CC BY
208
- анализ технических параметров при неизвестных в1 и в2. Условия применения показателей производительности, металло- и энергоемкости - анализ технических параметров при постоянных параметрах, входящих в показатели предыдущего уровня.
Литература
1. Саклаков В.Д., Сергеев М.П. Технико-экономическое обоснование выбора средств механизации. - М.: Колос, 1973. - 200 с.
2. Босый Н.А., Грицышин М.Н., Масло И.П. Определение технико-экономического уровня сельскохозяйственной техники // Механизация и электрификация соц. с.х. - М., 1983. - № 5. - С.27-31.
3. Фере Н.Э., Бубков В.З., Еленев А.В., Пильщиков Л.М. Пособие по эксплуатации машинно-тракторного парка. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1978. - 255 с.
4. Блауберг И.В., Юдин Э.Г. Становление и сущность системного подхода. - М.: Наука, 1973. - 289 с.
5. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. - 2-е изд. доп. и перераб. - М.: Наука, 1978. - 399 с.
6. Раднаев Д.Н. Система моделей для оценки посевных машин // Аграрная наука. - 2009. - № 10. -С.31-32.
УДК 629.114.82.001.63 В.А. Зеер, И.С. Жарков, А.А. Сорокин
ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО ОСОБО МАЛОГО КЛАССА ПОВЫШЕННОЙ ПРОХОДИМОСТИ
Представлены основные этапы проектирования квадроцикла-амфибии повышенной проходимости, разработаны несущая система, трансмиссия с роликофрикционным приводом ведущих колес, пневматическая подвеска с регулируемым клиренсом, рассчитан комплексный показатель конкурентоспособности проектируемого транспортного средства.
Ключевые слова: мини-вездеход, конструирование, квадроцикл, амфибия, конкурентоспособность.
V.A. Zeer, I.S. Zharkov, A.A. Sorokin EXTRA SMALL CLASS MOTO VEHICLE OF THE INCREASED PASSING ABILITY
The basic stages for design of all-terrain vehicle-amphibia with the increased passing ability are given; bearing system, transmission with rolling and friction drive of the driving wheels, pneumatic suspension bracket with an adjustable road clearance is developed; complex indicator of competitiveness of the vehicle being projected is calculated.
Key words: mini-rover, design, all-terrain vehicle, amphibia, competitiveness
Введение
В современном мире высокие темпы урбанизации населения вызывают потребность людей в активном отдыхе и туризме, где часто применяются различные виды авто-мототехники, большую долю которых составляют легковые автомобили особо малого класса (квадроциклы).
По экспертным оценкам в Красноярском крае резко возрастает спрос на квадроциклы, снегоходы и гидроциклы. За последние годы число приобретаемых единиц такого рода техники возросло на 40-70%.
Квадроциклы находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Например, утилитарные квдроциклы - это прекрасная альтернатива мини-тракторам. Они могут работать с различными видами навесного оборудования (плуги, культиваторы, сеялки, ножи-отвалы, шнеки для уборки снега и т.д.).
Применение квадроциклов в лесном хозяйстве позволяет облегчить и увеличить производительность труда лесников (в некоторых регионах РФ уже сейчас планируется производить массовую закупку минивездеходов для лесников).
Постановка задачи
Условия эксплуатации данной техники очень широки. Это проселочные дороги, лесные тропы, болота, снег, водные преграды независимо от времени года и погодных условий. Однако у большинства выпускае-
мых машин эксплуатационные свойства ограничены. По этой причине ставится цель - создание конкурентоспособного транспортного средства (ТС) - амфибии особо малого класса с улучшенными показателями проходимости и функциональности. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: провести аналитический обзор существующих конструкций такого типа машин; спроектировать амфибию особо малого класса повышенной проходимости и высоким уровнем комфортабельности; провести комплексную оценку конкурентоспособности проектируемого ТС.
Методы решения задач
На сегодняшний день можно выделить три основных типа транспортных средств (ТС) данного класса
- это квадроцикл, мотовездеход и вездеход-амфибия (рис. 1).
Рис. 1. Типы ТС: а - квадроцикл; б - мотовездеход; в - вездеход-амфибия
Квадроцикл (рис. 1, а) - это четырехколесное ТС, обладающее повышенной проходимостью, возможностью перевозки грузов и буксировки прицепа или оборудования, оснащенное системой управления мотоциклетного типа и его "верховой" посадкой. Квадроциклы имеют сравнительно небольшие габариты, рассчитаны преимущественно на одного человека.
Мотовездеход (рис. 2, б) - это квадроцикл автомобильного типа, имеющий более удобную посадку. По массогабаритным показателям мотовездеход уступает квадроциклу. Рама применяется пространственная с трубами, образующими каркас безопасности, что делает мотовездеход более безопасным. В задней части мотовездеходы имеют опрокидывающийся кузов.
