КУЗНЄЦОВ Руслан Михайлович

УДК 629. 113

ПОКРАЩАННЯ ПОКАЗНИКІВ СТІЙКОСТІ

ТРИЛАНКОВИХ АВТОПОЇЗДІВ У ГРАНИЧНИХ

РЕЖИМАХ РУХУ

Спеціальність 05.22.02 – автомобілі і трактори

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Київ – 2007

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, професор Подригало М.А.,

Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри "Технологія машинобудування і ремонту манган";

кандидат технічних наук, доцент Зав'ялова Л.І., Полтавський державний технічний університет ім. Ю.Кондратюка, доцент кафедри "Теоретична і прикладна механіка"

Захист відбудеться “ 26 ” жовтня 2007 р. о 10-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .059.03 в Національному транспортному університеті за адресою: 01010, м. Київ, вул. Суворова,1, аудиторія 333.

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

Автореферат розісланий “ 25 ” вересня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О.К.Грищук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Україна, ставши на шлях інтеграції в європейську та світову економічні системи, впроваджує в життя Програму створення і функціонування національної мережі міжнародних транспортних коридорів. Завдяки географічному положенню України через її територію проходять чотири із дев'яти трансєвропейських транспортних коридорів, в яких велика частка вантажів буде перевозитися багатоланковими автомобільними поїздами. Використання таких автопоїздів повинно бути підтверджено не тільки прогресивним транспортним законодавством, але і вирішенням певних технічних проблем, спрямованих на забезпечення високої продуктивності автопоїздів і всього транспортного потоку. Основними з таких проблем є необхідність забезпечення максимальної відповідності автопоїзда конкретним умовам експлуатації, можливості формування автопоїздів великої вантажопідйомності з наявного рухомого складу без суттєвої зміни його конструкції. Можливості використання таких автопоїздів обмежені також необхідністю вирішення низки проблем, пов’язаних з безпекою їх руху і, перш за все, із забезпеченням стійкості як у тяговому за максимальної швидкості руху, так і гальмівному режимі за цієї швидкості руху. При цьому дуже важливо забезпечити стійкість транспортного засобу у цих граничних режимах руху з тим, щоб він залишався в межах габаритного коридору.

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 U003341, що виконуються кафедрою “Автомобілі” Національного транспортного університету.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є покращання показників стійкості триланкових сідельно-причіпних автопоїздів різних компонувальних схем у граничних режимах руху шляхом вибору оптимальних конструктивних параметрів тягача і причіпних ланок.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються наступні задачі:

I. Вибір і обгрунтування основних оціночних показників стійкості триланкового сідельно-причіпного автопоїзда у граничних режимах руху.

2. Розробка математичної моделі курсового руху авто-поїзда, що забезпечує прийнятну оцінку показників стійкості у граничних режимах руху.

3. Проведення розрахунково-теоретичних досліджень для визначення і порівняльної оцінки рівня стійкості триланкових сідельно-причіпних автопоїздів різного складу і конструкції у граничних режимах руху за вибраними оціночними показниками.

4. Кількісна оцінка ступеня впливу експлуатаційних і конструктивних параметрів на показники стійкості триланкового сідельно-причіпного автопоїзда у граничних режимах руху і на цій основі розроб-ка конкретних заходів і рекомендацій щодо поліпшення безпеки їх руху.

5. Проведення експериментальних досліджень стійкості руху триланкових сідельно-причіпних автопоїздів у тяговому і гальмівному режимах, перевірка та оцінка точності і адекватності математичної моделі

6. Обгрунтування заходів і рекомендацій, реалізація яких забезпечить заданий рівень стійкості триланкового сідельно-причіпного автопоїзда у граничних режимах руху як на стадії проектування, так і експлуатації.

Об’єкт дослідження – стійкість руху триланкових сідельно-причіпних автопоїздів у граничних режимах руху.

Предмет дослідження – вплив компонувальних і масових параметрів триланкових сідельно-причіпних автопоїздів на показники стійкості в граничних режимах руху.

Методи дослідження передбачали математичне моделювання руху триланкових сідельно-причіпних автопоїздів у тяговому та гальмівному режимах, багатоваріантні розрахунки на персональному комп’ютері (ПК) показників стійкості руху у цих режимах за різних масових і компонувальних параметрів ланок автопоїзда, а також експериментальне визначення прийнятих показників.

Наукова новизна одержаних результатів.

На основі розробленої багатомасової просторової математичної моделі керованого руху автопоїзда визначені оціночні показники стійкості у граничних режимах руху триланкових сідельно-причіпних автопоїздів. Досліджені диференціальні рівняння руху триланкових сідельно-причіпних автопоїздів перспективних схем як на стадії проектування, так і при оцінці існуючих зразків.

Проаналізовано вплив напрямного пристрою підвіски ланок автопоїзда на реакції опорної поверхні на колеса його осей і встановлено, що бортове довантаження коліс осей призводить до збільшення поперечних сил на окремих ланках автопоїзда в результаті чого за обраних швидкостей руху зменшується радіус колової траєкторії і погіршується стійкість руху.

