CC BY
19
Borovkova Eleonora Vladimirovna, master, eleonora. [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 51-74:621
ВЫБОР ЗАКОНА СООТНОШЕНИЯ УГЛОВ ПОВОРОТА КОЛЕС ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ
А.Г. Амосов, А.А. Автушенко, М.В. Капитонов, М.Т. Лычкин
Показано что,для транспортно-технологических агрегатов, у которых проходимость является не менее важным качеством по сравнению с долговечностью, закон изменения соотношения углов поворота управляемых колес, различных осей должен обеспечивать максимальный поворачивающий момент при максимальных углах поворота передних управляемых колес, а также обеспечивать равенство износа при незначительных углах.
Ключевые слова: многоосный автопоезд, многоосный автомобиль, угол поворота, управляемое колесо.
Процесс доставки ракетоносителей (РН) к пусковой установке (ПУ) осуществляется специальными транспортно-технологическими агрегатами (ТТА). Эти агрегаты представляют собой двухзвенный автопоезд и состоят из тягача и полуприцепа (общая длина автопоезда более 35 м). Обычно мощности и сцепных свойств тягача недостаточно для обеспечения требований по проходимости, поэтому полуприцеп оснащается дополнительной силовой установкой и 4 - 8 парами активных колес.
При движении любого колесного агрегата между колесами и дорожным полотном, в пятне контакта, возникают значительные нагрузки, особенно при прохождении поворотов, влияющие на траекторию движения, и поэтому весьма важно правильно оценивать параметры системы рулевого управления [1 - 3]. В случае с ТТА специального назначения этот вопрос стоит более остро в связи со значительной массой автопоезда (нагрузка на одну ось 16 тонн). Далее будет рассмотрен вопрос распределения углов поворота колес полуприцепа.
Вопросам кинематического соотношения углов поворота левого и правого управляемых колес при повороте автомобиля посвящено много работ различных исследователей н накоплен определенный статистический материал [2, 4 - 9]. Поэтому при дальнейшем рассмотрении будем считать, что закон распределения углов поворота между левыми и правыми колесами известен. Необходимо определить соотношения между углами поворота управляемых колес по осям полуприцепа, считая углы средними между углами поворота левого и правого колес. На рисунке представлена схема принятых обозначений.
329
Схема принятых обозначений: а\ - расстояние от проекции центра тяжести на продольную ось полуприцепа до ¿-той оси; Л, - расстояние от проекции мгновенного центра поворота на продольную ось до 1-й оси; Лс - расстояние от проекции мгновенного центра поворота на продольную ось до сцепки; в3 -угол поворота колес последней (задней) оси; г/*з -угол между вектором скорости центра задней оси и продольной осью полуприцепа; 83 -угол увода задней оси; Я - расстояние от мгновенного центра поворота до оси полуприцепа; у-угол складывания автопоезда
За положительное направление углов принято направление, в котором отклоняется вектор скорости движения оси при воздействии на нее центробежной силы. Следовательно, угол 5з всегда положителен, угол 01 всегда отрицателен.
В связи с тем, что многоосные автопоезда высокой проходимости проектируются обычно так, что нормальные нагрузки на оси назначаются примерно одинаковыми, то все дальнейшие рассуждения будут исходить из этого предположения.
Закон, изменения углов поворота управляемых колес первой, второй, третьей и т. д. осей сравнительно с углами поворота управляемых колес последней (задней) оси может быть различным в зависимости от типа и назначения агрегата. Он может выбираться, исходя из условий обеспечения равномерного износа шин колес различных осей, либо из условия обеспечения максимального поворачивающего момента и т. д.
330
Рассмотрим следующие случаи выбора закона соотношения углов поворота управляемых колес задней и ьй осей:
а) исходя из условий обеспечения линейного закона распределения углов увода по осям;
б) исходя из условий равенства износа шин колес управляемых
осей;
в) исходя из условий обеспечения максимального поворачивающего момента, создаваемого колесами управляемых осей.
