CC BY
77
УДК 629.113
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОДОЛЬНО-УГЛОВОГО КРЕНА КУЗОВА АВТОМОБИЛЯ ПОВЫШЕННОЙ ПРОХОДИМОСТИ С НЕЗАВИСИМЫМИ ПОДВЕСКАМИ ПРИ РАЗГОНЕ
Ю.А. Поляков
С помощью пространственной модели автомобиля повышенной проходимости с независимыми подвесками получены характеристики продольного крена кузова при разгоне с учетом реальной кинематики элементов подвесок и особенностей их установки на автомобиле.
Ключевые слова: параметры продольно-углового крена кузова, независимая подвеска, пространственная модель автомобиля повышенной проходимости.
Для исследования вибронагруженности автомобиля повышенной проходимости с независимыми подвесками колес с использованием программной системы ФРУНД [2] была создана математическая модель пространственных колебаний его конструкции с учетом динамики его движения по случайному микропрофилю дороги, нелинейных характеристик элементов подвесок, систем виброзащиты, виброизоляции и шин.
Динамическая модель конструкции автомобиля представляет собой механическую систему, состоящую из абсолютно твердых тел (рама, силовой агрегат, раздаточная коробка, рычаги рулевого привода передних управляемых колес, передний мост, задний мост, подсистемы «водитель -сиденье»), связанных между собой элементами, моделирующими направляющие рычаги подвесок колес, шины, виброизоляторы агрегатов, стабилизаторы и амортизаторы (рис. 1). Трехмерная интерпретация этой модели приведена на рис. 2.
Рис. 1. Динамическая модель автомобиля повышенной проходимости
с независимыми подвесками колес
Рис. 2. Трехмерная интерпретация динамической модели автомобиля повышенной проходимости с независимыми подвесками колес
Кузов крепится к раме автомобиля в восьми точках. Продольно расположенный двигатель с коробкой передач в сборе установлен на раме на двух передних и двух задних виброизоляторах.
Особое внимание уделено независимым подвескам колес (рис. 3). Направляющий аппарат подвески каждого из колес представлен двумя рычагами, качающимися в поперечной плоскости.
Рис. 3. Расчетная схема независимой подвески заднего левого колеса
В качестве упругого элемента каждой подвески выступает витая цилиндрическая пружина, расположенная соосно с амортизатором. Ниж-
117
няя опорная чашка пружины установлена на нижнем направляющем рычаге подвески. Верхняя опорная чашка пружины крепится шарнирно к кронштейну рамы.
Амортизаторы подвесок мостов представляют собой вертикальные демпфирующие связи с кусочно-линейными характеристиками. Кусочнолинейная скоростная характеристика амортизатора имеет четыре участка, соответствующие дроссельному и клапанному режимам работы, различные для ходов сжатия и отбоя. В модели для каждого амортизатора предусмотрено нижнее шарнирное крепление к нижнему направляющему рычагу подвески и верхнее шарнирное крепление к кронштейну рамы.
В динамическую модель автомобиля включены передний и задний стабилизаторы поперечной устойчивости. Стабилизатор представляется состоящим из двух половин, соединенных между собой элементом с заданной крутильной жесткостью. Все места крепления звеньев стабилизатора и серьги моделируются соединительными элементами, каждый из которых имеет свою механическую характеристику, которая представляет собой сумму упругой и демпфирующей составляющих.
Формирование уравнений движения системы тел основано на уравнениях Лагранжа первого рода. Уравнения динамики механической системы состоят из уравнений свободного движения тел и уравнений связей от кинематических пар. Кроме кинематических пар, связи между телами могут задаваться силами от упруго-демпфирующих элементов, соединяющих тела.
Для упрощения численного интегрирования таких систем уравнений уравнения связей записываются во вторых производных (связи по ускорениям), что позволяет использовать явные методы интегрирования, без необходимости решать нелинейную систему уравнений относительно переменных состояния. Уравнения движения системы тел при таком подходе записываются в следующем виде [1]:
М& + БТ р = f (С, я, I), Щ = ВД, с),
где М - матрица инерции; я - вектор обобщенных координат всей системы размерностью п; Б - матрица переменных коэффициентов уравнений кинематических связей размерностью к х п (к - число связей); Т - символ транспонирования; р - вектор множителей Лагранжа; {(С, я,?) - вектор внешних сил, включающий в себя силы нагрузок, силы от упруго-демпфирующих элементов и гироскопические силы; И(<С, я) - вектор правых частей уравнений связей.
Для определения параметров продольной угловой жесткости независимой подвески моделировался режим разгона. Это осуществлялось путем плавного увеличения продольных сил, приложенных в точках контакта
шин с дорогой. Максимальное значение суммы продольных сил достигало порядка 68 кН, по 17 кН на каждое колесо.
