив конструктивних параметрів автомобіля на стійкість автомобіля проти заносу в процесі гальмування. При черговості блокування коліс 2-1-3 автомобіль Урал-4320 має більшу стійкість проти заносу в процесі гальмування, чим при черговості блокування коліс 3-1-2.

7. Проведений аналіз дозволив визначити можливі схеми поділу контурів гальмівного привода двох і тривісних вантажних автомобілів, а також зробити оцінку ефективності їх запасної гальмівної системи. Ефективність запасної гальмівної системи автомобіля Урал-4320 з блокованим приводом середнього і заднього мостів буде задовольняти нормативним вимогам до 2047 року.

8. Проведений порівняльний аналіз сумарних витрат енергії на деформацію елементів трубопроводу гальмівного привода показав, що перехід з пневматичного на гідравлічний гальмівний привод знижує ці витрати приблизно в 50 разів. Перехід з тривісного виконання автомобіля Урал-4320 на двохосьове дозволяє в 1,3 рази знизити сумарні витрати енергії на деформацію в трубопроводах гальмівного привода.

9. Проведені експериментальні дослідження динаміки гальмування двохосьових і тривісних автомобілів Урал-4320 підтвердили більш високу ефективність гальмування і курсову стійкість двохосьових машин. При відсутності кінематичного зв'язку між середнім і заднім мостами (імітації міжосьового диференціала) і зниженні в 2 рази гальмівного моменту на колесах задньої осі кут розвороту при гальмуванні тривісного автомобіля зменшується при незначній зміні гальмового шляху.

10. Результати експериментального дослідження підтвердили можливість використання на автомобілях сімейства Урал гідравлічного комбінованого гальмівного привода. Визначено, що для підвищення швидкодії та зниження навантаженості живильного насоса необхідне включення в схему гальмівного привода гідравлічного акумулятора енергії.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Байцур М.В. Выбор рационального распределения тормозных сил между осями автомобиля по критерию среднего замедления. Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. Петра Василенка. Випуск 41.- Харків, 2005.- С. 135-139.

2. Байцур М.В. Влияние распределения тормозных сил между осями на эффективность торможения автомобиля Урал-4320. Вестник НТУ “ХПИ”. Сборник научных трудов. Тематический выпуск “Автомобиле- и тракторостроение”.– Харьков: НТУ “ХПИ”.- 2005.- №10, С. 123-129.

3. Байцур М.В. Оценка устойчивости автомобиля против заноса в процессе торможения. Вестник НТУ “ХПИ”. Сборник научных трудов. Тематический выпуск “Автомобиле- и тракторостроение”.– Харьков: НТУ “ХПИ”.- 2006.- №6, С. 119-124.

4. Волков В.П., Байцур М.В. Формирование нормативных требований к эффективности торможения грузовых автомобилей. Сборник научных трудов. Тематический выпуск “Автомобиле- и тракторостроение”.– Харьков: НТУ “ХПИ”.- 2003.- №4.- С. 104-111 (автором виконано прогноз зміни нормативних вимог до ефективності гальмування АТС категорій N).

5. Волков В.П., Байцур М.В. Оптимизация распределения тормозных сил между осями с учетом различных загрузок автомобиля./ Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету, 2003, №4 (21).– С.106-108 (автор запропонував критерій оптимізації постійного розподілу гальмівних сил автомобіля і визначив оптимальне значення коефіцієнта розподілу гальмівної сили на передню вісь для автомобіля Урал-4320 з урахуванням зміни завантаження і коефіцієнта зчеплення коліс з дорогою).

6. Волков В.П., Байцур М.В., Павленко В.А., Михайлов В.И. Выбор рационального распределения тормозных сил между осями трехосного автомобиля// Автомобильный транспорт. Сборник научных трудов. Выпуск 14. – Харьков: ХНАДУ.- 2004. – С.5-12 (автором проведена порівняльна оцінка ефективності гальмування тривісного автомобіля при різних варіантах блокування коліс і здійснений вибір раціонального розподілу гальмівних сил між колесами осей тривісного автомобіля з міжосьовим диференціалом між середнім і заднім мостами).

7. Волков В.П., Байцур М.В. Сравнительный анализ устойчивости двух- и трехосных грузовых автомобилей в процессе торможения. Автомобильный транспорт. Сборник научн. трудов. Выпуск 13.– Харьков: Изд-во ХНАДУ, 2003.- С. 113-116 (автором проведена порівняльна оцінка курсової стійкості при гальмуванні двохвісних і тривісних автомобілів з незаблокованими колесами передньої осі).

8. Волков В.П., Миленин А.Н., Байцур М.В. Определение работы, выполняемой при включении барабанных тормозных механизмов// Вестник ХНАДУ. Сборник научных трудов. Выпуск 23. – Харьков: Изд-во ХНАДУ. – 2003. – С. 36-38 (автором отримані рівняння для визначення роботи, чиненої при включенні барабанних гальмівних механізмів).

9. Волков В.П., Байцур М.В. Тормозные свойства грузовых автомобилей при аварийном торможении и различных схемах разделения контуров тормозного привода. Транспорт, экология – устойчивое развитие. Эковарна’ 2003 15-17 мая 2003 года. // Материалы IX-й научн.-техн. конф.– Варна.-2003.- С. 156-159 (автором визначений вплив схеми поділу контурів гальмівного привода двохвісного вантажного автомобіля на ефективність запасної гальмівної системи).

10. Волков В.П., Байцур М.В. Оценка устойчивости трехосных грузовых автомобилей против заноса в процессе торможения. Транспортные системы Сибири// Материалы III Всероссийской научно-технической конференции 24-25 ноября 2005 г. – Красноярск: ИПЦ КГТУ.- 2005. – С. 44-46 (автором визначені умови стійкості проти заносу в процесі гальмування тривісного вантажного автомобіля при різній послідовності блокування коліс).