Выведем уравнение соотношения углов поворота колес последней и ьтой оси при линейном законе распределения углов увода по управляемым осям полуприцепа. Для этого напишем уравнение расстояния от проекции центра поворота на продольную ось полуприцепа до ьй оси
считая при этом, что Тогда из уравнения \|/|=0| +5; определяем
е. =
Так как вывод производится в предположении линейного закона распределения углов увода по осям, то
Следовательно,
Разделим (1) на (2):
ос;
б1 = б3 А
аг
7-637, (1)
к а3
е3=-^-бз- (2)
0; ~Б~+6ЗТ7
--■ЪГГ1- (3)
01 "ТГ+8
3
Рассматривая уравнения (1), (2) и (3), можно заметить, что при линейном законе распределения углов увода по осям соотношения углов поворота зависят от геометрического расположения осей на продольной оси полуприцепа и положения центра тяжести агрегата. В этом случае угол увода 1-й оси будет заметно меньше угла увода задней оси 5з. В работах ряда исследователей утверждается, что износ шин находится в квадратичной зависимости от величины угла увода, поэтому ось { будет поставлена в более выгодные условия с точки зрения износа, чем, например, задняя ось, что нерационально. Кроме того, при равенстве коэффициентов сопротивления уводу осей боковая сила, действующая на ось номера {, будет меньше. Это создаст меньший поворачивающий момент, чем можно было бы иметь, что, несомненно, отразится на величине минимального радиуса поворота.
В итоге, выбранный закон соотношения углов поворота управляемых колес ьтой оси не является достаточным. Колеса ьтой оси при данном законе не достигают намеченного угла поворота, качества полуприцепа по поворачиваемости используются неполностью, износ шин управляемых колес неравномерен.
Выведем другое уравнение для определения соотношения углов поворота управляемых колес ьтой оси, исходя из условия равенства углов увода управляемых осей, т. е. равномерности износа управляемых колес всех осей.
Если 5;= 53, то 01 = —^—63.
Следовательно,
Л;
_ 1Г"5з _ л}
Л
(4)
к ■ ^ "3
В этом случае соотношение углов поворота управляемых колес зависит только от геометрического расположения осей па продольной оси полуприцепа.
При жестком кинематическом приводе заданное соотношение углов поворота управляемых колес может быть удовлетворено лишь для определенных условий движения, для других условий движения оно не будет оптимальным.
Формулы (3) и (4) дают несильно разнящиеся результаты, так как величина б3 имеет малое значение по сравнению с остальными членами уравнения, поэтому формула (4), хотя и является недостаточной, все же может быть использована при практических расчетах.
Разберем последний случай соотношения углов поворота управляемых осей, исходя из условий использования максимального поворачивающего момента.
Чтобы получить больший поворачивающий момент (например, для получения меньших радиусов поворота или выхода из глубокой колеи), углы поворота управляемых колес всех осей должны быть увеличены. Несомненно, что по конструктивным соображениям вряд ли удастся сделать максимальный угол поворота управляемых колес ьй оси больше, чем у задней управляемой оси. Это связано с тем, что угол поворота задней управляемой оси обычно делают максимально возможным, исходя из компоновки корпуса или рамы, либо исходя из возможностей конструкции карданного шарнира привода колес. Поэтому в зоне максимальных значений углов поворота задних управляемых колес зададим следующее уравнение зависимости углов поворота ьй управляемой оси от угла поворота передней управляемой оси:
0Г 03 332
При этих условиях углы увода управляемых осей не будут одинаковыми. Определим величины углов увода, которые будут при этом возникать на ьй оси:
Так как ^ = 01 + 61 = 03 + 6Ь то
6. = _21_ез = _^ + ^ + б3 = ^+б3. (5)
1кзккзкз V )
Средний диапазон углов поворота колес является переходным от одного закона к другому. Следовательно, соотношение углов поворота 0з и 0; должно удовлетворять неравенству
^^ I1 < 1- (6)
Подводя итог, можно сказать, что закон изменения углов поворота управляемых колес любой из осей не может быть единым для всех агрегатов вне зависимости от ее назначения. Для колесных автомобилей, от которых требуются высокие транспортные качества, а также высокая проходимость и маневренность, закон изменения углов поворота должен обеспечивать как максимальную поворачивающую силу в диапазоне больших значений углов поворота колес, так и равномерный износ шин всех управляемых колес в диапазоне малых значений углов поворота управляемых колес.