Визначена початкова максимальна швидкість автопоїзда за якої ще забезпечується стійкість в процесі гальмування, проаналізовано вплив компонувальної схеми триланкового сідельно-причіпного автопоїзда, конструктивних та експлуатаційних факторів на величину цієї швидкості.

Практичне значення результатів дослідження полягає у можливості використання розроблених математичних моделей для дослідження стійкості руху триланкових сідельно-причіпних автопоїздів у граничних режимах руху.

Розроблена методика і програми розрахунку критичних швидкостей руху можуть бути використані для оцінки поперечної гори-зонтальної стійкості триланкових сідельно-причіпних автопоїздів при їх конструюванні і створенні нових зразків, а також для вибору безпечних умов і режимів їх руху.

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 триланкових автопоїздів різних компонувальних схем і підтверджується задовільним збігом результатів аналітичних і експериментальних досліджень, а також узгодженням їх із результатами, отриманими іншими авторами.

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати, що виносяться на захист, отримані здобувачем самостійно та опубліковані у 12 наукових працях. Роботи [1, 8] написані самостійно. У роботах виконаних у співавторстві здобувачу належать: у роботі 2 проаналізовані конструкції тягово-зчіпних пристроїв; у роботі 3 – визначені параметри руху “пряма” та критична швидкість руху триланкових сідельно-причіпних автопоїздів; у роботі 4 – проведено розрахунки максимальної швидкості руху триланкових автопоїздів; у роботі 5–розроблені програма і методика випробувань автопоїзда; у роботі 6 –виконано аналіз результатів експериментальних досліджень триланкового автопоїзда за колового руху; у роботі 7 –проведено аналіз результатів експериментальних досліджень щодо криволінійного руху триланкового сідельно-причіпного автопоїзда; у роботі 9 – визначені показники стійкості триланкового автопоїзда; у роботі 10 –проаналізовано вплив конструктивних і компонувальних параметрів триланкового автопоїзда на показники його стійкості руху; у роботі 11 – розроблена математична модель для визначення показників стійкості триланкового автопоїзда; у роботі 12 –проведено аналіз показників стійкості руху дво- та триланкових автопоїздів; у роботі 13 –визначені показники стійкості триланкового автопоїзда у неусталених режимах руху; у роботі 14 –оснащення автопоїзда для визначення показників стійкості руху; у роботі 15 – проаналізовано вплив конструктивних параметрів автопоїзда на критичну швидкість руху; роботі 16 – розроблено математичну модель оцінки впливу підвіски на стійкість триланкових автопоїздів.

Апробація результатів роботи.  Результати роботи доповідались та обговорювались на наукових конференціях професорсько-викладацького складу і студентів Національного транспортного університету (Київ НТУ 2004-2006 рр.); на міжнародних науково-технічних конференціях “Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы” (Севастополь СевНТУ, 2005, 2006 рр.); "Управління безпекою та якістю транспортних засобів і перевезень" (Київ, 2004).

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

Реалізація роботи. Матеріали дисертації прийняті до використання в АСМАП України при створенні триланкового причіпного автопоїзда та дослідній його експлуатації, а також відділом конструкторських розробок та науково-технічних експертиз ДП “ДержавтотрансНДІпроект”.

Структура та обсяг роботи. Дисертація містить у собі перелік умовних позначень, вступ, основну частину, яка складається з чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел з 166 найменувань. Повний обсяг дисертації складає 176 сторінок, з них 143 сторінки основного тексту, 49 рисунків, 15 таблиць та два додатки на 2 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність теми, представлено загальну характеристику роботи, визначено мету і задачі дослідження, показано наукову новизну і практичне значення отриманих результатів дослідження.

У першому розділі проаналізовані фактори, що впливають на стійкість триланкових сідельно-причіпних автопоїздів у граничних режимах руху. Критичний огляд стану питання визначив відсутність комплексного системного підходу та цілісної методики для визначення показників стійкості триланкових сідельно-причіпних автопоїздів у граничних режимах руху, чим стримується розробка і пошук оптимальних рішень щодо їх конструкцій.

У другому розділі розроблена математична модель триланкового сідельно-причіпного автопоїзда. Диференціальні рівняння плоскопаралельного руху у горизонтальній площині доповнені рівняннями руху у поздовжньо-вертикальній і поперечній площинах.

Рівняння плоскопаралельного руху для триланкового сідельно-причіпного автопоїзда записані у вигляді:

- по змінній v

- по змінній u

- по змінній ?