11. Волков В.П., Байцур М.В. Распределение тормозных сил трехосных автомобилей с балансирной подвеской среднего и заднего мостов. Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы. г. Севастополь, 15-20 сентября 2003 г. // Материалы VI-й междунар. научн.-тех. конф.,– Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2003.- С. 136-141(автором виконано аналіз впливу конструктивних і вагових параметрів на характер розподілу гальмівних сил між осями вантажного автомобіля з міжосьовим диференціалом між середнім і заднім мостами та визначено умови блокування коліс).

АНОТАЦІЯ

Байцур М.В. Поліпшення гальмівних властивостей автомобілів категорії N3 при їх конверсії. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.02 – автомобілі та трактори. – Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2007.

Дисертація присвячена актуальному питанню – поліпшення гальмівних властивостей вантажних автомобілів за рахунок раціонального вибору гальмівних сил та типу гальмівного привода.

Запропонована методика оптимізації розподілу гальмівних сил двовісного і тривісного вантажних автомобілів.

Розроблена математична модель руху тривісного автомобіля при гальмуванні та виконаний порівняльний аналіз курсової стійкості при гальмуванні тривісного та двовісного вантажного автомобіля.

Запропонована методика оцінки стійкості автомобіля проти заносу в процесі гальмування та виконаний порівняльний аналіз стійкості проти заносу тривісного та двовісного вантажного автомобіля.

Проведена порівняльна оцінка ефективності гальмівного привода за втратами енергії на деформацію в трубопроводах та за ступенем використання гальмівних сил при гальмуванні запасною гальмівною системою.

Основні результати теоретичних досліджень підтверджені експериментальними дослідженнями динаміки гальмування автомобілів Урал в двовісному та тривісному виконанні.

Ключові слова: вантажний автомобіль, процес гальмування, ефективність гальмування, курсова стійкість, гальмівний привод.

АННОТАЦИЯ

Байцур М.В. Улучшение тормозных свойств автомобилей категории N3 при их конверсии. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.02 – автомобили и тракторы. – Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, 2007.

Диссертация посвящена актуальной проблеме – улучшение тормозных свойств грузовых автомобилей за счет рационального выбора тормозных сил и типа тормозного привода.

В работе выполнен прогноз изменения нормативных значений замедления АТС категорий N при различных типах испытаний, а также прогноз сроков внесения соответствующих изменений в действующие стандарты.

Предложена методика выбора постоянного распределения тормозных сил между колесами двухосных грузовых автомобилей и трехосных грузовых автомобилей, не имеющих межосевого дифференциала между мостами балансирной тележки, с учетом изменяющейся загрузки и коэффициента сцепления колес с дорогой.

Показано, что у автомобилей категории N3 распределение тормозных сил не оптимально, что приводит к ухудшению их тормозных свойств. Показано, что установка межосевого дифференциала между мостами балансирной тележки трехосных автомобилей влияет на их тормозные свойства. Определены условия получения различной очередности блокирования колес. Предложена методика выбора рационального распределения тормозных сил между колесами балансирной тележки трехосного автомобиля, позволяющая получить рациональную очередность блокирования колес при торможении, при которой сохраняются курсовая устойчивость и управляемость, и не снижается тормозная эффективность автомобиля.

Выполнено математическое описание и определены границы четырех фаз процесса торможения трехосного автомобиля с межосевым дифференциалом между мостами балансирной тележки.

Разработана математическая модель движения трехосного автомобиля при заносе в процессе торможения со всеми заблокированными колесами и при торможении с заблокированными колесами мостов балансирной тележки. По предложенной методике проведена сравнительная оценка устойчивости в процессе торможения трехосных и двуосных автомобилей Урал.

Проведена оценка устойчивости при торможении с учетом перераспределения вертикальных реакций между бортами трехосного автомобиля. Показано, что трехосный автомобиль при торможении со всеми заблокированными колесами не обладает устойчивостью, и на величину возникающего углового ускорения значительное влияние оказывает схема подвески среднего и заднего мостов.

Предложена методика оценки устойчивости автомобилей против заноса в процессе торможения. Критерием оценки предложен коэффициент устойчивости, представляющий собой отношение момента сопротивления заносу к возмущающему моменту. Выполнен анализ устойчивости против заноса в процессе торможения двухосных и трехосных автомобилей. Показано, что для повышения устойчивости двухосного автомобиля необходимо стремиться к созданию опережающего блокирования передних колес, а устойчивость трехосного автомобиля зависит от очередности блокирования колес различных осей.

Выполнено исследование эффективности применения на автомобиле категории N3 различных схем разделения контуров и типов тормозного привода, с точки зрения полноты использования сцепного веса автомобиля и затрат энергии на деформации в трубопроводах тормозного привода. Определены предельные сроки применения на автомобиле категории N3 различных схем разделения контуров тормозного привода.

Проведено экспериментальное исследование тормозных свойств трехосных и двухосных автомобилей Урал, позволившее получить качественное подтверждение основных результатов теоретического исследования.

Проведено экспериментальное исследование тормозных свойств двухосного автомобиля Урал, оборудованного гидравлическим комбинированным тормозным приводом.

Ключевые слова: грузовой автомобиль, процесс торможения, эффективность торможения, курсовая устойчивость, тормозной привод

ABSTRACT

Baytsur M.V. The improvement of brake properties of automobiles of category N3 at their conversion. - Manuscript.

Dissertation for the degree of Candidate of Science (Technology), Speciality 05.22.02 - Automobiles and tractors. - Kharkiv National Automobile and Highway University, Kharkiv, 2007.

The dissertation is devoted to the actual problem – namely the improvement of brake properties of trucks due to a rational