CC BY
1
УДК 629.3.017.3
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-4-317-318
АКТИВНЫЙ АВТОПОЕЗД С ИЗМЕНЯЕМОЙ КОЛЕСНОЙ БАЗОЙ
С.А. Плахов, А.С. Котков, А.И. Пономарев, А.Д. Горынин
В статье рассмотрена проблематика движения седельных автопоездов в неблагоприятных природно-климатических и дорожных условиях. Проанализированы перспективные способы повышения тягово-сцепных свойств седельного автопоезда. Рассмотрены основные способы повышения маневренности и вписываемости в повороты грузового автотранспорта с полуприцепом. Разработана математическая модель для описания поворота седельного автопоезда с изменяемой колесной базой. Рассмотрена схема перераспределения нагрузки на осях автопоезда и величина допустимого перемещения тележки автопоезда при изменении его колесной базы.
Ключевые слова: седельный автопоезд, активный полуприцеп, изменяемая колесная база, подвижная тележка полуприцепа. мотор-колесо, вписываемость в поворотный коридор.
Грузовой транспорт, к которому относятся автомобильный, железнодорожный, воздушный, морской, внутренний водный (речной) и трубопроводный [1-3], играет ключевую роль в доставке различных грузов по территории Российской Федерации и является важнейшей отраслью экономики и производственной инфраструктуры страны. В соответствии с распоряжением правительства Российской Федерации «О транспортной стратегии Российской Федерации до 2030 года с прогнозом до 2035» [4] необходимо повысить уровень логистических решений, а именно повысить скорости перемещения грузов, увеличить предсказуемость сроков доставки, надёжность транспортных связей, безопасность перевозки и сохранность груза.
При доставке грузов в различные регионы страны одними из важных аспектов являются климатические условия региона, маневренность и вписываемость транспортного средства в поворотные коридоры. Особенно актуальны эти требования к крупногабаритным седельным автопоездам, которые ограниченно могут вписываться в повороты из-за своих габаритных размеров и длинной колесной базы.
Значительная часть территории России расположена в умеренном и холодном климатических районах, что оказывает большое влияние на качество и состояние дорожного покрытия, а также сцепные свойства колесных движителей с опорной поверхностью.
Например, по данным ФГБУ «Центральное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» за последние несколько лет, в центральной части России снег на дорогах держался семь из двенадцати месяцев (рис. 1) [5].
Подобные неблагоприятные условия приводят к образованию на дорогах гололедных явлений и снежного наката. В результате чего значительно снижаются сцепные свойства колесных движителей с дорогой и затрудняется процесс передвижения и маневрирования автомобилей, особенно седельных автопоездов.
2
0
1
*
<и К о й
ё о S со
Гистограмма высоты снежного покрова
35 30
s
S 25
eö 20 ю
а15
10 5
25
31
30
10
3
11
18
ЯНВАРЬ ФЕВРАЛЬ МАРТ АПРЕЛЬ МАИ ИЮНЬ ИЮЛЬ АВГУСТ СЕНТЯБРЬ ОКТЯБРЬ НОЯБРЬ ДЕКАБРЬ
0
Рис. 1. Гистограмма высоты снежного покрова в центральной части России
При решении проблемы недостатка тягово-сцепных характеристик автопоезда перспективным направлением является активизация осей прицепов и полуприцепов (рис. 2), в том числе при использовании серийных моделей тягачей [6, 7]. Использование активного прицепного звена актуально для автопоездов не только повышенной проходимости, но и предназначенных для эксплуатации на дорогах общего пользования.
В предлагаемой конструкции на каждом из колес полуприцепа устанавливается мотор-колесо с индивидуальным управлением. Индивидуальное управление приводом каждого колеса способствует лучшей управляемости, особенно при дефиците тягово-сцепных свойств [8]. Питание электродвигателей осуществляется от аккумуляторов, находящихся в полости полуприцепа, которые заряжаются от генераторной установки, подключенной к коробке передач тягача. Зарядку аккумуляторов можно осуществлять либо на холостом ходу, либо при движении по ровной дороге, либо на спуске. Подобная схема зарядки аккумуляторов позволит не расходовать мощность двигателя тягача на питание мотор-колес в моменты наибольшей нагрузки. Это значит, что мотор-колеса работают только в моменты наибольшей нагрузки или при маневрировании автопоезда, а именно:
- при трогании автопоезда с места для создания дополнительного тягового усилия;
- при маневрировании для улучшения управляемости и предотвращения складывания тягача и полуприцепа;
- при затяжном спуске - мотор-колеса будут рекуперировать энергию и создавать дополнительный момент сопротивления на колесах, что позволит тормозить автопоезд и частично разгрузить его тормозную систему.
