Содержание к диссертации
Введение
1 Влияние коэффициента сцепления на эксплуатационные свойства автомобилей и безопасность дорожного движения 11
1.1 Анализ моделей фрикционного контакта пневматических шин автомобилей с дорогой 11
1.2 Определение понятия коэффициента сцепления и методы его оценки в эксплуатационных условиях 19
1.3 Влияние коэффициентов сцепления колес с дорогой на эксплуатационные свойства автомобилей 31
Выводы по разделу 1 и постановка задач исследования 33
2 Теоретическое исследование влияния эксплуатационных факторов на боковую устойчивость задних сдвоенных колес грузового автомобиля 35
2.1 Определение зависимости максимального значения продольного коэффициента сцепления от параметров нагружения шины 35
2.2 Определение зависимости продольного коэффициента сцепления от относительного буксования колеса 42
2.3 Оценка боковой устойчивости неподвижных сдвоенных колес автомобиля против бокового скольжения 49
2.3.1 Математическая модель контакта неподвижных сдвоенных колес автомобиля с дорогой 49
2.3.2 Определение рационального распределения нормальных реакций по условию максимального бокового коэффициента сцепления 55
2.4 Оценка устойчивости ведущего сдвоенного колеса автомобиля против бокового скольжения 56
2.4.1 Определение продольного и бокового коэффициентов сцепления...
2.4.2 Моделирование бокового коэффициента сцепления сдвоенных ведущих колес автомобиля 7
2.5 Разработка обобщенного критерия для оценки сцепления колеса с дорогой 68
Выводы по разделу 2
3 Экспериментальное исследование контакта колес автомобиля с дорогой
3.1 Экспериментальное определение продольного коэффициента сцепления колеса с дорогой 79
3.1.1 Разработка устройства для проведения экспериментальных исследований 79
3.1.2 Определение коэффициента полезного действия червячного редуктора 81
3.1.3 Программа-методика проведения экспериментальных исследований 86
3.1.4 Обработка результатов экспериментов 92
3.1.4.1 Оценка погрешности косвенного измерения максимального продольного коэффициента сцепления колеса с дорогой 93
3.2 Экспериментальное определение бокового коэффициента сцепления колеса с дорогой 95
3.2.1 Разработка устройства для проведения экспериментальных исследований 95
3.2.2 Программа-методика проведения экспериментальных исследований 96
3.2.3 Обработка результатов экспериментов 99
Выводы по разделу 3 106
4 Исследование влияния неравномерности нагружения шин сдвоенных колес на устойчивость движения грузового автомобиля 108
4.1 Теоретическое исследование устойчивости движения грузового автомобиля при неравномерности нагружения шин задних сдвоенных колес 108
4.1.1 Моделирование процесса движения грузовых автомобилей при неравномерности нагружения шин задних сдвоенных колес 108
4.2 Экспериментальное исследование устойчивости грузового автомобиля при неравномерном распределении нагрузки между шинами сдвоенных колес 115
4.2.1 Описание регистрационно-измерительного комплекса 115
4.2.2 Программа-методика дорожных экспериментальных исследований 117
4.2.3 Результаты экспериментальных исследований 124
Выводы по разделу 4 129
Заключение 131
Список литературы
- Влияние коэффициентов сцепления колес с дорогой на эксплуатационные свойства автомобилей
- Математическая модель контакта неподвижных сдвоенных колес автомобиля с дорогой
- Разработка устройства для проведения экспериментальных исследований
- Моделирование процесса движения грузовых автомобилей при неравномерности нагружения шин задних сдвоенных колес
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Установка на ведущих мостах грузовых автомобилей сдвоенных колес обеспечивает повышение их грузоподъемности, но приводит к снижению курсовой устойчивости. Это вызвано неравномерностью нагружения шин сдвоенных колес. В литературе недостаточно исследовано влияния неравномерности нагружения шин сдвоенных колес нормальной нагрузкой на курсовую устойчивость грузовых автомобилей. Неравномерность нагружения нормальными реакциями шин сдвоенных колес приводит к снижению их бокового коэффициента сцепления с дорогой. Определение бокового коэффициента сцепления шин сдвоенных колес с дорогой имеет важное значение при расследовании причин дорожно-транспортных происшествий, а также при проведении мероприятий, по обеспечению безопасности движения в процессе технического обслуживания и ремонта грузовых автомобилей. Необходима разработка методов определения продольного и бокового коэффициентов сцепления непосредственно на автомобиле, совершившим дорожно-транспортное происшествие. Это позволит уйти от использования упрощенных вероятностных методик определения коэффициентов сцепления при расследовании дорожно-транспортного происшествия.
