Обоснование рациональных закономерностей децентрализованного регулирования давления воздуха в шинах Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

актуальная задача, так как применение порошка активно используется в металлургии. В Западно-Сибирском регионе, а в частности в Омской области, очень много литейных цехов, где добавляют порошки при спекании и образовании металла.

Библиографический список

1. Федорченко, И. М. Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения : справ. / И. М. Федорченко [и др.] ; отв. ред. И. М. Федорченко. — Киев : Наукова Думка, 1985. — 624 с.

2. Лернер, М. И. Зависимость дисперсности нанопо-рошков металлов и процесса их агломерации от температуры газовой среды при электрическом взрыве проводников / М. И. Лернер, В. И. Давыдович, Н. В. Сваровская // Физическая мезомеханика. - 2004. - № 7. - Ч. 2. - С. 340-343.

3. Изгородин, А. Наноиндустрия и подготовка специалистов / А. Изгородин, Г. Чистобородов // В мире оборудования. -2008. - № 5 (80). - С. 9-13.

4. Пат. 55665 РФ, МПК В24Б 17/00. Шлифовальный круг для алмазно-абразивной обработки / Реченко Д. С., Нуртди-нов Ю. Р., Попов А. Ю. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. техн. ун-т. - № 2006111080/22 ; заявл. 05.04.06. ; опубл. 27.08.06., Бюл. № 24. - 2 с.

5. Эфрос, М. Г. Современные абразивные инструменты / М. Г. Эфрос, В. С. Миронюк ; под ред. З. И. Кремня. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л. : Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987. - 158 с.

6. Кремень, З. И. Современные абразивные инструменты / Под ред. З. И. Кремня. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л. : Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987. - 158 с.

7. ГОСТ 2447-82. Головки шлифовальные. Технические условия. - М. : Стандарт, 1980. - 12 с.

8. Заявка 2014119229 РФ, МПК В22Б 9/00. Устройство для получения металлических порошков / Реченко Д. С., Попов А. Ю., Титов Ю. В., Госина К. К., Каменов Р. У. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. техн. ун-т ; приоритет 13.05.2014, № 030364.

ТИТОВ Юрий Владимирович, аспирант кафедры металлорежущих станков и инструментов. РЕЧЕНКО Денис Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры металлорежущих станков и инструментов.

ГОСИНА Ксения Коблановна, студентка группы КМС-322 машиностроительного института. КАМЕНОВ Ренат Уахитович, студент группы КМС-322 машиностроительного института. ПОПОВ Андрей Юрьевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой металлорежущих станков и инструментов. Адрес для переписки: tyrin-88@mail.ru

Статья поступила в редакцию 09.10.2014 г. © Ю. В. Титов, Д. С. Реченко, К. К. Госина, Р. У. Каменов, А. Ю. Попов

УДК 629113 В. Ю. УСИКОВ

Омский автобронетанковый инженерный институт

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА В ШИНАХ

Рассматривается перспективное направление повышения проходимости автомобилей многоцелевого назначения, результаты проведенного расчетного эксперимента качения одиночного колесного движителя по деформируемой опорной поверхности в функции от нагрузки, номера прохода и давления воздуха в шине. Приводятся рекомендации по децентрализации регулирования давления воздуха в шинах и результаты проведенных экспериментальных исследований.

Ключевые слова: автомобили многоцелевого назначения, проходимость, деформируемая опорная поверхность, колесный движитель, система регулирования давления воздуха в шинах.

Характерной особенностью эксплуатации автомобилей многоцелевого назначения (АМН) является их использование по дорогам всех типов, в условиях бездорожья, на местности с различной степенью пересеченности. Бесспорно, что АМН эксплуатируются преимущественно в условиях с развитой дорожной сетью, но в то же время качество дорожного покрытия в пределах нашего го-

сударства — понятие довольно условное, несмотря на существующую стандартизацию, и меняется в соответствии с природно-климатическими условиями и в зависимости от времени года.

