CC BY
56
томобиля, исследование динамических процессов
в подвеске; анализ и синтез подвески. Имеет 4 Статья поступила 15.06.2010 г.
опубликованные работы. E-mail: daf@susu.ac.ru.
УДК 629.113
ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ КОЛЕСНОЙ МАШИНЫ ПО НЕРОВНЫМ ДЕФОРМИРУЮЩИМСЯ ПОВЕРХНОСТЯМ
И.В. Чичекин, О.И. Чудаков
Аннотация. Разработаны динамические модели двухосных колесных машин, плоская и пространственная. Смоделировано движение рассмотренных динамических систем по неровным грунтовым поверхностям. Выполнен анализ результатов расчета. Предложены рекомендации по выбору расчетной динамической системы, при движении по неровным деформируемым грунтовым поверхностям.
Ключевые слова: динамическая модель, динамика, проходимость, неровная поверхность, опорная поверхность, деформируемый грунт, колесная машина, шина, плоская динамическая модель, пространственная динамическая модель.
Эффективность движения колесной машины (КМ) по твердым неровным опорным поверхностям по прямолиненйной траектории исследована достаточно глубоко. При движении по неровным деформируемым поверхностям задача прогнозирования эффективности перемещения значительно усложняется и требует проведения серьезных исследований.
Рассмотрим две схемы колебательных систем, эквивалентных двухосной КМ, движущейся по деформируемым опорным поверхностям. Первая схема, так называемая плоская модель (рис. 1), имеет четыре степени свободы. В этой физической модели присутствуют колебания: вертикальные - подрессоренной, не подрессоренных масс; продольноугловые колебания кузова (рамы) вокруг оси Y. Данная схема и влияние параметров колебательной системы на плавность хода подробно освещены при движении на твердых неровных поверхностях и представлены в работах например Ротенберга [4], Сиренко [5].
Вторая схема - это пространственная модель движения двухосной КМ. Такая физическая модель двухосной КМ представлена на рис. 2. Колебательная система имеет 8 степеней свободы, описывающие колебания:
zC - вертикальные перемещение подрессоренной массы;
а - угол наклона (дифферента) подрессоренной части автомобиля в продольной плоскости;
в и - угол наклона (крена) подрессоренной части автомобиля в поперечной плоскости, находящейся над передней и задней осью соответственно;
^ ^ - перемещение неподрессоренных
масс.
Системы уравнений, описывающие рассматриваемые колебательные процессы подробно описаны в работах авторов [1, 2, 3 и 6].
Целью данного исследования является сравнительный анализ влияния дополнительных динамических нагрузок АР от колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс, передающихся через шины на опорную поверхность, а так же характер изменения этой нагрузки в зависимости от схемы колебательной системы. Для возможности сравнения исходные данные для каждой схемы одинаковы и соответствуют техническим характеристикам автомобиля ЗИЛ 432720.
В расчетах задается движение по суглинку с
толщиной мягкого слоя НГ = 0,4 м , относительной влажностью W = 80% , плотность скелета грунта рС = 1100 кг/м3, коэффициентом ровности опорной поверхности А = 10 3 .
Сравним некоторые показатели проходимости, полученные расчетным путем для двух расчетных схем: плоской и пространственной.
На рис. 3 представлены зависимости суммарных динамических нагрузок р^ от скорости движения Va. Во всем диапазоне скоростей суммарные динамические нагрузки для пространственной схемы оказываются больше чем для плоской схемы на 9% ...35%. Большая разница в результатах (35%) наблюдается при малой скорости движения - Va=10 км/ч.
С возрастанием скорости разница уменьша- ется до 9% при Va=50 км/ч.
г
Рис. 1. Плоская колебательная система двухосной колесной машины
Рис. 2. Пространственная колебательная модель двухосной колесной машины
Уа, км/ч ■ плоская
Рис. 3. Графики зависимости суммарных динамических нагрузок от скорости движения КМ
Графики зависимости глубины колеи z от скорости движения представлены на
рис. 4. Для пространственной схемы значения глубины колеи при одной и тойже скорости больше в среднем на 9%, относительно плоской системы.
Оценочными показателями проходимости КМ являются коэффициент сопротивления качению и коэффициент свободной силы тяги ^ и ф соответственно). На рис. 5 представлен график зависимости суммарного коэффициента сопротивления качению от деформации шины и грунта ^ для одиночного колеса от скорости движения. Полученные результаты для пространственной схемы больше на 14% относительно плоской схемы. При оценке коэффициента сопротивления движению f для всех колес автомобиля (
рис. 6) для пространственной схемы полученные значения больше на 5...14%>. Большие значения получены для меньших скоростей (10 км/ч), при большей глубине колеи. На
рис. 7 представлен график зависимости коэффициента свободной силы тяги ф от скорости движения КМ для всех осей автомобиля. Результаты для плоской схемы завышены по сравнению с пространственной в среднем на 23%. Минимально значение ф=0,083, а движение автомобиля возможно только за счет второй оси, т.к. полученные значения ф для первой оси отрицательные.