Степень разработанности темы. Сцепление пневматической шины с дорогой определяет тягово-скоростные и тормозные свойства, а также управляемость и устойчивость автомобилей. Исследованию и моделированию фрикционного контакта шины с дорогой посвящено значительное количество научных работ Е.А. Чудакова, Я. М. Певзнера, И.А. Бережного, М. А. Петрова, В. И. Кнороза, М. А. Левина, У. А. Абдулгазиса, М.А. Подригало, Л. В Гуревича, W. Kamm.
Коэффициент сцепления колеса с дорогой рассматривается в работах В.И. Кнороза, Е.А. Чудакова, И. Раймпеля, А.С. Литвинова, Я.Е. Фаробина, И.С. Туревского, А.П. Васильева, И.И. Леоновича, СВ. Богдановича, И.В. Нестеровича, В.Ф. Бабкова, Е.В. Балакиной, В.В. Сильянова и др.
Анализ результатов известных исследований, приведенных в научно -технической и патентной литературе показал следующее:
- существующие математические модели, позволяющие оценить величины
продольного и бокового коэффициентов сцепления в зависимости от
относительного буксования колес, с учетом конструктивных параметров,
технического состояния шин и влияния эксплуатационных факторов требуют
доработки. Так малоисследованным остается вопрос оценки влияния
неравномерности нагружения шин сдвоенных колес нормальной нагрузкой на
максимальные величины продольного и бокового коэффициентов сцепления;
- вызывает необходимость рассмотрения вопрос оценки устойчивости
движения автомобилей в тяговом режиме, при различном распределении
нормальной нагрузки между шинами сдвоенных задних колес.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является повышение безопасности дорожного движения путем улучшения устойчивости грузовых автомобилей за счет реализации максимального значения бокового коэффициента сцепления шин задних сдвоенных колес и повышения качества экспертизы ДТП.
Задачи исследования:
1. Провести теоретические исследования контакта пневматических шин с
дорогой и определить влияние неравномерности нагружения шин сдвоенных колес нормальной нагрузкой на величины продольного и бокового коэффициентов сцепления;
2. Провести экспериментальное исследование контакта колес автомобиля с
дорогой, с разработкой новых методов экспериментального определения
максимальных значений продольного и бокового коэффициентов сцепления
колеса с дорогой;
3. Провести теоретическое и экспериментальное исследование влияния
неравномерности нагружения шин сдвоенных колес на устойчивость движения
грузового автомобиля в тяговом режиме.
Научная новизна:
- впервые предложен новый показатель - динамический параметр контакта
колеса с дорогой, связывающий между собой предельный по сцеплению
крутящий момент, нормальную нагрузку и свободный радиус колеса;
- получила дальнейшее развитие физическая модель взаимодействия
деформируемого колеса автомобиля с твердым дорожным покрытием в
направлении определения максимальных значений продольного и бокового
коэффициентов сцепления шин сдвоенных колес;
- усовершенствована теория курсовой устойчивости грузового автомобиля в
тяговом режиме с учетом неравномерности распределения нормальных реакций
между шинами задних сдвоенных колес.
Теоретическая и практическая значимость работы состоит в том, что результаты позволяют сократить время определения продольного и бокового коэффициентов сцепления в эксплуатационных условиях и при проведении автотехнической экспертизы.
Разработанные методы и устройства для определения продольного и бокового коэффициентов сцепления внедрены в Харьковском научно-исследовательском институте судебных экспертиз им. Засл. проф. М.С. Бокариуса Министерства юстиции Украины, для проведения судебных автотехнических экспертиз и исследования ДТП, а также в учебный процесс кафедры автомобильного транспорта и инженерных дисциплин Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования Республики Крым «Крымский инженерно-педагогический университет».
