CC BY
27
а)
б)
Рис. 11. Графики касательных напряжений в режиме свободного качения колеса: а - в дорожных условиях;
б - на стенде с беговым барабаном
Величина нормальных значений в дорожных и стендовых условиях отличается. Максимальная величина удельной нагрузки в дорожных условиях составляет ARх = 0,11 кН, а в стендовых условиях ARх = 0,17 кН. На стенде с беговым барабаном диаметром 0,24 м величина удельной нагрузки ARх превышает удельную нагрузку по сравнению с дорожными условиями на 35 %.
Результаты выполненного экспериментального исследования позволяют сделать следующие выводы: 1. Формы эпюр нормальных и касательных реакций в дорожных и стендовых условиях отличаются.
2. Величины нормальной максимальной удельной нагрузки ARz в стендовых условиях отличаются от дорожных на 11% в тормозном режиме.
3. Величины касательной максимальной удельной нагрузки ARх в стендовых условиях отличаются от дорожных на 25% в тормозном режиме.
4. Величины нормальной максимальной удельной нагрузки ARz в стендовых условиях в режиме качения колеса отличаются от дорожных на 17%.
5. Величины касательной максимальной удельной нагрузки ARх в стендовых условиях в режиме качения колеса отличаются от дорожных на 35%.
Библиографический список
1. Кулько П.А. Государственный Технический осмотр. Проблемы и решения. / К.В. Ушаков / Автотранспортное предприятие. 2005. № 9. С. 15-19.
2. Федотов А.И., Бойко А.В. Эффективность стендовых методов контроля тормозных систем автомобилей в условиях эксплуатации // Проблемы диагностики и эксплуатации автомобильного транспорта: сб. тр. II междунар. науч.-практ.
конф. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009. С. 115-125. 3. Экспериментальное исследование параметров, характеризующих взаимодействие автомобильного колеса с опорными роликами диагностических стендов / Федотов А.И., Бойко А.В., Цогт Д. [и др.] // Вестник ИрГТУ. 2009. Вып. 4. С. 72-77.
УДК 629.113.001
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ИЗМЕНЕНИЯ НОРМАЛЬНОЙ РЕАКЦИИ КОЛЕСА ДИАГНОСТИРУЕМОЙ ОСИ АВТОМОБИЛЯ НА ВИБРОСТЕНДАХ
1 9
© А.И. Федотов1, Нгуен Ван Ньань2
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Представлена математическая модель процесса изменения нормальной реакции на колесах диагностируемой оси автомобиля на опорных платформах вибростенда. Выявлены закономерности влияния технического состояния подвески на параметры колебаний нормальной нагрузки на колёсах автомобиля при испытаниях на вибростендах.
Ил. 8. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова:диагностика подвески автомобиля; вибростенд; процесс колебания нормальных реакций; математическая модель и техническое состояния амортизатора.
MATHEMATICAL MODEL OF CHANGING IN WHEEL NORMAL REACTION OF AUTOMOBILE AXLE BEING DIAGNOSED ON SHAKERS
1Федотов Александр Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры автомобильного транспорта, тел.: (3952) 405853, e-mail: fai@istu.edu
Fedotov Alexander, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Automobile Transport, tel.: (3952) 405853, e-mail: fai@istu.edu
2Нгуен Ван Ньань, аспирант, тел.: +79246007673, e-mail: nhanhdgt@yahoo.com Nguyen Van Nyan, Postgraduate, tel.: +79246007673, e-mail: nhanhdgt@yahoo.com
I ОВД I
Транспорт
A.I. Fedotov, Nguyen Van Nyan
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.
The paper presents a mathematical model of the process of changing the normal reaction on the wheels of the automobile axle being diagnosed on shaker support platforms. The effect regularities of suspension technical condition on fluctuation parameters of normal load on automobile wheels when tested on shakers are revealed. 8 figures. 6 sources.
Key words: diagnosis of automobile suspension; shaker; fluctuation of normal reactions; mathematical model and technical condition of shock absorber.
Для написания математической модели процесса динамическая нормальная реакция, Н.