Рис. 1. Схема сил і моментів, що діють на триланковий автопоїзд

- по змінній ?1

- по змінній ?2

(1)

Рівняння руху у поздовжньо-вертикальній і поперечній площинах:

Рис. 2. Схема сил і моментів, що діють на триланковий сідельно-причіпний

автопоїзд у поздовжньо-вертикальній площині

- по змінній z

- по змінній

- по змінній ?:

- по змінній 1

- по змінній ?1:

(2)

- по змінній 2

- по змінній ?2:

У системах рівнянь (1-2) прийняті такі позначення:

Оxyz – інерційна система координат: M, C, I – маса центр мас і центральний момент інерції ведучої ланки щодо вертикальної осі, що проходить через центр мас т. С; x,y – абсциса і ордината т. С в інерційній системі координат; mk,Ck, Ik (k=1,2) - ж саме для першої і другої ведених ланок; – курсові кути ланок автопоїзда; , - проекції швидкості т. С на поздовжню і поперечну осі ведучої ланки; ?і, ?і, ?і – кути складання, галопування і крену ланок автопоїзда; Мс1, Мс2, Мс3 – моменти опору повороту ланок автопоїзда; , 1, 2 – кутові швидкості ланок автопоїзда; 1і (і=1,...n1), 1(=1,…n3), 2s (s=1,…n4) – кути повороту осей ланок автопоїзда; Х, Y - поздовжні і поперечні реакції на колесах осей ланок автопоїзда; аі=САі, bj=CBj, l=A1Bn2, c=O1C, d=O1C1, b1=CB1, L1=O1B1n3=d1+b1n3, c1=O2C1, l1=O2O1=c1+d1, b2s=C2B2s, L2=O2B2n4=d2+b2n4;

- непідресорені маси і-ої передньої і j-ої задньої підвісок; с1i, с2j, с1іш, с2jш – відповідно радіальні жорсткості підвісок і шин; – статичні прогини підвісок; - вертикальні деформації шин; - вертикальні реакції i-ої передньої і j-ої задньої опор на остов тягача; - висота розташування відповідних точок Сai і Сbj над опорною поверхнею при недеформованих підвісках і шинах.

Проведеними дослідженнями встановлено, що сили взаємодії в опорно-зчіпному і тягово-зчіпному пристроях не впливають на перерозподіл навантажень по бортам ланок автопоїзда. Тому досить складну систему – триланковий сідельно-причіпний автопоїзд можна розглядати як три системи – тягач, напівпричіп, причіп, що креняться незалежно. При цьому вважається також, що вісь крену кожної ланки паралельна опорній поверхні, а рух ланок автопоїзда у вертикальній площині по кутам галопування (тангажу, диференту) та крену впливають на боковий рух, в першу чергу, і в основному шляхом зміни вертикальних навантажень на колеса, змінюючи тим самим вертикальні реакції опорної поверхні. У відповідності до цієї концепції і було проведено розмежування руху на боковий і поздовжньо-поперечний і дослідження кожного з них було проведено окремо.

У третьому розділі виконано інтегрування рівнянь руху триланкового сідельно-причіпного автопоїзда та проведено їх аналіз.

Після лінеаризації системи рівнянь (1), що визначає боковий руху автопоїзда, була визначена критична швидкість прямолінійного руху, яка записана у вигляді

(3)

За виразом (3) проведені розрахунки критичної швидкості руху триланкових автопоїздів, характеристика яких наведена у табл.1.

Таблиця 1

Критичні швидкості руху сідельно-причіпних автопоїздів

№№ а/п | Тип автопоїзда | vкр, м/с

(км/год) | Зменшен-

ня, %% vкр

1 | Scania-114L(42)+Krone SD-27+Krone АZ-18 | 30,23(108,83)

2 | Scania-114L(42)+Krone SD-27+Krone AZ-24 | 31,45(113,22)

3 | Scania-114L(42)+Krone SD-27+Krone ZZ-18 | 34,59 (124,52)

4 | Scania-114L(42)+Krone SD-27+СЗП-24 | 29,62 (106,63)

5 | Scania-114L(64)+Krone SD-27+Krone АZ-18 | 28,71 (103,36) | 5,03%

6 | Scania-114L(64)+Krone SD-27+Krone AZ-24 | 29,53 (106,31) | 6,10%

7 | Scania-114(64)+Krone SD-27+Krone ZZ-18 | 31,94 (114,98) | 7,66%

8 | Scania-114L(64)+Krone SD-27+СЗП-24 | 28,14 (101,34) | 5,00%

Із даних табл. 1 слідує, що vкр триланкових сідельно-причіпних автопоїздів з двовісними автомобілями-тягачами на 5-8%% більша, ніж з тривісними. Разом з тим, ця швидкість менша за максимальну швидкість руху таких автопоїздів. Тому з використанням факторного експерименту були визначені параметри, за рахунок яких можна збільшувати vкр автопоїзда, зокрема з двовісними автомобілями-тягачами. Всього було обрано 12 факторів (маса ланок, розміщення точок зчіпок ланок, коефіцієнти опору відведення коліс ланок тощо), які відповідали умовам незалежності, керованості та однозначності. При цьому їх сукупність відповідала сумісності і відсутності лінійної кореляції. Результати розрахунку наведені на рис. .