Методы исследования. В теоретической части диссертационной работы использовались методы дифференциального и интегрального исчислений, численные методы решения дифференциальных уравнений. В экспериментальной части - методы электрических измерений механических величин.
Положения, выносимые на защиту:
- физическая и математическая модели фрикционного контакта шин
сдвоенных колес с дорогой.
методы определения продольного и бокового коэффициентов сцепления колес автомобиля с дорогой в эксплуатационных условиях.
метод теоретической оценки влияния неравномерности распределения нормальной нагрузки между шинами задних сдвоенных колес на устойчивость движения грузового автомобиля.
- метод экспериментальной оценки устойчивости движения грузового автомобиля при неравномерном распределении нормальной нагрузки между шинами задних сдвоенных колес.
Степень достоверности и апробации результатов. Достоверность полученных результатов подтверждена корректным использованием современных методов теоретических и экспериментальных исследований, а также сходимостью теоретических и экспериментальных результатов.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XVI, XVII, XVIII, XIX, XX, XXI; научно-теоретических конференциях профессорско-преподавательского состава и студентов ГБОУ ВО РК «КИПУ» / г. Симферополь, 2010, 2011, 2013, 2014, 2015; Всеукраинской научно-практической конференции «Теория и практика усовершенствования машин: проблемы и перспективы / г. Херсон, ХГУ 24-25 ноября 2011 г. седьмой конференции молодых ученых и специалистов «Сверхтвердые, композиционные материалы и покрытия: получение, свойства, применение» / г. Киев, Национальная академия наук Украины, Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля, 27-31 мая 2013 г; На международной научно-методической конференции. «Проблеми підготовки кадрів автомобільної галузі та шляхи їх вирішення» / г. Харьков, ХНАДУ, 7-8 ноября 2013 г; на международной научно-технической конференции «Современные направления и перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении» / г. Севастополь, СевНТУ, 22 - 26 сентября 2014 г; на международной научно-практической конференции «Новітні технології розвитку конструкції, виробництва, експлуатації, ремонту і експертизи автомобіля» / г. Харьков, ХНАДУ, 15-16 октября 2014 г.
Основные результаты работы опубликованы в написанной в соавторстве монографии, 6 статьях в специализированных научных журналах, входящих в перечень ВАК, 2 патентах на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов и приложения. Содержит 153 страниц машинописного текса, 10 таблиц и 54 рисунков. Список использованной литературы из 114 наименований.
Влияние коэффициентов сцепления колес с дорогой на эксплуатационные свойства автомобилей
Рост автомобильного транспорта в количественном и качественном отношениях, увеличение интенсивности и средних скоростей движения приводят к тому, что проблема обеспечения безопасности движении на дорогах становится чрезвычайно актуальной.
В последние годы ведется широкий фронт работ по улучшению показателей безопасности автомобилей, совершенствования конструкции рулевого управления, подвески, тормозной системы, изменения технических параметров колес и шин. Но все эти мероприятия могут быть бесполезны, если не будет обеспечено надежное сцепление шины с дорогой. Особенно проблема обостряется в связи с ростом скоростей движения автомобилей. Улучшение коэффициента сцепления шин с дорожным полотном является постоянной заботой и дорожников и шинников.
При расследовании причин дорожно-транспортного происшествия (ДТП) возникает необходимость определения коэффициента сцепления конкретного колеса (шины) на месте, т.е на участке дороги, где произошло столкновение или наезд. Поскольку в широком использовании такой методики нет, то при практических расчетах используются либо среднестатические значения этого коэффициента, либо расчетные методы, например, математический метод нечеткой логики. Это существенно может исказить получаемые результаты. В настоящее время основным документом, в котором дается полная формулировка, и методика определения коэффициента сцепления колеса с дорогой, являются ГОСТ 30413-96 Дороги автомобильные. Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием [21], действующие с 01 июля 1997 г.