Для повышения проходимости автомобиля при движении в сложных дорожных условиях и по бездорожью следует снижать внутреннее давление в шинах, для чего используется конструктивно

предусмотренная система регулирования давления воздуха в шинах [1].

Следствием прямолинейного движения автомобиля по деформируемой опорной поверхности является то, что происходит естественное изменение характеристик опорной поверхности (уплотнение, разрушение грунта и т.д.) при проходе каждого последующего колеса колесного движителя. При этом при последовательном проходе колес идет приращение глубины колеи, вызывающее увеличение сил трения в зависимости от типа грунта и его характеристик и увеличение мощностных потерь на преодоление этого сопротивления [2].

В связи с этим предполагается, что при движении автомобиля по деформируемой опорной поверхности (ДОП) имеется необходимость установления давления воздуха в шинах колесного движителя индивидуально для каждого колеса и в зависимости от физико-механических характеристик грунта опорной поверхности, нагрузки, приходящейся на каждое колесо, номера (последовательности) прохода колес в образуемой ими колее.

Специфика условий движения автомобилей многоцелевого назначения предопределяет необходимость учитывать при определении сопротивления качению гистерезисные потери на деформацию шины и потери на деформацию грунта. В этом случае коэффициент сопротивления качению можно представить суммой двух составляющих:

{= 4 + 4,

(1)

I = кш ■ Iош + кг ■ {ог ,

(2)

(3)

кшч — частная функция коррекции коэффициента сопротивления качению, учитывающая движение по неровной опорной поверхности;

к — частная функция коррекции коэффициента сопротивления качению, учитывающая влияние скорости движения и;

кшМк — частная функция коррекции коэффициента сопротивления качению, учитывающая передачу колесом крутящего момента Мк;

кг ' kIpw ' кгу ' кго ' кгМк ' кгп ,

(4)

где Ш — коэффициент сопротивления качению шины;

/ — коэффициент сопротивления деформации грунта.

Влияние конструктивных и эксплуатационных параметров целесообразно выделить в специальные функции. Они могут быть учтены функциональными сомножителями в виде кш, к . И тогда выражение (1) можно представить в следующем виде:

где кш — функция коррекции коэффициента сопротивления качению шины;

к — функция коррекции коэффициента сопротивления деформации грунта;

Iош — коэффициент сопротивления качению шины в ведомом режиме с номинальной нагрузкой и давлением воздуха в шине;

— коэффициент сопротивления деформации грунта в ведомом режиме с номинальной нагрузкой и давлением воздуха в шине.

Функции коррекции коэффициентов сопротивления качению шины кш и деформации грунта кг могут быть представлены как произведение частных функций коррекции:

где кгЯг — частная функция коррекции коэффициента сопротивления деформации грунта, учитывающая изменение нагрузки Я;

кгрж — частная функция коррекции коэффициента сопротивления деформации грунта, учитывающая изменение воздуха в шине р^

ку — частная функция коррекции коэффициента сопротивления деформации грунта, учитывающая явление бокового увода шины;

к — частная функция коррекции коэффициента сопротивления деформации грунта, учитывающая влияние скорости движения и;

кгМк — частная функция коррекции коэффициента сопротивления деформации грунта, учитывающая передачу колесом крутящего момента Мк;

к — частная функция коррекции коэффициента сопротивления деформации грунта, учитывающая номер прохода колеса по грунту.