Аналіз наведених графіків показує, що збільшення маси як дво-, так і тривісного автомобіля-тягача (рис. 3 а) і напівпричепа (рис. 3 в) призводить до збільшення vкр, у той час як збільшення маси причепа (рис. 3 б) призводить до зменшення критичної швидкості руху автопоїзда. Із цього витікає важлива рекомендація до завантаження ланок автопоїзда в процесі експлуатації: максимально завантажувати автомобіль-тягач і напівпричіп за найменшого завантаження причепа. До зростання vкр призводить як зменшення відстані між центром маси автомобіля тягача і точкою зчіпки тягача з напівпричепом (рис. 3 д,е), так і наближення точки зчіпки причепа з напівпричепом до задньої осі напівпричепа (рис. 3 г). При такому положенні точки зчіпки на напівпричепі і положенні центра мас причепа з’ясовано, що база причепа та довжина його дишля практично не впливають на критичну швидкість руху автопоїзда.

Аналіз жорсткісних характеристик шин осей автопоїзда, а саме коефіцієнтів опору відведення коліс на критичну швидкість руху показав:

Рис. 3. Вплив масових і компонувальних параметрів на критичну

швидкість руху автопоїзда

- при незмінних значеннях коефіцієнтів опору відведення коліс задніх осей зменшення коефіцієнту опору відведення коліс передніх осей тягача, напівпричепа, причепа призводить до збільшення критичної швидкості руху автопоїзда;

- при незмінних значеннях коефіцієнтів опору відведення коліс передніх осей збільшення коефіцієнту опору відведення коліс задніх осей тягача, напівпричепа і причепа призводить до збільшення vкр автопоїзда;

- зважаючи на взаємозв’язок між коефіцієнтом опору відведення і тиском повітря в шині в процесі експлуатації автопоїзда необхідно підтримувати такий тиск, щоб за обраного навантаження на колеса осей автопоїзда коефіцієнт опору бічному відведенню коліс передніх осей тягача, напівпричепа і причепа був меншим, ніж коліс їх задніх осей. Це буде сприяти підвищенню vкр автопоїзда.

Взагалі критерій vкр зв'язує конструктивні в експлуатаційні параметри АТЗ та його швидкість і дозволяє знайти її верхню межу, перевищення якої приводить до втрати стійкості руху, що і проаналізовано для прямолінійного руху автопоїзда. За іншого стаціонарного руху, а саме колового руху критичну швидкість можна знайти тільки проінтегрувавши вихідну систему рівнянь. Задавши закон зміни кута повороту керованих коліс тягача, чисельним інтегруванням вихідної системи рівнянь, можна знайти значення параметрів руху АТЗ при коловому русі, а також при виконанні ним різних маневрів. Розв’язок системи вихідних рівнянь для причіпного автопоїзда здійснено за допомогою програмного забезпечення Mapple 9. За обраних параметрів автопоїзда задавалася швидкість його руху, яка послідовно збільшувалася. При цьому знаходилися корені характеристичного рівняння і перевірялися умови стійкості. Так, для сідельно-причіпного автопоїзда Scania-114(42)+Krone SD-27+ Krone ZZ-18 за швидкості руху v=31,9 м/с усі дійсні власні значення коренів характеристичного рівняння є від’ємними, тобто такий режим руху ще є стійким. Збільшення швидкості автопоїзда до 32,2 м/с за кута повороту керованих коліс тягача ?=0 призвело до появи одного додатного дійсного кореня, що свідчить про появу коливальної нестійкості автопоїзда. При повороті керованих коліс для досягнення колового руху автопоїзда критична швидкість автопоїздів усіх компонувальних схем, що розглядаються, зменшується, рис. 4, проте найбільше значення vкр має місце для автопоїзда Scania-114L(42)+Krone SD-27+Krone ZZ-18.

При дослідженні руху автопоїзда у поздовжньо-вертикальній і поперечній площинах вихідна система рівнянь (2) була розділена на три підсистеми, інтегрування кожної з яких здійснювалося за допомогою програмного забезпечення Maple 8. Це дозволило дослідити характер поведінки змінних z, ?i,

?i при виконанні маневру „ривок рульового колеса” (?=1 рад/с) з плином часу.

Встановлено, що найбільший кут рискання має місце для останнього причепа, а кутова швидкість рискання – для автомобіля-тягача. Цим пояснюється, що обмежуючим фактором при виконанні різних маневрів дволанковим автопоїздом є автомобіль-тягач. При збільшенні швидкості руху автопоїзда спостерігається також збільшення усіх параметрів криволінійного руху. Про це свідчать результати розрахунку кутів відведення, бічних сил на осях автопоїзда, кута та кутової швидкості рискання. Проте загасаючий характер коливань інтегральних кривих відносно значень цих змінних у неусталених режимах показує, що за усіх варіантів швидкості руху v i кута повороту керованих коліс тягача , автопоїзд після завершення перехідних процесів входить в усталений рух.

На рис. 5 у якості узагальнюючого параметра наведені значення коефіцієнта посилення прискорення причепа за швидкості 12 м/с і маневрі „ривок рульового колеса”. Аналіз наведених графіків показує, що найбільшого значення коефіцієнт посилення досягає для двовісних причепів з передньою керованою віссю.