Исследовались два варианта пружин:
1) жесткость 850 кН/м, длина в свободном состоянии 759 мм, деформация пружины под статической нагрузкой 55 мм;
2) жесткость 700 кН/м, длина в свободном состоянии 771 мм, деформация пружины под статической нагрузкой 67 мм.
В качестве кинематических характеристик подвески, определяющих ее свойства при разгоне, принимались:
1) зависимость угла продольного крена кузова от суммарной продольной силы на колесах в режиме разгона (рис. 4);
2) зависимость от суммарной продольной силы в режиме разгона показателя противодействия подъему передней подвески - выраженного в процентах отношения динамического хода подвески к ее статическому ходу (рис. 5).
На рис. 4 показано, что углы продольного крена кузова при установке пружин по первому и второму вариантам близки друг к другу и составляют, соответственно, 2,6 и 2,2 градуса при действии максимальной суммарной продольной силы на колесах порядка 68 кН.
у,град
2,4
1,6
0,8
0
О 15 30 45 60 кН
Рис. 4. Зависимость угла продольного крена кузова от суммарной продольной силы на колесах в режиме разгона при установке пружины
жесткостью:
1 - 850 кН/м; 2 - 700 кН/м
На рис. 5 видно совпадение для двух вариантов пружин графиков, характеризующих подъем кузова на передней подвеске. Поскольку речь идет о противодействии подъему кузова со стороны упругого элемента, соответствующие проценты приняты отрицательными.
Рис. 5. Зависимость выраженного в процентах отношения динамического хода передней подвески к ее статическому ходу от суммарной продольной силы на колесах в режиме разгона при установке пружины жесткостью:
1 - 850 кН/м; 2 - 700 кН/м
Аналогичные показатели при торможении при плавном увеличении продольных тормозных сил, приложенных ко всем колесам, имеют идентичные значения в силу симметрии конструкции каждой подвески.
Выводы
1. Построена пространственная модель автомобиля повышенной проходимости с независимыми подвесками, позволившая получить характеристики продольно-угловых колебаний с учетом реальной кинематики элементов подвесок и особенностей их установки на автомобиле.
2. Независимая подвеска обеспечивает угол продольного крена кузова, равный 2,6 градуса, с пружиной жесткостью 850 кН/м, и 2,2 градуса -с пружиной жесткостью 700 кН/м при действии максимальной суммарной продольной силы на колесах, равной 68 кН, по 17 кН на каждое колесо.
3. Дальнейшее уменьшение угла продольного крена кузова, и соответственно, динамического хода подвески при разгоне и торможении, может быть достигнуто изменением геометрии точек крепления рычагов подвески. Однако проведение указанного мероприятия необходимо согласовывать с кинематическими параметрами рулевого управления.
Список литературы
1. Горобцов А.С., Карцов С.К., Плетнёв А.Е., Поляков Ю.А. Компьютерные методы построения и исследования математических моделей динамики конструкций автомобилей: Монография. М.: Машиностроение, 2011. 463 с.
2. Горобцов А. С. Программный комплекс расчета динамики и ки-
120
нематики машин как систем твердых и упругих тел // Справочник. Инженерный журнал. 2004. № 9. C. 40 - 43.
Поляков Юрий Анатольевич, канд. техн. наук, доц., polyakovua@mail.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
DETERMINA TION OF PITCH PARAMETRES OF CROSS-COUNTRY CAR WITH INDEPENDENT SUSPENSIONS FOR ACCELERA TION
Yu.A. Polyakov
With help of cross-country car spatial model with independent suspensions were received pitch parameters for acceleration car taking into account the real kinematics of elements of suspensions and features of their setting on a car.
Key words: pitch parameters, independent suspension, spatial model of crosscountry car
Polyakov Yuriy Anatolevich, candidate of technical science, docent, polya-kovua@mail.ru, Russia, Moscow, National Research Technological University «MISiS»
УДК 621.43
ОЦЕНКА ПРОФЕССИОНАЛЬНО-ЛИЧНОСТНОГО УРОВНЯ ВОДИТЕЛЕЙ И МЕХАНИЗАТОРОВ
Н.В. Храмцов, Л.Н. Скипин
Разработана модель оценки профессионально - личностного уровня водителей и механизаторов, содержащая 4 комплексных и 13 единичных признаков. Выявлено влияние профессионально - личностного уровня на эффективность использования автомобилей и тракторов.
Ключевые слова: оценка, модель, уровень, профессионализм, водители, механизаторы.
Эффективность использования и надежность автомобилей, тракторов и строительно-дорожных машин во многом определяются профессионально -личностными качествами водителей, трактористов и исполнителей ремонтно-обслуживающих работ. В имеющихся работах [1,2] в основном рассматривается роль стажа и классности механизаторов, а значение других личностных качеств признается, но из-за отсутствия должных методик не используется в практике. Несомненно, что кроме признаков профессионализма на качество работ влияют признаки отношения к работе и
121