Коэффициенты сопротивления качению шины 1ш и деформации грунта в ведомом режиме с номинальной нагрузкой и давлением воздуха в шине, а также частные функции коррекции коэффициентов сопротивления качению шины кш и деформации грунта кг определялись анализом литературных источников [1—3 и др.] и экспериментальных исследований взаимодействия одиночного колесного движителя с различными типами опорных поверхностей. Анализ результатов экспериментального исследования, позволил выявить характер влияния на коэффициент сопротивления качению нормальной нагрузки, давления воздуха, передаваемого крутящего момента, типа опорной поверхности и установить значения соответствующих частных функций коррекции:

кщъ = Л^ + В^ ^

к - 1 + •

кшу -1+с • ^ '

*.....= 1 - ^

ош

„Д.,

(5)

(6)

(7)

(8) (9)

г _ л . с вог

Аог = 0,11 • ц2 - 0,19 • Ц + 0,14 ; Вог = -0,65 • ц2 +1,27 • ц - 0,97 ;

1

' R Л 2-Ц+1

где кшЯ; — частная функция коррекции коэффициента сопротивления качению, учитывающая изменение нагрузки Я;;

кшрш — частная функция коррекции коэффициента сопротивления качению, учитывающая изменение воздуха в шине рш;

кшу — частная функция коррекции коэффициента сопротивления качению, учитывающая явление бокового увода шины;

R„

1

кгры = Агры Р 2 +В,

*~гры ' В гры

= А. ■ п"

гп

(10) (11) (12)

Частная функция коррекции коэффициента сопротивления качению, учитывающая изменение нагрузки Я^:

К* = + • , (13)

№

кшпыг ~ Р* Р

р*

где А^ = 0,0024; BRzZ= 0,4615.

Частная функция коррекции коэффициента сопротивления качению, учитывающая изменение давления воздуха в шине р :

к,,,

(14)

где АКг = 0,0058; В^= -0,7210.

Частная функция коррекции коэффициента сопротивления деформации грунта, учитывающая явление бокового увода шины к :

б„2

R„

(15)

Частная функция коррекции коэффициента сопротивления деформации грунта, учитывающая влияние скорости движения и:

к -1 + к^!

Кш» - 1 + ^

(16)

Коэффициент сопротивления грунта /г в ведомом режиме с номинальной нагрузкой и давлением воздуха в шине:

(17)

/ = А..

• св

где Лог =0,11ц2 - 0,19ц + 0,14;

В> -0,65[2 + 1,27ц - 0,97;

с — параметр, характеризующий начальное сопротивление грунта вдавливанию штампа;

[ — степенной показатель, характеризующий закон изменения сопротивления грунта вдавливанию.

Частная функция коррекции коэффициента сопротивления деформации грунта, учитывающая изменение нагрузки R :

,2-ц+1

(18)

Частная функция коррекции коэффициента сопротивления деформации грунта, учитывающая изменение давления воздуха в шине р :

Рш 2 +Лгpw ,

(19)

где — коэффициент сопротивления деформации грунта от давления воздуха в шине;

В = 0,4615.

гр-Ж

Частная функция коррекции коэффициента сопротивления деформации грунта, учитывающая номер прохода колеса по грунту п:

(20)

где ^ — коэффициент сопротивления деформации грунта от номера прохода;

В = -0,6811.

гп

На основе разработанной математической модели качения одиночного колесного движителя по деформируемому грунту при известных нагрузочных и размерных параметрах, показателях жесткост-ных характеристик, а также физико-механических параметрах грунта, реализованной с использованием математического пакета МаШса^ проведен расчет влияния давления воздуха в шинах (Рш) на сопротивление качению колеса (Ц) при последовательных проходах и различных вертикальных нагрузках (R ).

■ 0.05-0.07 ■0.07-0.09 0.09-0.11 ■ 0.11-0.13 •0.13-0.15 0.15-0.17 0.17-0.19 0.19-0.21

в)

Рис. 1. Зависимости f в функции от Rz, Pw и номера прохода колеса по свежевспаханному суглинку: (а) — первый проход, (б) — второй проход, (в) — третий проход, (г) — четвертый проход

к = f

к^ =

п

Таблица 1

Данные расчетного эксперимента для качения одиночного колесного движителя по свежевспаханному суглинку