изменения нормальной реакции диагностируемого колеса на опорных платформах вибростенда KDXG была разработана расчетная схема, представленная на рис. 1.
Из данной схемы имеем:
¿3 = -Knz3 -Cnz3 + Knz2 + Cnz2)
М
1 Г- (Kn + Km )z2 - (Cn + Cm )z2 + m + Knz3 + Cnz3 + Km zl + Cmzl
z 2
(1)
V2 2 2 2
r0 + Ro - 2r0R0 cos(rnt) - r0 sin (at) - Rmin.
Система уравнений (1) описывает закон колебаний подрессоренной М и неподрессоренной m масс автомобиля и колебания опорной платформы вибростенда [1, 2].
Нормальная реакция на колесе автомобиля определяется по формуле
R = R
Rz = Rzcm
+ Rj'
где Rzcm- статическая нормальная реакция, Н; Rzj -
Из расчетной схемы (см. рис. 1), используя принцип Даламбера относительно оси 0Z1, получаем:
/? — // — Г ' Лгу
Rzcm = -^сшст = Сш •'^zcT;
R = F F ; zj 1 сш] 1 кш>
R = С
Rzcm Сш
(M + m )g _
C '
(2)
Rz\' = ^(z2 - zl) - ^(z1 - z2)'
где Fкш, Fсш - силы демпфирования и упругости в шине, Н; Gм, Gm - вес подрессоренной М и неподрессоренной m масс автомобиля соответственно, Н.
Сумма нормальных реакций находится по формуле
Rz = (Rzcm + Rzj ) = Сш
(M + m )g C
^ in
+ ^ (z2 - zl) - ^ (z1 - z2 )•
777777/.
Рис. 1. Расчетная схема процесса колебания подвески автомобиля на опорной платформе вибростенда
z
l
Рис. 2. Расчетная схема для определения условия отрыва колеса от поверхности опорной платформы
вибростенда
М - подрессоренная масса автомобиля; т - неподрессоренная масса автомобиля; гс - свободный радиус автомобильного колеса; г - динамический радиус автомобильного колеса; НцК - высота центра колеса, то есть расстояние между центром колеса и опорной поверхностью платформы вибростенда; hп - расстояние от центра колеса до оси 01 кузова автомобиля; 1оа - статический прогиб шины колеса
Для определения условия отрыва колеса автомобиля от опорной поверхности платформы вибростенда была разработана следующая расчетная схема, представленная на рис. 2.
Статический прогиб колеса рассчитывался по формуле:
(М + ш)я
7 — -
^ост ^
Исходя из рис. 2., при статическом состоянии (начальном условии): Ицк0 — гс - 7ост, при динамическом состоянии (во время работы): \к = г] = \к0 + 22. Если ИЦк > Гс, то Я2 — 0, то есть
в этом случае происходит отрыв колеса автомобиля от опорной поверхности платформы вибростенда [3, 4].
Для аналитического расчета процесса изменения нормальной реакции на колесах диагностируемой оси
автомобиля на вибростенде использовались следующие исходные данные: модель автомобиля: Toyota-Corolla; подрессоренная масса, приходящаяся на одно колесо передней оси: М = 407 кг; неподрессоренная масса: m = 28кг; жесткость подвески (пружины): Сп = 22300 Н/м; коэффициент демпфирования амортизатора подвески: Кпотб = 400 Нс/м, Кпсж = 100 Нс/м; жесткость шины: Сш = 220000 Н/м; коэффициент демпфирования шины: Кш = 1250 Нс/м [5].
Подставив исходные данные в (2), найдем статическую нагрузку на колесо:
(M + m)g
Rzcm Сш zcm Сш
C„
— 220000(407 + 28)981 — 4267,35Н. 220000
С помощью вышеприведенного математического описания и пакета прикладных программ МаАаЬ были получены следующие результаты [6] (рис. 3)
Рис. 3. Характеристики нормальной реакции на диагностируемом колесе автомобиля от времени при разных
состояниях амортизатора (расчет): 1 - с исправным амортизатором Кпсж = 100, Кпотб = 400 (Нс/м); 2 - с неисправным амортизатором Кпсж = 27, Кпотб = 130 (Нс/м). Частота колебаний платформы стенда п = 16 Гц
Из графика следует, что при работе подвески с неисправным амортизатором нормальная реакция на диагностируемом колесе автомобиля периодически принимает значение 0, то есть колесо теряет контакт с опорной поверхностью.