Остается пока невыясненным вопрос соотношения между величинами угла складывания автопоезда и угла поворота задней оси. Если подходить к выбору углов поворота задней управляемой оси без учета особенностей автопоездов с управляемыми колесами, то можно получить агрегат с явно выраженной неустойчивостью движения. Управляемые колеса не оказывают влияния на динамическую устойчивость стационарного движения автопоезда, но ухудшение устойчивости прямолинейного движения при управляемых колесах наблюдается. Это связано со стабилизацией управляемых колес. При нестационарном движении на управляемых колесах может изменяться направление действующей в контактном отпечатке реактивной силы. Как указывается в теории устойчивости движения двухосных автомобилей, ни при каких положениях шкворня принципиально нельзя добиться того, чтобы стабилизирующий момент на задних управляемых колесах оставался положительным для всех углов поворота колес. Так как управляемые колеса полуприцепа используются лишь в качестве вспомогательного механизма поворота, то необходимо добиться того, чтобы боковая реакция в контакте шин управляемых колес не меняла своего направления, тогда ухудшения устойчивости движения из-за стабилизации управляемых колес не будет. В данном случае под использованием управляемых колес в качестве вспомогательного механизма поворота понимается такой режим их движения, когда на управляемых колесах создается угол поворота такой величины, чтобы колеса не создавали поворачивающего
момента, а лишь снимали момент сопротивления повороту, который они могли бы создать, если бы двигались в режиме неуправляемых колес. Система поворота на управляемые колеса должна быть спроектирована так, чтобы колеса катились либо без увода, либо даже с некоторым положительным уводом, создавая незначительное сопротивление повороту. Чтобы управляемые колеса никогда не переходили в режим движения с отрицательным уводом и не меняли направления действующей реактивной силы, необходимо задавать следующее соотношение угла складывания и угла последней (задней) управляемой оси:
0з=ЛС(У + О,1). (7)
Учитывая, что угол 0з всегда положителен, для обеспечения устойчивости движения желательно иметь отсутствие поворота задних управляемых колес вплоть до у-5° (из опыта проектирования ТТА). При дальнейшем увеличении угла складывания автопоезда, величина поворота задних управляемых колес должна определяться из уравнения (7). Для автопоездов высокой проходимости при движении с весьма малыми радиусами поворота и низкими скоростями движения, т.е. в зоне максимальных величин угла складывания, где требуется создать максимальный поворачивающий момент, необходимо иметь в виду, что из условия компоновки 0э < |0|. Где |0| предельно возможный угол поворота задней оси
|(у + 0Д)< 0э < |0|. (8)
Таким образом, выбор угла поворота задней управляемой оси нужно назначать, исходя из неравенства (8).
Выводы
1. Соотношение углов поворота управляемых колес различных осей должно зависеть от типа и назначения агрегата.
2. Для транспортных агрегатов, у которых долговечность является наиболее важным качеством, соотношение углов поворота управляемых колес различных осей должно обеспечивать минимальный износ шин, и, следовательно, определяться по формуле (3) либо (4).
3. Для агрегатов специального назначения, у которых проходимость и преодоление препятствий являются не менее важными качествами по сравнению с долговечностью, закон изменения соотношения углов поворота управляемых колес, различных осей должен обеспечивать максимальный поворачивающий момент при максимальных углах поворота передних управляемых колес, а также обеспечивать равенство износа при незначительных углах поворота передних колес. Закон изменения соотношения углов поворота управляемых колес во всем диапазоне их изменения должен определяться в этом случае неравенством (6).
4. Для обеспечения устойчивости движения многоосных автомобилей закон соотношения угла складывания автопоезда и задних управляемых колес должен определяться неравенством (8).
Список литературы
1. Белоусов Б.Н., Попов С.Д. Колесные транспортные средства особо большой грузоподъемности. Конструкция. Теория. Расчет / под общ. ред. Б.Н.Белоусова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 728 с.
2. Гладов Г.И., Петренко А.М. Специальные транспортные средства: учебник для вузов. М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. 215 с.