Рис. 4.Залежність критичної

швидкості автопоїзда від кута

повороту керованих коліс тягача

Рис. 5. Залежність коефіцієнта

посилення прискорення причепів

автопоїздів, що розглядаються

Співставлення отриманого значення коефіцієнта посилення прискорення причепа сідельно-причіпного автопоїзда за відсутності крену кузова і з його урахуванням за швидкості 10 м/с показує на його збільшення на 12,4%. При збільшенні швидкості до 15 м/с коефіцієнт посилення збільшується вже на 28,9%, що може призвести до втрати стійкості автопоїзда. Таким чином, урахування крену кузова призводить до суттєвого погіршення усіх показників стійкості, що необхідно враховувати при комплектації триланкових сідельно-причіпних автопоїздів.

Аналогічні розрахунки були виконані для всіх автопоїздів і за інших маневрів, зокрема, зміна смуги руху (“переставка”), вхід у круговий режим (“поворот”) тощо.

При моделюванні режимів руху "переставка Sп = 24 м" і „поворот” оцінювалася можливість і надійність керування триланковим сідельно-причіпним автопоїздом у визначених умовах. На рис. 6 наведені результати розрахунку бічних прискорень при виконанні автопоїздами маневру “поворот” за швидкості 15 м/с. Аналіз наведених залежностей показує, що для автопоїзда з причепом з наближеними осями бічне прискорення причепа на 12,5% менше, чим для автопоїзда з причепом з рознесеними осями, проте для обох автопоїздів максимальні прискорення перевищують максимально допустимі і їх рух є нестійким за майже однакових величин прискорень автомобіля-тягача і напівпричепа. При зменшенні швидкості руху до 10 м/с максимальні прискорення причепа зменшуються для автопоїзда з наближеними осями до 3,5 м/с2, а для автопоїзда з рознесеними осями причепа – до 3,9 м/с2, тобто рух обох автопоїздів є стійким.

Рис. 6. Залежність бічного прискорення автопоїзда з рознесеними (а)

та наближеним (б) осями причепа у часі перехідного процесу

У результаті інтегрування диференціальних рівнянь руху триланкового автопоїзда було встановлено, що кращі показники стійкості при гальмуванні притаманні автопоїзду з неповоротними осями напівпричепа і причепа з наближеними осями. Цьому автопоїзду дещо поступається автопоїзд з тривісним причепом і в значно більшому ступені автопоїзди з двовісними і тривісними причепами з передньою керованою віссю.

Пояснюється це тим, що бічні сили, які діють на автомобіль-тягач і напівпричіп триланкового автопоїзда приблизно однакові (0,25g і 0,27g), у той час як для третьої некерованої і керованої ланки ці прискорення відповідно в 1,23, 1,67 і 1,75 рази перевищують прискорення автомобіля-тягача. За таких досить великих бічних прискорень причепа (останньої керованої ланки) її поперечне зміщення майже у 2 рази перевищує бічне зміщення напівпричепа (другої ланки), збільшуючи ймовірність виходу його за межі допустимої габаритної смуги руху ([ГСР=2,5+0,15 м]). Тому в конструкціях автопоїздів з керованими причепами необхідно передбачити пристрої, що підвищували би стійкість третьої ланки в процесі гальмування.

Окрім поперечних сил і бічних прискорень при інтегруванні диференціальних рівнянь руху автопоїзда у гальмівному режимі були отримані значення кутів галопування, тангажу і диференту. Зокрема, для автопоїзда №4, що знаходиться у найгіршому стані, за vо= 10 м/с; ?=0,6; ?1=-0,05; ?2=0,05; рад/с; рад/с кут галопування ?третьої ланки??t=1,8 c=0,0186 рад, кут диференту1= 1t=2,2 c=0,0018 рад, кут тангажу 2=2t=2,2 c= 0,0011 рад.

Отримані значення кутів свідчать про те, що коливання ланок автопоїзда за обраних швидкостей початку гальмування практично відсутні.

У четвертому розділі проведена перевірка адекватності розробленої математичної моделі для визначення показників стійкості триланкових сідельно-причіпних автопоїздів у граничних режимах руху.

Відповідно до мети і задач експериментальних досліджень на базі приватного підприємства „КАСКАД Продакшен Лтд” був створений триланковий сідельно-причіпний автопоїзд у складі серійного автомобіля тягача Scania, напівпричепа Krone SDP-27 і причепа СЗАП – 8352-030-01, оснащений автоматизованим вимірювальним комплексом на базі персонального комп’ютера.

Співставлення результатів експериментальних і аналітичних досліджень показало на задовільний їх збіг, чим підтверджується адекватність розроблених моделей руху автопоїзда. Так, за прямолінійного руху зі швидкістю, що не перевищувала 20 м/с, спостерігалася незначна відмінність даних розрахунку і експерименту (6,8%). Разом з тим, при збільшенні швидкості понад 25 м/с у триланкового автопоїзда мали місце поперечні горизонтальні коливання причепа, розмахи яких досягали 0,4-0,7 м, наявні труднощі в керуванні автопоїздом і в утриманні його в заданому коридорі руху. При цьому відхилення вже склали 9,7%, а при виконанні маневрів „ривок рульового колеса”, „поворот” і „переставка” відхилення збільшилися до 11,8%. При гальмівних випробуваннях автопоїзда відхилення не перевищували 10%.