ПередВижная тележка
3Б- модель активной оси полуприцепа автопоезда представлена на рис. 3.
Рис. 3. 3Б-модель активной оси полуприцепа автопоезда
Чтобы решить проблему маневренности автопоезда, можно изменять его колесную базу путем перемещения тележки полуприцепа относительно его рамы (рис. 2). Перемещение тележки осуществляется путем включения мотор-колес, которые в свою очередь перемещают тележку полуприцепа на необходимое расстояние. Тележка передвигается по направляющим на несущей системе полуприцепа (рис. 4).
Кронштейн крепления подвески полуприцепа
Тележку необходимо стопорить. Для этого предусмотрена направляющая с отверстиями для штока стопорящего гидроцилиндра (рис. 5) [9].
Тележка полуприццепа
\ Ступица для крепления \ мотор колеса_
Рис. 5. Механизм стопорения подвижных осей активного полуприцепа
Перемещение тележки способствует уменьшению колесной базы автопоезда и, следовательно, уменьшению радиуса его поворота, повышению общей маневренности и вписываемости в поворотный коридор. Одновременно будет происходить изменение распределения веса между осями тягача и прицепа.
Для того чтобы определить распределение веса по осям автопоезда составим расчетные схемы (рис. 6 и 7). При этом будем считать, что груз распределён равномерно по всей площади полуприцепа, равнодействующая приложена в центре масс прицепного звена.
X
Рис. 6. Схема нагружения полуприцепа: F1 — реакция в сцепном устройстве; F2 — реакция на тележке полуприцепа; О - вес прицепа с грузом; С2 — центр масс прицепа
Рис. 7. Схема нагружения тягача: Г3 — реакция на управляемой оси тягача; F4 — реакция на ведущей оси тягача; С1 - вес тягача; С1 — центр масс грузовика; Q1 - нагрузка на переднюю ось от веса тягача;
Q2 -нагрузка на заднюю ось от веса тягача
Рассмотренные схемы являются статически определимыми, поэтому составим уравнения статики. Для полуприцепа:
Г + F2 — б =0,
I—С^ + (¿2 + ¿з) = 0.
Для тягача:
Г Рз + F4—F1 = 0,
1—4 • (¿4 + ¿5) + ¿4 • (¿4 + + ¿б) = 0.
Преобразуя системы (1) и (2), получим выражения для реакций на осях полуприцепа и тягача:
319
(1) (2)
Рг = С-Рг, Р2 = , Рз = +
р = РЛ^) +
4 I -1_Г -1_г
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8) (9)
■ V,- (10)
Согласно Постановлению Правительства Российской Федерации от 01.12.2023 № 2060 «Об утверждении Правил движения тяжеловесного и (или) крупногабаритного транспортного средства» допустимая нагрузка на управляемую ось тягача составляет 9 т, а нагрузка на тележку 18 т или по 9 т на ось. Снаряженная масса автопоезда с 4-мя осями не должна превышать 36 т [10].
Тогда по графику (рис. 8) видно, что максимальное перемещение тележки, при котором нагрузка на ось еще является допустимой согласно постановлению, будет 2115 мм.
Рассмотрим реакции как функции от расстояния до тележки (рис. 5), тогда получим:
^(Х) = С-Р2(Х),
Р2(Х) = Рз(Х) = ^(Х) - Ь(Х) +
Т7 /'v^ _ ) | П
Ь4(Х) = , + V,-
Зависимость нагрузок на осях от положения тележки полуприцепа
!28
.......
...... .....
....... , - - "
;
- *
6 ¿4» 6.879 3.319 3.358 8.193 8 633 9.036 9.516 9955 10.395 Расстояние от прицепного устройства до тележки, м
-Нагрузка в прицепном устройстве
.....Нагрузка на ось тележки
----Нагрузка на управляемую ось тягача
-----Нагрузка на ведущую ось тягача
Рис. 8. Зависимость нагрузок на осях от положения тележки полуприцепа
На основе данного расчета получили имитационную модель поворота автопоезда при изменении его колесной базы и график сравнения занимаемого пространства при повороте седельного автопоезда. Модель создана в программном комплексе ТМогСАБ (рис. 9, 10, 11).