Нагрузка на Номер прохода

колесо, кг первый второй третий четвертый

1000 0,05-0,10 0,05-0,10 0,15-0,20 0,30-0,35

2000 0,05-0,10 0,05-0,10 0,10-0,15 0,20-0,25

3000 0,05-0,10 0,05-0,10 0,10-0,15 0,15-0,20

4000 0,05-0,10 0,05-0,10 0,05-0,10 0,15-0,20

5000 0,05-0,10 0,05-0,10 0,05-0,10 0,15-0,20

№

Таблица 2

Рекомендованные значения давления воздуха в шинах ^ , МПа) для колес разных осей

АМН при движении по ДОП в зависимости от приходящейся на каждое колесо нагрузки ДО , кг)

, кг Расположение колеса в колесной формуле АМН

1 2 3

грунтовая дорога

1000 0,10-0,15 0,15-0,20 0,15-0,20

2000 0,10-0,15 0,10-0,15 0,15-0,20

3000 0,08-0,10 0,10-0,15 0,15-0,20

4000 0,08-0,10 0,10-0,15 0,10-0,15

влажная грунтовая дорога

1000 0,15-0,20 0,20-0,25 0,30-0,35

2000 0,15-0,20 0,20-0,25 0,30-0,35

3000 0,15-0,20 0,15-0,20 0,25-0,30

4000 0,15-0,20 0,15-0,20 0,25-0,30

свежевспаханный суглинок

1000 0,08-0,10 0,08-0,10 0,15-0,20

2000 0,08-0,10 0,08-0,10 0,10-0,15

3000 0,08-0,10 0,08-0,10 0,10-0,15

4000 0,08-0,10 0,08-0,10 0,05-0,10

влажный речной песок

1000 0,10-0,15 0,10-0,15 0,15-0,20

2000 0,10-0,15 0,10-0,15 0,15-0,20

3000 0,08-0,10 0,10-0,15 0,10-0,15

4000 0,08-0,10 0,10-0,15 0,10-0,15

Результаты математического моделирования одиночного колесного движителя и проведенного расчетного эксперимента с учетом ограничений и допущений позволили получить зависимости сопротивления его качению в функции от нагрузки, приходящейся на колесо, установленного давления воздуха в шине и номера прохода при качении по деформируемой опорной поверхности с различными типами грунтов. Результаты моделирования представлены на рис. 1.

Интервалы значений давления воздуха в шине колеса (Р^, МПа), соответствующие минимальному значению коэффициента сопротивления, полученные при проведении расчетного эксперимента, при установленной нагрузке и в зависимости от прохода колеса по свежевспаханному суглинку представлены в табл. 1.

Проведенные испытания АМН КАМАЗ-5350 в штатной комплектации по типичным ДОП, с варьированием нагрузки на колеса осей автомобиля, с установленным давлением воздуха в шинах в соответствии с требованиями нормативно-технической документации завода-изготовителя [4] и рекомендованным по результатам проведенного исследования давлением для колес каждой оси, позволяют

оценить эффективность предлагаемого способа повышения проходимости за счет децентрализации давления воздуха в шинах АМН.

Рекомендованные по результатам проведенного исследования значения давления воздуха в шинах для колес каждой оси АМН при движении в типичных дорожных условиях и вне дорог по характерным ДОП представлены в табл. 2.

Сравнительные результаты проведенных испытаний АМН по определению максимальной силы тяги на крюке при движении по характерным ДОП с давлением воздуха в шинах, соответствующим нормативно-технической документации завода-изготовителя и давлением в колесах каждой оси, рекомендованным по результатам проведенного исследования, представлены на рис. 2 (1 — движение АМН с давлением воздуха в шинах в соответствии с [4], 2 — движение АМН с рекомендованным давлением воздуха в шинах).