У додатку наведені довідки про впровадження результатів досліджень.

основні результати роботи та ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішена науково-технічна задача покращення показників стійкості триланкових сідельно-причіпних автопоїздів у граничних режимах руху шляхом вибору компонувальних параметрів автопоїзда. В залежності від конструктивних рішень, прийнятих при компонуванні таких автопоїздів, показники техніко-експлуатаційних властивостей, що забезпечують безпеку руху, можуть змінюватися у широких межах. Тому вибір і обгрунтування параметрів автопоїзда, що забезпечують стійкість у граничних режимах руху є актуальною і ще не вирішеною задачею.

1. Встановлено, що стійкість автопоїзда у граничних режимах можна оцінювати критичною швидкістю прямолінійного руху, максимальною швидкістю, креном кузова, бічним прискоренням, кутовою швидкістю рискання при виконанні маневрів „переставка”, „поворот”, „ривок рульового колеса”, максимальною швидкістю початку гальмування, за якої автопоїзд не виходить за межі допустимої смуги руху.

2. Розроблена багатомасова просторова математична модель керованого руху автопоїзда дозволяє розраховувати оціночні показники стійкості у граничних режимах руху триланкових сідельно-причіпних автопоїздів перспективних схем як на стадії проектування, так і при оцінці існуючих зразків. Виконано інтегрування рівнянь руху автопоїзда в поздовжньо-поперечній площині і проаналізовано вплив конструктивних і компонувальних параметрів автопоїзда на показники стійкості їх руху.

3. Визначені величини кута крену, бічного прискорення центрів мас окремих ланок триланкового сідельно-причіпного автопоїзда, коефіцієнта посилення бічного прискорення причепа, навантаження на підвіску і вертикальне навантаження осей автопоїзда у результаті крену кузова окремих його ланок. Співставлення отриманого значення коефіцієнта посилення прискорення причепа сідельно-причіпного автопоїзда за відсутності крену кузова (плоска модель) і з його урахуванням (просторова модель) за швидкості 10 м/с показує на його збільшення на 12,4%. При збільшенні швидкості до 15 м/с коефіцієнт посилення збільшується вже на 28,9%, що може призвести до втрати стійкості руху автопоїзда. При збільшенні швидкості руху автопоїзда спостерігається також збільшення усіх параметрів криволінійного руху. Проте загасаючий характер коливань інтегральних кривих відносно значень цих змінних у неусталених режимах показує, що за усіх варіантів швидкості руху i кута повороту керованих коліс тягача, автопоїзд після завершення перехідних процесів входить в усталений рух.

4. Проаналізовано вплив типу напрямного пристрою підвіски на реакції опорної поверхні на колеса осей триланкового автопоїзда і встановлено раціональний тип напрямного пристрою підвісок автомобіля-тягача, тривісного напівпричепа, три- і двовісного причепів.

5. За допомогою просторової моделі встановлено, що величини довантажень і розвантажень коліс осей ланок автопоїзда суттєво залежать від урахування взаємовпливу поздовжніх і поперечних сил, що призводить до зміни радіуса кола, яким рухається автопоїзд. Так, врахування одного лише перерозподілу навантажень у поздовжньо-вертикальній площині майже не впливає на величину радіуса колової траєкторії автопоїзда у порівнянні із плоскопаралельним його рухом, тоді як врахування довантажень по бортам ланок змінює величину поперечних сил (збільшує їх), що зменшує радіус колової траєкторії при обраних швидкостях руху 10 і 15 м/с на 21,54 і 28,43%% відповідно. Цим і пояснюється погіршення стійкості руху при використанні просторової моделі у порівнянні з плоскою.

6. Визначена максимальна початкова швидкість, за якої досягається стійкість автопоїзда в процесі гальмування. Показано, що для обраного набору параметрів триланкового сідельно-причіпного автопоїзда з причепом з наближеними осями бічне зміщення центра мас третьої ланки плавно збільшується і досягає 0,37 м, тобто за швидкості 15 м/с цей автопоїзд не виходить за допустимі межі габаритної смуги руху. У той же час для триланкового автопоїзда з керованими причепом має місце значне збільшення бічного відхилення центра мас третьої ланки, в результаті чого автопоїзд уже знаходиться на межі допустимої смуги руху, тобто такий автопоїзд потребує застосування спеціальних пристроїв.