Вездеход-амфибия (рис. 2, в) представляет собой вездеход с колесной формулой 6x6 или 8x8, не имеющий подвеску и рулевого управления, разворот осуществляется изменением скорости вращения колес с одного или другого борта. Максимальная скорость вездехода-амфибии до 40 км/ч.
Для обеспечения высокого уровня пассивной безопасности и возможности преодоления водных преград была спроектирована пространственная рама. Достоинством пространственной рамы является высокое отношение крутильной жесткости к ее массе. Также благодаря пространственной конструкции удалось получить большой объем кузова, необходимый для обеспечения плавучести без увеличения массы [1], поскольку все панели кузова не только предохраняют от попадания воды внутрь машины, но и придают дополнительную жесткость, связывая элементы пространственной рамы. При проектировании рамы использовались современные CAD- и CAE-технологии (рис. 2).
Рис. 2. Рама проектируемого квадроцикла-амфибии: а - трехмерная модель рамы ТС; б - эпюра напряжений элементов рамы ТС
Габариты проектируемого ТС принимались из расчета перевозки его в стандартных прицепах, предназначенных для перевозки снегоходов, квадроциклов, мотоциклов.
В качестве энергетической установки для квадроцикла-амфибии был выбран силовой агрегат автомобиля Ока: надежный, экономичный, с жидкостной системой охлаждения и сравнительно небольших массогабаритных размеров. Двигатель карбюраторный двухцилиндровый четырехтактный с рабочим объемом 649 см3. Коробка передач четырехступенчатая с следующими передаточными числами: I передача - 3,7; II - 2,06; III - 1,27; IV - 0,9; задний ход - 3,67; встроенная главная передача - 4,54.
Деформируемые грунты являются наиболее характерными опорными поверхностями, по которым осуществляется движение такого рода ТС. На таких грунтах наиболее предпочтительной является многоосная схема ТС, позволяющая уменьшить давление колеса на грунт и соответственно уменьшить высоту образующейся колеи, что повышает проходимость. Задача оптимизации числа осей автомобиля по характеристикам проходимости чрезвычайно сложна. При ее решении необходимо учесть два противоречивых обстоятельства: увеличение числа осей может значительно повысить проходимость автомобиля, так как нагрузка на ось (колесо) снижается, однако при этом усложняется конструкция трансмиссии и повышается масса автомобиля. Одним из эффективных решений данной проблемы может быть применение фрикционного роликового привода колес (рис. 3), в котором для увеличения передаваемого крутящего момента на ролике имеются зубья в форме канавок протектора шины колеса, также ролик имеет регулировку силы его прижатия к ведущим колесам, что позволяет менять давление в шинах, устанавливать ролики и колеса различных типоразмеров. Предлагаемая схема привода ведущих колес позволяет упростить трансмиссию и уменьшить ее массу, так как не требует отдельного привода для каждого колеса, улучшить геометрическую проходимость машины благодаря высокому расположению агрегатов трансмиссии, предохранить трансмиссию от динамических перегрузок, особенно часто возникающих на бездорожье, за счет проскальзывания ролика по колесу. Применение балансирной задней подвески позволяет избежать вывешивания ведущих колес при преодолении препятствий, сохраняя постоянный контакт с дорогой.
Рис. 3. Роликовый фрикционный привод колес
Для повышения показателей геометрической проходимости проектируемой машины и ее комфортабельности использована пневматическая подвеска с возможностью регулирования дорожного просвета [2]. Упругие свойства подвески обеспечиваются пневматическими элементами диафрагменного типа со встроенными гидравлическими амортизаторами. Важнейшим преимуществом пневматической подвески является возможность осуществления автоматического регулирования подвески таким образом, чтобы статический прогиб упругих элементов оставался постоянным независимо от нагрузки. При этом одновременно с увеличением общей энергоемкости системы можно получить подвеску с меньшей начальной жесткостью по сравнению с подвеской без компенсации (рис. 4). Применение регулируемой пневматической подвески приводит к значительному уменьшению частоты собственных колебаний кузова; повышается плавность хода и сохраняется комфортабельность независимо от загрузки автомобиля; снижаются динамические нагрузки на шины, колеса и шасси автомобиля (особенно при малонагруженном или порожнем автомобиле).