3. Горелов В. А., Тропин С.Л. Математическая модель криволинейного движения автопоезда по недеформируемому опорному основанию // Журнал автомобильных инженеров. 2011. №5 (70). С. 18 - 22.
4. Влияние конструктивно-компоновочных схем транспортных средств на их маневренность / В.Ф. Греков, С.В. Орлов, А. А. Пьянков, Ю.А. Ткаченко // Системы оброботки информации. 2008. №3 (70). С. 34 -38.
5. Закин Я.Х. Маневренность автомобиля и автопоезда. М.: Транспорт, 1986. 136 с.
6. Иванина Н.Л., Головченко В.И. Автоматизированный расчет и построение габаритной полосы движения длиннобазных седельных автопоездов при их поворотах на 90° и 180° // Вестник НТУ «ХП1». 2013. № 1 (975). С. 48 - 64.
7. Нарадовый Д.И., Позин Б.М., Трояновская И.П. О задаче стационарного поворота автопоездов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». №14. Вып. 7. С. 97 - 99.
8. Cheng S., Cebon D. Improving roll stability of articulated heavy vehicle using active semi-trailer steering // Vehicle System Dynamics: International Journal of Vehicle Mechanics and Mobility. 2008. Vol 46. S. 373-388.
9. Fletcher C., Manzie C., Good M. Trailer Steering: An Australian Research Perspective and Application By-Wire Control. Technical report // Ninth International Symposium on Heavy Vehicle Weights and Dimensions. June 18-22, Penn State, State College, Pennsylvania, 2006.
Амосов Алексей Германович, аспирант, lamosov@yandex. ru, Россия, Москва, Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет),
Автушенко Александр Александрович, аспирант, avtushenkoahk.ru, Россия, Москва, Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет),
Капитонов Михаил Владимирович, аспирант, mikekapitonovagmail.com, Россия, Москва, Московский государственный машиностроительный университет,
Лычкин Максим Тимофеевич, аспирант, тнОпатаИ.гн, Россия, Москва, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
335
CHOCE OF THE PRINCIPAL RATIO ROTATION ANGLE OF THE TRANSPORT WHEEL
A.G. Amosov, A.A. Autushenko, M. V. Kapitonov, M.T. Lychkin
For means of transport in which flotation ability is an important quality as well as endurance, the principal of variation rotation angle of steer wheels must provide the maximum turning moment, when the front steerable wheels have maximum angles of rotation also the principal must provide equality of wear at small rotation angles.
Key words: multi-axle road-train, multi-axle truck, steering angle, steer
wheel.
Amosov Alexey Germanovich, postgraduate, lamosovayandex.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University),
Autushenko Alexander Aleksandrovich, postgraduate, avtushenkoabk. ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University),
Kapitonov Mikhail Vladimirovich, postgraduate, mikekapitonovagmail. com, Russia, Moscow, Moscow State University of Mechanical Engineering,
Lychkin Maksim Timofeevitch, postgraduate, mu0na mail.ru, Russia, Moscow, Moscow Bauman State Technical University
УДК 621.922; 621.921.34
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РОТОРНЫХ СМЕСИТЕЛЬНЫХ АВТОМАТОВ С СУЩЕСТВУЮЩИМИ КОНСТРУКЦИЯМИ СМЕСИТЕЛЕЙ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
О.В. Соколова
Рассмотрены основные достоинства и недостатки конструкций роторных смесительных автоматов для реализации детерминированного способа формирования однородности смесей, при сравнении с типовыми существующими смесителями по некоторым технологическим критериям в различных отраслях промышленности.
Ключевые слова: смесь, дозатор, смеситель, роторная машина, сыпучий материал, детерминированного формирования однородности смесей.
На протяжении нескольких последних десятилетий сотрудниками кафедры "Технологические системы пищевых, полиграфических и упаковочных производств" Тульского государственного университета проводились неоднократные научно-технические, технико-экономические, патентные и маркетинговые исследования и анализ существующих и вновь проектируемых конструкций смесительной техники. Разработанные на кафедре конструкции роторных и бироторных дозирующих устройств и смесительных автоматов, реализующих технологию детерминированного
336