При движении по неровным поверхностям скорость движения ограничивается максимально возможными значениями вертикальных ускорений на месте водителя. Известно что, эти ускорения для кратковременного движения не должны превышать 0,4 д=4 м/с2.
На рис. 8 представлена характеристика плавности хода точки кузова над передним левым колесом. Для плоской схемы среднеквадратические значения вертикальных ускорений
zC превышают допустимые значения 4 м/с в
диапазоне скоростей 14,9 - 27 км/ч. При скоростях движения меньших 14,9 км/ч или более 27 км/ч можно двигаться без перегрузок.
Для пространственной схемы среднеквадратические значения вертикальных ускорений не превышают 4 м/с2 во всем диапазоне скоростей. Полученные зависимости можно объяснить, используя ранее рассмотренные схемы. Так как статические нагрузки на колесах одинаковы, а динамические в пространственной схеме больше (см. рис. 3), глубина колеи, следовательно, также больше (см.
рис. 4). При больших значениях деформации грунта выше его упругие и гасящие свойства. Приведенная жесткость шины и грунта в пространственной схеме меньше, а коэффициент демпфирования будет выше. В связи с этим получается, что вибронагруженность кузова будут меньше в пространственной схеме, меньше и вертикальные ускорения на месте водителя.
Уа, км/ч И плоская
Рис. 4. Графики зависимости глубины колеи от скорости движения
10
20
30 Уа, км/ч
40 простраШлвенная
Ш плоская
Рис. 5. Графики зависимости суммарного коэффициента сопротивления качению ^ от скорости движения для одиночного колеса
0,6 0,5 0,4 f 0,3
0,2
0,1 0
10
20
30 Уа, км/ч
40 ♦ прострайственная И плоская
Рис. 6. Графики зависимости коэффициента сопротивления движению от скорости движения для всех колес КМ
10
20
30
Уа, км/ч
40 прострайСтвенная И плоская
Рис. 7. Графики зависимости коэффициента свободной силы тяги от скорости движения КМ
Zc
м/с
2
10
20
30 40 простраНСТвенная
Va, км/ч И плоская
Рис. 8. Характеристики плавности хода
Таким образом, приведенный пример расчета показывает, что при использовании пространственной расчетной схемы относительно плоской для одного и того же автомобиля показатели проходимости ниже (в среднем на 20%), плавности хода выше. Следовательно, при расчетах на проходимость и плавность хода КМ по грунтовым поверхностям с неровностями больше А = 10 4 необходимо учитывать поперечно-угловые и продольноугловые колебания, т.е. применять динамическую пространственную модель двухосной КМ.
Библиографический список
1. Агейкин Я.С. Проходимость автомобилей. -М.: Машиностроение, 1981. - 232 с.
2. Агейкин Я.С., Вольская Н.С., Чичекин И.В. Моделирование взаимодействия колесной машины с неровной грунтовой поверхностью. // «Проектирование колесных машин», доклады на конференции.
- М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009.
3. Вольская Н.С. Оценка проходимости колесной машины при движении по неровной грунтовой поверхности. - М.: МГИУ, 2007. - 215 с.
4. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля Изд. 3 е преработ. и доп. М., «Машиностроение», 1972, стр. 392.
5. Сиренко В.Н. Выбор характеристик подвески и расчет плавности хода боевых колесных машин.
- М.: Изд-во ВАБТВ, 1976. - 80 с.
6. Чичекин И.В. Моделирование движения двухосной колесной машины по неровным грунтовым поверхностям // Проектирование колесных
машин и двигателей внутреннего сгорания: Доклады на конференции. - М.: МГИУ, 2009. - 108 с.
Dynamic model of the motion of wheeled vehicles on uneven deformable surfaces
I.V. Chichekin, O.I. Chudakov
A dynamical model of two-axle wheeled vehicles, flat and dimensional. Simulated the motion of the considered dynamic systems on uneven dirt surfaces. The analysis of calculation results. Recommendations on the choice of the estimated dynamic system, when driving on uneven dirt deformable surfaces.
Чичекин Илья Викторович - доцент кафедры автомобилей и двигателей Московского государственного индустриального университета. Основное направление научных исследований - исследование движения колесных машин по неровным грунтовым поверхностям. Имеет 30 опубликованных работ. e-mail: hiv2@mail.ru
Чудаков Олег Игоревич - студент Московского государственного индустриального университета. Основное направление научных исследований - распределение крутящего момента по колесам, осям и бортам; дифференциалы автомобилей; проходимость автомобиля. Имеет 4 опубликованные работы. e-mail: ochi88@mail.ru
Статья поступила 15.06.2010 г.