В пункте 3.1 ГОСТ 30413-96 [21] дается определение коэффициента сцепления (продольного) как отношение максимального касательного усилия, действующего вдоль дороги на площади контакта заблокированного колеса с дорожным покрытием, к нормальной реакции площади контакта колеса с покрытием».
Исследованию коэффициента сцепления колеса с дорогой посвящены ряд работ [43, 77, 78, 88, 96,]. В работе [77] коэффициенту сцепления ф дается следующее определение. Это отношение максимальной касательной реакции Ттах в зоне контакта к нормальной реакции или нагрузке GK действующей на колесо
В работе [77] коэффициент сцепления различается при качении колеса в плоскости вращения без буксования или скольжения, при буксовании или юзе в плоскости его вращения, при боковом скольжении колеса.
Е.А. Чудаков [96] предложил определение, в котором коэффициент сцепления ф между колесом автомобиля и опорной поверхностью представлен как отношение результирующей реакции (действующей на колесо в опорной поверхности) к радиальной реакции, при котором начинается буксование (или скольжение) колеса. При отсутствии боковой силы, действующей на колесо, результирующая реакция равна тангенциальной реакции, и в этом случае коэффициент сцепления определяется как отношение максимальной тангенциальной реакции к радиальной реакции. Далее, учитывая то, что понятие о коэффициенте сцепления не остается постоянным для различных случаев движения колеса, рассматривает следующие варианты: - коэффициент сцепления, соответствующий началу пробуксовывания или проскальзывания колеса при качении его в плоскости вращения (при отсутствии боковой силы); - коэффициент сцепления, соответствующий качению колеса в плоскости вращения, но при наличии пробуксовывания или проскальзывания; - коэффициент сцепления при движении колеса под углом к плоскости вращения (наличие бокового увода или бокового увода при одновременном боковом скольжении); - коэффициент сцепления, соответствующий боковому перемещению колеса (скольжение вбок без качения). И. Раймпель [78] дает определение коэффициента сцепления - как «продольная сила деленная на нормальную силу». В соответствии с исследованием [43] коэффициент продольного сцепления колеса целесообразно определять опытным путем. Этот коэффициент в работе [43] связывает с коэффициентом буксования у ведущего и скольжения у тормозящего колеса.
Свои определения коэффициента сцепления предлагают эксплуатационники, диагносты и проектировщики автомобильных дорог [8, 16, 42]. Так А.П. Васильев [16] определяет коэффициент сцепления как отношение реактивной силы, действующей на колесо автомобиля в плоскости его контакта с покрытием, к нормальной нагрузке, передаваемой колесом на покрытие. Авторы работы [42] определяют коэффициент сцепления как отношение результирующей реакции, возникающей в опорной плоскости касания колеса с поверхностью, к соответствующему значению нормальной нагрузки, действующей на колесо. В работе [8] указывается на то, что тяговое усилие на колесах автомобиля, обеспечиваемое мощностью двигателя, может быть развито лишь в том случае, если между ведущими колесами и дорогой имеется достаточное сцепление. Величину отношения максимального тягового усилия к нормальной нагрузке на колесо, при превышении которого начинается буксование ведущего колеса или проскальзывание заторможенного, называют коэффициентом сцепления. Действующая сила в плоскости контакта шины с дорогой, не должна превышать величины силы сцепления. В связи с этим Бабков В.Ф. [8] разделяет следующие две величины коэффициента сцепления: - коэффициент продольного сцепления - коэффициент сцепления, соответствующий началу пробуксовывания или проскальзывания колеса при его качении, без воздействия боковой силы; - коэффициент поперечного сцепления - поперечная составляющая коэффициента сцепления при смещении колеса под углом к плоскости движения, когда колесо одновременно и вращается, и скользит в бок.
В настоящее время, для определения коэффициента сцепления с дорожным покрытием нашли применение приборы маятникового и ударного типов, где используются в качестве колеса имитаторы шин, либо применяется «пятое колесо» или динамометрическая тележка установленная на двух колесах.