По результатам моделирования построены зависимости (рис. 4) нормальной реакции на колесе автомобиля от частоты колебания опорной платформы вибростенда при исправном амортизаторе. На рисунке отчетливо видно, что в режиме резонанса на частоте колебания неподрессоренных масс (16 Гц) амплитуда колебаний нормальной реакции на колесе составляет 3996 Н.
По результатам моделирования построены зависимости (рис. 5) нормальной реакции на колесе от частоты колебания опорной платформы вибростенда при неисправном амортизаторе автомобиля. В режиме резонанса на частоте колебания неподрессоренных масс (16 Гц) амплитуда колебаний нормальной реакции на колесе значительно возросла и составляет 8303 Н. Это более чем в 2 раза больше, чем у автомобиля с исправным амортизатором.
На следующем этапе работы были проведены численные аналитические исследования влияния величин коэффициента отбоя Кпотб и коэффициента
сжатия Кпсж амортизатора на качество работы подвески автомобиля, на величину минимальной динамической нормальной реакции колес в резонансных режимах работы подвески. Полученная расчетная зависимость минимальной нормальной реакции на колесах автомобиля при изменении технического состояния амортизаторов представлена на рис. 6.
Данный график показывает зависимость минимальной нагрузки на колесо автомобиля от совместного изменения коэффициента отбоя Кпот6 и коэффициента сжатия К„сж амортизатора при контроле технического состояния подвески на вибростенде.
Полученная расчетная зависимость минимальной нормальной реакции на колесах автомобиля от частоты колебания при различных состояниях амортизаторов представлена на рис. 7.
Для оценки степени разгрузки колес автомобиля при проверке на вибростендах иногда используют удельный показатель «остаточных сцепных свойств колеса» К, который в реальности оценивает только степень его разгрузки:
п
"7 И1)И
К =-
Рис. 4. Зависимость нормальной реакции на колесе автомобиля от частоты колебания опорной платформы
вибростенда при исправном амортизаторе
у=1бгц
Рис. 5. Зависимость нормальной реакции на колесе автомобиля от частоты колебания опорной платформы
вибростенда при неисправном амортизаторе
Рис. 6. Зависимость минимальной нормальной реакции на колесах автомобиля при изменении технического
состояния амортизаторов
и
шип
(КК) "
2.5
Л \ к,. Е,
-и-
при Кгат^ 1 90; К™ К иг. 1г. ПО! ■1 л
Бапш П рИ Кп( >т5 № К„ - 7Н
—1 к-
1 г 3 4 Ь 6 7 9 3 10 11 12 13 14 16 17 19 20 21 22 У{ГЦ)
Рис. 7. Зависимость минимальной динамической нормальной реакции на колесе от частоты колебаний при эксплуатационных значениях коэффициентов демпфирования амортизатора
Рис. 8. Зависимость удельного показателя остаточных сцепных свойств эластичного колеса от частоты колебаний при эксплуатационных значениях коэффициентов демпфирования амортизатора
Из графиков (рис. 7, 8) видно, что удельные показатели остаточных сцепных свойств колеса с эластичной шиной К1, К2 и К3 при эксплуатационных значениях коэффициентов демпфирования амортизатора Кпотб = 320, Кпсж = 83 Нс/м; Кпотб = 190, Кпсж = 46 Нс/м и Кпотб = 130, Кпсж = 27 Нс/м делят характеристики подвески на три области: область хорошего сцепления, область
удовлетворительного сцепления и область неудовлетворительного сцепления.
Удельный показатель остаточных сцепных свойств колеса с эластичной шиной является информативным диагностическим параметром, оценивающим техническое состояние подвески автомобиля с позиции обеспечения комфортабельности автомобиля
I am i
Транспорт
в эксплуатационных условиях.