Рис. 9. Прохождение поворота под 90° автопоездом с максимальным расстоянием между осями тягача
и полуприцепа
Рис. 10. Прохождение поворота под 900 подвижным составом с минимальным расстоянием между осями
тягача и полуприцепа
Рис. 11. График сравнения занимаемого пространства при повороте седельного автопоезда
Синим цветом на рисунках 9-11 обозначена занимаемая площадь при минимальной колесной базе, зелёным - при максимальной.
Для оценки параметра вписываемости автопоезда вычислим площади габаритного коридора, занимаемые седельным автопоездом при повороте. По графикам вычислим координаты точек, лежащих на граничных кривых габаритного коридора, и интерполируем полученные значение кубическим сплайном. Для интерполяции будем использовать математический пакет МаШса(! [11]: ^
р^гееп(1) := ^Ф(^рНпе(х^гееп, Y1green),Х^гееп, У^гееп, ^
р2Вгееп(1) := т1егР(С8Р11пе(Х2вгееп, У2вгееп),Х2вгееп, У2вгееп,1 (Ь)
р1Ь1ие(1) := т1егР(С8Р11пе(Х1Ыие,У1Ь1ие),Х1Ь1ие,У1Ь1ие,\ (с)
где а - функция интерполяции для верхнего предела габаритного коридора при максимальной колесной базе; Ь -функция интерполяции для нижнего придела габаритного коридора; с - функция интерполяции для верхнего предела габаритного коридора для минимальной колесной базы.
Проведем сравнение площадей габаритных коридоров (рис. 12).
321
Габаритный коридор
40 35 30 52. 6.4885
[
/ 1 i
/ 1
20 i i'
/
10 : У
. * р Г*
• *
0 5 0 5 о : 5 о : 5 i Ю ' 5 ¡0 5
Расстояние, м
Верхняя граница габаритного коридора при максимальной колёсной Нижняя граница габаритного коридора
-Верхняя граница габаритного коридора при минимальной колесной б
Граница расчёта
Рис. 12. Сравнение площадей габаритных коридоров
Тогда площадь, занимаемая автопоездом с максимальной колесной базой (зелёный цвет), можно вычислить следующим образом:
S1 = íio'16Figreen(t)dt + /552<6'1468 (зб.б - F2green{t)) dt - /Ю6'48 F2green(t)dt = 230,1 м.
Площадь, занимаемая в повороте автопоездом с минимальной колесной базой (синий цвет): Ъ = /Г hbiue(f)dt + /552<6;4088 (36,6 - F2green{t)) dt - /106,48 F2green{t)dt = 205,2 м.
Сравним полученные результаты:
Л = ^ (12)
2301—205 2
и = 230,1 205,2 • 100 % = 12,2 %.
' 205,2
Из расчётов следует, что параметр вписываемости автопоезда увеличивается на 12,2 %.
Предложенная конструкции полуприцепа с изменяемой колесной базой и активными осями
позволит:
- повысить тягово-сцепные свойства седельного автопоезда при трогании на поверхности с низким коэффициентом сцепления колес с опорной поверхностью;
- тормозить подвижной состав при затяжном спуске за счёт рекуперативного эффекта мотор-колёс, что в свою очередь, положительно скажется на нагруженности агрегатов тормозной системы тягача и повысит безопасность движения автопоезда;
- при неравномерной загрузке полуприцепа подвижная тележка прицепа будет способствовать перераспределению нагрузок на оси тягача, что позволит увеличить безопасность движения за счет более равномерной нагрузки на колеса грузовика и полуприцепа;
- изменение колесной базы автопоезда за счет подвижной тележки полуприцепа позволит оптимизировать параметр вписываемости и маневрировании автопоезда в условиях ограниченного пространства.
Список литературы
1. Виды транспорта для грузовых и пассажирских перевозок. [Электронный ресурс]. URL: https://gruzovichkof.ru/poleznaia-informaciia/vidv-gruzovogo-transporta (дата обращения: 25.03.2024).
2. Коноплев В.И., Анцев В.Ю., Башкин С.А. Грузовой вагон с устройством для выгрузки сыпучих сельскохозяйственных продуктов // Автоматизация. Современные технологии. 2017. Т. 71. № 7. С. 302-304.
3. Оптимизация транспортно-логистических процессов транспортной компании / А.И. Юхин, А.Н. Шафо-рост, В.Ю. Анцев, А.С. Толоконников, А.Д. Горынин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. Вып. 2. С. 538-545.
4. Транспортная стратегия РФ на период до 2030 года с прогнозом на период до 2035 года. [Электронный ресурс]. URL: https://rosavtodor.gov.ru/docs/transportnava-strategiva-rf-na-period-do-2030-goda-s-prognozom-na-period-do-2035-goda (дата обращения: 25.03.2024).