Отбои
Рис. 4. Сравнительный график характеристик упругих элементов: 1 - металлический; 2 - пневматический
Сжяттте Ход упругого элемента, см
Предлагаемая подвеска работает по следующему принципу (рис. 5). Воздух накачивается компрессором в ресивер, из ресивера поступает в распределительную коробку, откуда идет в корректирующие клапаны и упругие элементы. Вторая магистраль служит для отвода воздуха из упругих элементов, при разгрузке машины, выпуска через распределительную коробку в атмосферу или для подачи дополнительного воздуха при регулировании дорожного просвета. Диапазон регулирования дорожного просвета от 100 до 300 мм.
Рис. 5. Принципиальная схема пневматической подвески колес
Тягово-скоростные свойства проектируемого ТС представлены в виде зависимости динамического фактора от скорости движения (рис. 6) [3]. Из которой следует: максимальная скорость движения на горизонтальном участке дороги 75 км/ч, максимальный преодолеваемый подъем (коэффициент сцепления ф = 0,7) 34%.
О 10 20 30 40 50 60 70 80
V, км/ч
Рис. 6. Динамическая характеристика проектируемого квадроцикла-амфибии: 1 - динамический фактор на 1-й передаче; 2 - на 2-й передаче; 3 - на 3-й передаче; 4 - на 4-й передаче; 5 - динамический фактор на подъеме (ф = 0,7) 34%; 6 - динамический фактор на горизонтальном участке дороги,
7- динамический фактор по сцеплению при ф = 0,7
Проектируемое ТС имеет колесную формулу 6x4, одинаковую колею передних и задних колес, заднее расположение силового агрегата, что увеличивает коэффициент сцепной массы и в целом улучшает ее опорно-сцепную проходимость на грунтах с небольшой несущей способностью. Снаряженная масса до 500 кг, полная масса 860 кг, при этом на переднюю ось приходится 286 кг, на задние оси по 287 кг.
Основные параметры профильной проходимости проектируемого ТС представлены на рисунке 7.
Рис. 7. Показатели профильной проходимости проектируемой машины
Для комплексной оценки конкурентоспособности проектируемого ТС [4] воспользуемся балльным методом. В качестве сравниваемых параметров задаются: Х1 - цена, Х2 - массогабаритные параметры, Х3 - простота конструкции, Х4 - проходимость, Х5 - комфортабельность. В соответствии с методом составляется матрица смежности (табл. 1), затем осуществляется балльная оценка (количество баллов от 1 до 5) каждого выбранного параметра для всех вариантов ТС (табл. 2).
Таблица 1
Матрица смежности
Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Вх1 bхi
Х1 =1 >1,5 =1 =1,5 >1,5 6,5 0,26
Х2 <0,5 =1 <0,5 <0,5 >1,5 4,0 0,16
Х3 =1 >1,5 =1 <0,5 >1,5 4,5 0,18
Х4 >1,5 >1,5 >1,5 =1 >1,5 7,0 0,28
Х5 <0,5 <0,5 <0,5 <0,5 =1 3,0 0,12
25,0 1,00
Таблица 2
Балльная оценка значимости параметров
Модель Ьх1 Pк
0,26 0,16 0,18 0,28 0,12
Х1 Х2 Х3 Х4 Х5
A Квадроцикл 4 5 3 4 4 3,98
B Мотовездеход 3 4 3 4 4 3,56
C Вездеход-амфибия 3 4 5 5 3 4,08
D Проектируемое ТС 5 3 4 4 5 4,22
Показатель конкурентоспособности для каждой из анализируемых моделей находится как сумма произведений значений Ьх1 на соответствующее балльное значение параметра модели. Модель с максимальным значением показателя конкурентоспособности наиболее предпочтительна.
Выводы
Анализ существующих ТС особо малого класса позволил выявить достоинства и недостатки их конструкций.
Разрабатываемое ТС имеет пространственную раму, которая обладает высокой жесткостью на кручение и улучшает пассивную безопасность машины. Роликовый фрикционный привод позволяет без усложнения конструкции и увеличения массы ТС увеличить дорожный просвет и количество ведущих осей, что улучшает его проходимость на деформируемых грунтах. Применение регулируемой пневматической подвески колес на проектируемой машине позволяет улучшить ее комфортабельность в широком диапазоне динамических нагрузок, возникающих при движении по пересеченной местности с разной загрузкой машины.
Проектируемое ТС обладает высокими технико-экономическими показателями, что повышает его конкурентоспособность среди существующих машин данного типа.
Литература
1. СтепановА.П. Конструирование и расчет плавающих машин. - М.: Машиностроение, 1983. - 200 с.
2. Равкин Г.О. Пневматическая подвеска автомобиля. - М.: Машгиз, 1962. - 288 с.
3. Тарасик В.П. Теория движения автомобиля. - СПб., 2006. - 479 с.
4. Родикова Л.Н. Организация конструкторской подготовки производства: учеб. пособие. - Красноярск:
Изд-во КГТУ, 2003. - 233 с.