Если рассмотреть вышеприведенные характеристики в момент возникновения резонанса подвески автомобиля, на частоте колебаний Y = 16 Гц, то с точки зрения разработчиков данного метода и реализующих его вибростендов:
при К > 0,45 подвеска обеспечивает хорошее сцепление колёс с дорогой;
при 0,25 < К < 0,45 подвеска обеспечивает удо-
влетворительное сцепление колёс с дорогой;
при К < 0,25 подвеска обеспечивает неудовлетворительное сцепление колёс с дорогой.
Но если рассмотреть удельные показатели К остаточных сцепных свойств колеса с точки зрения обеспечения активной безопасности автомобилей, то они малоинформативны, поскольку не учитывают конструкции и сцепные свойства шин с опорной поверхностью.
Библиографический список
1. Власов В.Г., Доморозов А.Н., Нгуен Ван Ньань. Математическая модель процесса колебания подрессоренной и не-подрессоренной масс автомобиля на опорной платформе вибростенда КОХО // Вестник ИрГТУ. 2011. № 7. С. 68-72.
2. Доморозов А.Н., Нгуен Ван Ньань. Математическое описание процесса работы кулачкового механизма вибростенда КОХО // Вестник ИрГТУ. 2011. № 6. С. 61 -65.
3. Теория механизмов и машин / под ред. К.В. Фролова. М.:
Высш. шк., 1987.
4. Фалькевич Б.С. Теория автомобиля. М.: Машгиз, 1963. 239 с.
5. Техническое руководство по автомобилю Toyota Corolla 1995-2005 гг. 4-е изд. М.: Автодата-пресс, 2006. 408 с.: ил.
6. Лазарев Ю. Моделирование процессов и систем в MATLAB: учеб. курс. СПб.: Питер; Китев: Издательская группа BHV, 2005. 512 с.: ил.
УДК 656.13
АНАЛИЗ ЗАДЕРЖЕК ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ НА НЕРЕГУЛИРУЕМЫХ ПЕШЕХОДНЫХ ПЕРЕХОДАХ
© Е.Н. Чикалин1
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Представлена новая методика сбора данных при определении транспортной задержки на нерегулируемых пешеходных переходах, основанная на применении спутниковой навигационной системы. Выявлены факторы, влияющие на точность определения транспортной задержки. Проанализировано изменение скорости движения транспортного средства при проезде нерегулируемого пешеходного перехода. По результатам эксперимента уточнены области значений интенсивности движения пешеходов и транспортных средств, влияющих на величину задержки транспорта. Ил. 9. Табл. 1. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: транспортная задержка; навигационная система; трек; интенсивность транспорта; интенсивность пешеходов.
ANALYSIS OF VEHICLE DELAYS AT NON-CONTROLLED PEDESTRIAN CROSSINGS E.N. Chikalin
Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.
A new technique of data collecting for determining transport delay at non-controlled pedestrian crossings, which is based on the application of satellite navigation system, is presented. The paper identifies the factors influencing the determination accuracy of transport delay, analyzes the change of vehicle speed when passing a non-controlled pedestrian crossing. The results of the experiment allowed to specify the value range of traffic and pedestrians intensity that influence the value of traffic delay. 9 figures. 1 table. 3 sources.
Key words: transport delay; navigation system; track; intensity of traffic; intensity of pedestrians.
В составе российских руководств по оценке пропускной способности не было методик расчета пропускной способности проезжей части улицы или дороги на участке размещения нерегулируемого пешеходного перехода. В условиях ужесточения требований Кодекса Российской Федерации об административных правонарушениях (Федеральный закон Российской
Федерации от 7 мая 2009 г. № 86-ФЗ [3], предусматривающий наказание водителей штрафом в размере 800-1000 руб.) изменилось поведение водителей, пропускающих пешеходов на переходах «Зебра», что привело к усилению влияния таких переходов на пропускную способность участков улично-дорожной сети. В связи с ростом дисциплины водителей нерегулиру-
1 Чикалин Евгений Николаевич, аспирант, тел.: 655218, e-mail: 655218@mail.ru Chikalin Evgeny, Postgraduate, tel.: 655218, e-mail: 655218@mail.ru