Большое распространение получили два вида маятниковых приборов. Это МП-3 (рис. 1.7) [83] и портативный маятниковый прибор Транспортной исследовательской лаборатории Великобритании (рис. 1.8.) [83]. Определяют коэффициент сцепления с помощью указанных приборов следующим образом. Прибор устанавливают на поверхности дорожного покрытия, штангу приводят в вертикальное положение по уровню. Поверхность дорожного покрытия смачивают водой и отпускают маятник. Последний проскальзывая обрезиненным башмаком по поверхности дорожного покрытия поднимается на определенный угол, который фиксируется на шкале прибора. По углу подъема маятника судят о сцепляемости поверхности дорожного покрытия.
Недостатком маятниковых приборов являются малые размеры резинового элемента, имитирующего протектор автомобильной шины. По этой причине такие приборы не используют для измерения коэффициента сцепления грубошероховатой поверхности. Совершенно очевидно, что они не пригодны для достижения нашей цели.
Математическая модель контакта неподвижных сдвоенных колес автомобиля с дорогой
В докритической зоне буксование является условным или псевдобуксованием, поскольку в пятне контакта с дорогой есть точки, скорости которых равно нулю. Поэтому при Sx SXKp величина буксования является условной, т.е. Sx. В закритической зоне (Sx - 5жр) проявляются другие законы, характер которых зависит от коэффициента трения шины и дороги при полном относительном скольжении. Эта зона для противобуксовочных устройств является нерабочей.
Из условий (рх = (рхтах определим критическое буксование колеса SXKp путем приравнивания правых частей уравнений (2.28) и (2.44), (2.29) и (2.36). Преобразовав полученные результаты с учетом соотношений (2.5) и (2.18) окончательно определим
Зависимости (2.45) и (2.46) позволяет определить точку критического буксования на рх - Sx диаграмме. На рис. 2.5 приведена зависимость коэффициента сопротивления качению колеса / от угла а, характеризующего радиальную деформацию шины. На рис 2.6 приведена зависимость продольного коэффициента сцепления от относительного буксования колеса при различных значениях угла ос f
Зависимость продольного коэффициента сцепления срх от относительного буксования при различных значениях угла а 2.3 Оценка боковой устойчивости неподвижных сдвоенных колес автомобиля против бокового скольжения
Устойчивость движения является одним из наиболее важных эксплуатационных свойств автомобилей, влияющих на безопасность движения. Указанное свойство в значительной степени определяется техническим состоянием шин. Наибольшее влияние на устойчивость движения автомобиля оказывает сцепление колеса с дорогой, предельная по сцеплению боковая реакция дороги. При установке сдвоенных колес на величину предельной по сцеплению боковой силы оказывает влияние распределение нормальных реакций дороги между шинами сдвоенных колес.
В работе [27] предложена феноменологическая модель фрикционного контакта шины с дорогой. Схема статического нагружения одиночного неподвижного колеса автомобиля приведена на рис. 2.1.
У сдвоенных колес автомобиля наблюдается неравномерность распределения нормальных реакций дороги, что приводит, например, к неравномерности мощности трения в пятнах контакта [27]. Однако исследование предельной по сцеплению боковой реакции дороги на сдвоенных колесах в указанной работе [27] не проводились.
На рис. 2.7 приведена схема нагружения элемента одиночной шины в пятне контакта. распределения суммарной нормальной нагрузки на внутреннее Сопротивление боковому смещению колеса создается в пятне контакта на участке, который ограничен координатами, определяемыми из условия где Pz - суммарная нормальная нагрузка на шины сдвоенного колеса; g"z - коэффициент колесо [27] (под внутренним колесом подразумевается колесо, расположенное ближе к продольной оси автомобиля):
Определение рационального распределения нормальных реакций по условию максимального бокового коэффициента сцепления Интегрирование уравнения (2.61) сложно осуществить аналитическими методами. Поэтому целесообразно использование численных методов. Задаваясь следующими параметрами: Pz; CZi; Сч ; хді; гдг; Щ; Щ и варьируя величиной qz, определяем значение указанного коэффициента, соответствующее получению Ф7шх. В этом случае выражение (2.61) является целевой функцией оптимизации параметра ф7. На рис. 2.8 показан график зависимости бокового коэффициентами сцепления ру от коэффициента распределения суммарной нормальной нагрузки на внутреннее колесо gz. Из графика видно, что наилучший боковой коэффициент сцепления достигается тогда, когда коэффициент распределения суммарной нормальной нагрузки внутреннего колеса равна 0,5. Если отклонения qz происходят в большую или меньшую сторону то меняется коэффициент сцепления, следовательно и устойчивость автомобиля.