Анализ результатов проведенных испытаний позволяет сделать вывод, что использование децентрализации регулирования давления воздуха в шинах при движении по типичным ДОП дает увеличение силы тяги на крюке автомобиля в среднем на 6,1 % (при движении по грунтовой дороге — на 6,6 %,

Рис. 2. Результаты проведенных испытаний АМН КамАЗ-5350 по определению максимальной силы тяги на крюке при движении по ДОП 1 — движение по грунтовой дороге; 2 — движение по влажной грунтовой дороге; 3 — движение по свежевспаханному суглинку; 4 — движение по мокрому речному песку. I — давление воздуха в шинах в соответствии с [4]; II — движение АМН с рекомендованным давлением воздуха в шинах

Рис. 3. Результаты определения расхода топлива АМН КАМАЗ-5350 при движении по ДОП 1 — движение по грунтовой дороге; 2 — движение по влажной грунтовой дороге; 3 — движение по свежевспаханному суглинку; 4 — движение по мокрому речному песку. I — давление воздуха в шинах в соответствии с [4]; II — движение АМН с рекомендованным давлением воздуха в шинах

по мокрой грунтовой дороге — на 5,8 %, при движении по пашне — на 4,9 %, при движении по влажному речному песку — на 7,2 %).

Сравнительные результаты проведенных испытаний АМН по определению расхода топлива при движении по характерным ДОП с давлением воздуха в шинах, соответствующим нормативно-технической документации завода-изготовителя и давлением в колесах каждой оси, рекомендованным по результатам проведенного исследования, представлены на рис. 3 (1 — движение АМН с давлением воздуха в шинах в соответствии с [4], 2 — движение АМН с рекомендованным давлением воздуха в шинах).

Анализ результатов проведенных испытаний позволяет сделать вывод, что использование децентрализации регулирования давления воздуха в шинах при движении по типичным ДОП дает снижение расхода топлива в среднем на 5,4 % (при движении по грунтовой дороге — на 6,1 %, по мокрой грунтовой дороге - на 6,6 %, при движении по пашне — на 4,6 %, при движении по влажному речному песку — на 4,2 %).

Проведенная экспериментальная оценка эффективности повышения проходимости АМН за счет децентрализации регулирования давления воздуха в шинах показала существенное увеличение показателей проходимости.

Использование предлагаемого способа повышения проходимости на автомобиле КамАЗ-5350 за счет децентрализации регулирования давления воздуха в шинах обеспечивает в 1,05 -1,07 раза большие значения реализуемой силы тяги на крюке и в 1,04 - 1,07 раза снижение расхода топлива по сравнению с автомобилем, движущимся с дав-

лением воздуха в шинах в соответствии с требованиями нормативно-технической документацией на машину.

Таким образом, анализ результатов проведенных исследований позволяет сделать вывод, что использование предлагаемого способа повышения проходимости АМН за счет децентрализации регулирования давления воздуха в шинах обеспечивает автомобилю существенное приращение удельной силы тяги на крюке и снижение расхода топлива при движении по типичным ДОП.

Библиографический список

1. Агейкин, Я. С. Проходимость автомобилей [Текст] / Я. С. Агейкин. - М. : Машиностроение, 1981. - 232 с.

2. Вольская, Н. С. Разработка методов расчета опорно-тяговых характеристик колесных машин по заданным дорожно-грунтовым условиям в районах эксплуатации [Текст] : авто-реф. дис. ... д-ра техн. наук : 05.05.03. - М., 2008. - С. 370.

3. Петрушов, В. А. Автомобили и автопоезда: Новые технологии исследования сопротивлений качения и воздуха [Текст] / В. А. Петрушов. - М. : ТОРУС ПРЕСС, 2008. - 352 с.

4. Автомобили КамАЗ семейства «Мустанг». Руководство по эксплуатации 4350-390230РЭ / Под общ. ред. В. В. Васина. -Набережные Челны : ОАО «КАМАЗ», 2010. - 118-3 с.

УСИКОВ Виталий Юрьевич, преподаватель кафедры эксплуатации бронетанковой и автомобильной техники.

Адрес для переписки: 174vitus@mail.ru

Статья поступила в редакцию 11.11.2014 г. © В. Ю. Усиков