5. Гистограмма высоты снежного покрова. [Электронный ресурс]. URL: http://www.ecomos.ru (дата обращения: 25.03.2024).
6. Холопов В.Н. Силовые передачи сочлененных машин и активных автопоездов. Красноярск: СибГУ им. академика М. Ф. Решетнёва, 2020. 164 с.
7. Приводные мотор-колеса «РУБРУКС». [Электронный ресурс]. URL: https://rubruks.com/produkciva/elektrodvigateli-i-generatorv (дата обращения: 25.03.2024).
8. Плахов С.А., Дмитриева Т.Д. Стабилизация движения энергетических колесных модулей // Сб. статей XIII Междунар. науч.-техн. конф. «Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ - 2021)»: 20 ноября 2021 / редкол.: Е.В. Агеев (отв. ред.) [и др.]. Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2021. С. 242-245.
9. Стопор механизма перемещения тележки полуприцепа. [Электронный ресурс]. URL: https://www.airmanproducts.com/applications/axle-slide-pin-release-control (дата обращения: 25.03.2024).
10. Постановление Правительства Российской Феедерации от 01.12.2023 № 2060 «Об утверждении Правил движения тяжеловесного и (или) крупногабаритного транспортного средства». [Электронный ресурс]. URL: http://publication.pravo.gov.ru/document/0001202312010117 (дата обращения: 25.03.2024).
11. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. М.: Лаборатория знаний, 2020.
636 с.
Плахов Сергей Александрович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана,
Котков Алексей Сергеевич, студент, kotkov. 9696@mail. ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана,
Пономарев Алексей Иванович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана,
Горынин Алексей Дмитриевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
ACTIVE ROAD TRAIN WITH VARIABLE WHEELBASE S.A. Plahov A.C. Kotkov, A.I. Ponomarev, A.D. Gorynin
The article examines the problems of the movement of semi-trailer road trains in unfavorable climatic and road conditions. Promising methods for increasing the traction and coupling properties of a semi-trailer train are analyzed. The main ways to increase the maneuverability and cornering ability of trucks with a semi-trailer are considered. A mathematical model has been developed to describe the rotation of a semi-trailer road train with a variable wheelbase. The scheme of redistribution of load on the axles of a road train and the amount ofpermissible movement of the bogie of a road train when its wheelbase changes are considered.
Key words: semi-trailer train, active semi-trailer, variable wheelbase, movable semi-trailer bogie. motor-wheel, fits into the turning corridor.
Plahov Sergej Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, sa. plahov@yandex. ru, Russia, Kaluga, KB Bauman Moscow State Technical University,
Kotkov Aleksej Sergeevich, student, kotkov.9696@mail. ru, Russia, Kaluga, KB Bauman Moscow State Technical
University,
Ponomarev Alexey Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, apon2005@yandex. ru, Russia, Kaluga, KB Bauman Moscow State Technical University,
Gorynin Alexey Dmitrievich, candidate of technical science, docent, lexuss-22@mail. ru, Russia, Tula, Tula State
University
УДК 656.072
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-4-323-324
ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ПОТОКАМИ ГРУЗОПАССАЖИРСКИХ ПЕРЕВОЗОК
В ТРАНСПОРТНОЙ КОМПАНИИ
Н.А. Владимиров, А.Н. Шафорост, П.В. Витчук, А.С. Толоконников, А.Д. Горынин
В статье рассмотрено решение задачи совершенствования организации и управления грузопассажирскими перевозками в транспортной компании на основе системы координации заказов на трансфер пассажиров. Рассмотрены такие виды трансфера, как индивидуальный трансфер, групповой трансфер, VIP - трансфер и бизнес - трансфер. Для формирования тарифа на трансфер пассажиров в транспортной компании разработана соответствующая модель, учитывающая особенности различных видов трансфера. Представлен специализированный Интернет-сайт, функционал которого позволяет клиенту выбрать интересующий его маршрут трансфера, необходимые дополнительные услуги, узнать стоимость трансфера; владельцам компании - осуществлять автоматизированный прием заказов с предварительным расчетом стоимости трансфера, онлайн поддержку клиентов, в том числе и с использованием Телеграм-ботов.
Ключевые слова: транспортная логистика, тариф на перевозку, трансфер.
Трансфером называется заранее запланированная доставка автомобильным транспортом одного или нескольких человек от транспортного узла (аэропорта, железнодорожного вокзала и т. д.) до оговоренного места (отеля, бизнес - центра и т. д.), а также обратное перемещение.
323