График зависимости бокового коэффициентами сцепления Фу от коэффициента распределения суммарной нормальной нагрузки на внутреннее колесо gz Таким образом в результате проведенного исследования получена математическая модель для определения бокового коэффициента сцепления неподвижных сдвоенных колес с дорогой. Использование предложенной математической модели позволило определить, что максимальный боковой коэффициент сцепления неподвижных сдвоенных колес с дорогой может быть реализован при доле суммарной нормальной нагрузки qz, приходящейся на внутреннее колесо, равной 0,5
Определение продольного и бокового коэффициентов сцепления Предельная боковая реакция дороги Jmax по условию отсутствия бокового смещения сдвоенных колес может быть определена по следующей формуле: где гх; г2 - текущие значения радиусов колес, соответствующие различным точкам в пятне контакта (линейные коэффициенты элементов пятна контакта); определяются зависимостями (2.57) и (2.58); J3U, J321, Д2, J322 - пределы интегрирования, определяемые угловыми координатами границ участков контакта шин внутреннего и наружного колес, на которых воспринимается боковая сила.
В работах [5, 49] путем интегрирования боковой погонной нагрузки Qy определена предельная боковая сила, которую способно выдерживать колесо, а по ней - боковой коэффициент сцепления фу. В работе [5] для одиночного неподвижного колеса автомобиля определена боковая погонная нагрузка при помощи следующей зависимости Qy= M2Q2z-Ql . (2.63) При передаче одиночным колесом крутящего момента зависимость (2.63) примет вид [75] Яу = м2д1-{дх-ди)2, (2.64) где qM - дополнительная погонная нагрузка в пятне контакта шины с дорогой, обусловленная действием крутящего момента. В работе [75] сделано предположение о том, что погонная нагрузка qM в каждой точке пропорциональна нормальной погонной нагрузке qz, т.е. qM= px-qz. (2.65) После подстановки (2.65) в (2.64) получим Чу = qz 2-{tgP- Px)2 . (2.66) Угловые координаты границ участков пятен контакта шин с дорогой, на которых воспринимается боковая сила, могут быть определены из уравнения (2.66). Уравнение (2.66) имеет физический смысл при неотрицательном значении подкоренного выражения в его правой части. Это возможно в двух случаях
Разработка устройства для проведения экспериментальных исследований
Для проведения экспериментальных исследований контакта колеса с дорогой автором вместе с группой ученых ГБОУВО РК «КИПУ» и ХНАДУ разработан комплекс устройств позволяющих определять продольный и боковой коэффициенты сцепления колеса неподвижного автомобиля с дорогой. Эти устройства могут быть использованы не только при проведении технического обслуживания или контроля технического состояния автомобилей находящихся в эксплуатации, но и при проведении экспертизы дорожно-транспортного происшествия автомобилей со сдвоенными колесами.
Схема устройства для определения максимального продольного коэффициента сцепления Majr представлена на рис 3.1. [67]. Методика определения максимального значения продольного коэффициента сцепления (Рхтах колеса с дорогой построена с учетом известных методов экспериментального оценивания [52, 56, 62, 64, 97] указанного показателя. В методике предусмотрено использование предложенного в диссертации динамического параметра контакта колеса с дорогой (см. зависимость (2.120)). Расчет максимального продольного коэффициента сцепления срхтах по результатам измерения Мктах, Rz и гсв может быть осуществлен по формуле (2.128). Максимальное значение поправочного коэффициента (КпоПр)пшх определяется из табл. 2.5.