7. Визначені величини кутів галопування, тангажу і диференту у гальмівному режимі автопоїзда . Зокрема, для автопоїзда №4, що знаходиться у найгіршому стані, за vо= 10 м/с; ?=0,6; ?1=-0,05; ?2=0,05; рад/с; рад/с кут галопування ?третьої ланки??t=1,8 c=0,0186 рад, кут диференту1= 1t=2,2 c=0,0018 рад, кут тангажу 2=2t=2,2 c= 0,0011 рад. Отримані значення кутів свідчать про те, що коливання ланок автопоїзда за обраних швидкостей початку гальмування практично відсутні.

8. Проведеними експериментальними дослідженнями підтверджена адекватність теоретичних досліджень триланкових автопоїздів. Так, максимальні відхилення розрахункових даних від експериментальних у різних режимах руху не перевищували 11,8%.

9. Методика вибору та обґрунтування масово-геометричних та конструктивних параметрів триланкових сідельно-причіпних автопоїздів за критеріями стiйкостi у граничних режимах руху прийняті до впровадження АСМАП при створенні зразків триланкових автопоїздів і дослідній їх експлуатації, а також відділом конструкторських розробок та науково-технічних експертиз ДП “ДержавтотрансНДІпроект”.

Список ОПУБЛІКОВАНих праць за темою ДИСЕРТАЦІЇ:

1. Кузнєцов Р.М. Вибір та обґрунтування типу підвіски для причепа три ланкового сідельно-причіпного автопоїзда // Вісник Національного транспортного університету. – К., 2004. – Вип. 9. – С.293-299.

2. 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.62-67.

3. Сахно В.П., Стельмащук В.В., Кузнєцов Р.М., Вороніна І.Ф. Дослідження стійкості руху триланкових автопоїздів// Вісник Східноукраїнського національного університету імені В.Даля. – 2005. – №6 (88). –С.29-33.

4. Сахно В.П., Кузнєцов Р.М., Енглезі О.А. До питання використання три-ланкових автопоїздів в Україні// Автошляховик України.–2005. –№5. – С.13-16.

5. 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.139-143.

6. 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.

7. 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.

8. Кузнєцов Р.М. До визначення показників гальмівних властивостей три ланкового причіпного автопоїзда//Управління проектами, системний аналіз і логістика: Науковий журнал. Вип.. 2. – К.: НТУ. – 2005. – С. 43-49.

9. Сахно В.П., Вороніна І.Ф.,Енглезі О.А., Кузнєцов Р.М. До визначення показників стійкості триланкового причіпного автопоїзда у прямолінійному русі// Вісник Національного транспортного університету.–К.,НТУ,2006.– Вип.12.С.–64-68.

10. Сахно В.П., Стельмащук В.В., Енглезі О.А., Кузнєцов Р.М., Мурований І.С. Експериментальні дослідження керованості і стійкості руху три ланкових автопоїздів// Вісник Східноукраїнського національного університету імені В.Даля. – 2006. – №7 (101). –С.10-15.

11. Сахно В.П., Вороніна І.Ф., Кузнєцов Р.М. До визначення показників маневреності та стійкості руху триланкових сідельно-причіпних автопоїздів//Автошляховик України. Окремий випуск. Вісник ПНЦ ТАУ.–2006.№9.–С.111-115.

12. Сахно В.П., Глінчук В.М., Кузнєцов Р.М., Лотиш В.В. До порівняльної оцінки дво- і три ланкових автопоїздів//Атошляховик України.–2006.–№5.– С.13-16.

13. Стельмащук В.В., Кузнєцов Р.М., Мурований І.С., Лагошна О.О. Керованість і стійкість три ланкових автопоїздів у неусталених режимах руху// Вісник Національного транспортного університету В 2-х частинах: Ч.1.–К.,НТУ,2006.– Вип.13.С.–74-81.

14. Вороніна І.Ф., Стельмащук В.В., Кузнєцов Р.М., Мурований І.С., Лагошна О.О. Експериментальний триланковий автопоїзд// Вісник НТУ. В 2-х частинах: Ч.1.–К.,НТУ,2006.– Вип.13.С.–128-134.

15. Сахно В.П., Кузнєцов Р.М., Енглезі О.А., Глінчук В.М. Дослідження критичної швидкості руху триланкового автопоїзда //Управління проектами, системний аналіз і логістика: Науковий журнал. Вип. 4. – К.: НТУ. – 2007. – С. 166-173.

16. Горбаха М.М., В.П., Кузнєцов Р.М., Глінчук В.М. Вплив типу підвіски напівпричепа на стійкість автопоїзда в процесі гальмування //Автошляховик України. Окремий випуск. Вісник ПНЦ ТАУ.–2007. №10.–С.120-125.

АНОТАЦІЯ

Кузнєцов Р.М. Покращання показників стійкості триланкових автопоїздів у граничних режимах руху. — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.02 — Автомобілі та трактори. — Національний транспортний університет, Київ, 2007.

Дисертація присвячена поліпшенню показників стійкості триланкових автопоїздів у граничних режимах руху шляхом вибору обґрунтованих значень масових та компонувальних параметрів тягача і причіпних ланок.

Розроблена багатомасова просторова математична модель керованого руху автопоїзда, що дозволяє розраховувати оціночні показники стійкості у граничних режимах руху триланкових сідельно-причіпних автопоїздів перспективних схем як на стадії проектування, так і при оцінці існуючих зразків. Виконано інтегрування рівнянь руху автопоїзда в поздовжньо-поперечній площині і проаналізовано вплив конструктивних і компонувальних параметрів автопоїзда на показники стійкості його руху. Визначені величини кута крену, бічного прискорення центрів мас окремих ланок триланкового сідельно-причіпного автопоїзда, навантаження на підвіску і вертикальне навантаження його осей, з яких слідує, що найбільший крен і навантаження осей автопоїзда притаманні останньому причепу, який і є обмежуючим фактором за величиною критичної швидкості.

Методика вибору та обґрунтування масово-геометричних та конструктивних параметрів триланкових сідельно-причіпних автопоїздів за критеріями стiйкостi у граничних режимах руху прийняті до впровадження АСМАП при створенні зразків триланкових автопоїздів і дослідній їх експлуатації, а також відділом конструкторських розробок та науково-технічних експертиз ДП “ДержавтотрансНДІпроект”.

Ключові слова: автопоїзд, автомобіль-тягач, напівпричіп, причіп, стійкість, керованість, математична модель, вісь керована, режим руху.

Аннотация

Кузнецов Р.М. Улучшение показателей устойчивости трехзвенных автопоездов в предельных режимах движения. — Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.02 — Автомобили и тракторы. — Национальный транспортный университет, Киев, 2007.

Диссертация посвящена улучшению показателей устойчивости трехзвенных автопоездов в предельных режимах движения путем выбора обоснованных значений массовых и компоновочных параметров тягача и прицепных звеньев.

Разработана многомассовая пространственная модель управляемого движения автопоезда, позволяющая рассчитывать оценочные показатели устойчивости в предельных режимах движения трехзвенных седельно-прицепных автопоездов перспективных схем, как на стадии проектирования, так и процессе эксплуатации.

Выполнено интегрирование уравнений движения автопоезда в продольно-поперечной плоскости и проанализировано влияние конструктивных и компоновочных параметров автопоезда на показатели устойчивости их движения. Определены значения углов крена, бокового ускорения центров масс отдельных звеньев трехзвенного седельно-прицепного автопоезда, нагрузок на подвеску и вертикальных нагрузок осей автопоезда в результате крена кузова отдельных его звеньев, из которых следует, что максимальное значение крена и нагрузки осей автопоезда свойственны последнему прицепу, являющегося ограничительным фактором по величине критической скорости.

Определена максимальная начальная скорость, при которой еще достигается устойчивость автопоезда в процессе торможения. Показано, что по показателям устойчивости автопоезда в процессе торможения предпочтение следует отдать схеме с прицепом со сближенными осями. Трехзвенный автопоезд с управляемым прицепом на той же скорости (15 м/с) уже находится на границе допустимой полосы движения, т.е. такой автопоезд требует применения специальных устройств для повышения устойчивости движения.

Методика выбора и обоснования массово-геометрических и конструктивных параметров трехзвенных автопоездов по критериям устойчивости в предельных режимах движения приняты к внедрению АСМАП Украины при создании опытных образцов трехзвенных автопоездов и опытной их эксплуатации, а также отделом конструкторских разработок и научно-технических экспертиз ГП “ГосавтотрансНИИпроект”.

Ключевые слова: автопоезд, автомобиль-тягач, полуприцеп, прицеп, управляемость, математическая модель, ось управляемая, режим движения.

summary

Kuznetcov R. Improvement of stability characteristics of three-unit articulated train at the maximum permissible operation mode. — Manuscript.

Thesis for obtaining academic degree of the candidate of technical sciences (speciality 05.22.02 –Automobiles and tractors.- National Transport University, Kyiv, 2007).

Thesis is aimed at improvement of stability characteristics of three-unit articulated train at the maximum permissible operation mode by means of choice of optimal values of mass and compositing parameters of tractor and semitrailers (trailers).

The multimass spatial mathematical model of the operated driving of articulated train has been developed. The model enables to calculate evaluation indexes of three-unit articulated train at the maximum permissible operation mode both on the stage of designing and at the estimation of existent models.

Integration of equations of articulated train riding in a longitudinal and transversal plane has been made. The influence of design and compositing parameters of articulated train on its stability characteristics has been analyzed. The values of roll angle, lateral acceleration of centers of the masses of articulated train units, suspension load and vertical axial load as a result of body roll of the train units have been determined. It has been ascertained that maximum roll and maximum axial load fall on the last trailer which limits the top speed.

Procedure for selection of mass, geometrical and design parameters of the three-unit articulated trains according to train stability in the maximum modes of operation has been used by the Association of International Carriers of Ukraine for the development and service test of articulated train pre-production models, as well as by Vehicle Construction and Conversation Department of the State Road Transport Research Institute (“Derzhavtotransndiproekt”).

Keywords: articulated train, tractor, semitrailer, trailer, stability, controllability, mathematical model, driven axle, operation mode.