Ниже приведено описание конструкции, предложенного в патенте [67]. Устройство (см. рис. 3.1) состоит из червячного редуктора (1), установленного на пластине (7) с регулирующими по высоте опорами (8), которые служат для крепления редуктора к раме и возможности перемещения по высоте относительно дорожного покрытия. На выходном конце быстроходного вала (3) крепится динамометрический ключ (2), позволяющий передавать и измерять величину крутящего момента, прикладываемого к колесу (10). Выходной конец тихоходного вала (5) соединен с испытываемым колесом автомобиля с помощью соединительной муфты (4). Одна сторона крепится с помощью шпоночного соединения (5) другая к ступице (9) автомобиля Газель с помощью двух зажимных болтов (6). Лч.р. - КПД червячного редуктора. Для обеспечения требуемой точности результатов измерений необходимо провести предварительное экспериментальное исследование КПД червячного редуктора 1 (рис. 3.1), используемого в конструкции рассматриваемого стенда.
Поскольку нагружение редуктора будет осуществляться в статическом режиме (при угловой скорости вращения валов, равной нулю), то была предложена упрощенная схема стенда для оценивания КПД (рис. 3.2).
Схема стенда для определения КПД редуктора 1 - рама; 2 - редуктор; 3 - быстроходный вал; 4 - рычаг; 5 - динамометр; 6 - гибкий орган; 7 - динамометрический ключ; 8 - тихоходный вал. Конструкция для определения коэффициента полезного действия червячного редуктора содержит раму (1), на которую установлен червячный одноступенчатый редуктор (2). На выходном конце быстроходного вала (3) крепится динамометрический ключ (7), позволяющий передавать и измерять величину крутящего момента. Выходной конец тихоходного вала (8) соединен с рычагом (4) длиной 1 метр, на конце которого установлен динамометр (5), прикрепленный с помощью гибкой связи (6) краме.
Рычаг, жестко закрепленный на выходном валу редуктора, соединялся с динамометром и далее, через гибкий орган, с рамой установки (рис. 3.2). При этом, положение рычага во время нагружения редуктора было близким к горизонтальному. Затем, последовательно производилось нагружение быстроходного вала с помощью динамометрического ключа. Измерение показаний на выходном валу редуктора производилось при обязательном вращении быстроходного вала и заранее заданной величине крутящего момента. Определение КПД червячного редуктора производилось по показаниям нагрузки в виде крутящих моментов: на выходном валу М2 и входном валу Мх при обязательном медленном вращении. Для этого использовалось известная зависимость
Анализ полученных расчетных значений КПД редуктора показывает, что его величина весьма мала по сравнению с величинами коэффициентов полезного действия подобных редукторов работающих в машинном приводе при высоких скоростях. Эта величина по справочным данным составляет 0,7-0,8. Объясняется это тем, что при очень низкой скорости нагружения между зубьями червяка и червячного колеса в зоне их контакта отсутствует жидкостное трение, и передача движения осуществляется при граничном трения.
Анализ результатов эксперимента, приведенных в таблице 3.1, показывает возможность аппроксимации результатов экспериментального определения КПД червячного редуктора линейной зависимостью вида
Указанная выборка достаточно точно охватывает заводы изготовители используемых в эксплуатации шин. Протектор шин, выбранных для проведения испытаний имел разную высоту рисунка, обусловленную различной степенью износа. При проведении экспериментальных исследований варьировались количество колес (одно или два), давление воздуха в шинах. Вследствие разного внутреннего давления воздуха в шинах сдвоенных колес изменялось и распределение нормальной нагрузки между указанными колесами. Перед началом эксперимента производился контроль распределения нормальной нагрузки между шинами сдвоенных колес с помощью известного клавишного стенда [27] (рис. 3.5).
После измерения давления воздуха в шинах и нормальной нагрузки на них производилось определение максимальных значений динамического параметра контакта колес с дорогой Дтах и продольного коэффициента сцепления срхтах путем использования данных, полученных с помощью устройства, схема которого представлена на рис. 3.1. На рис. 3.6 показана схема соединения экспериментального устройства с колесами неподвижного автомобиля. Экспериментальные исследования проводились на сухом и влажном асфальтобетонном покрытии.
Автомобиль, подлежащий проверке коэффициента сцепления, устанавливается на горизонтальном участке дороги, с асфальтобетонным покрытием. Перед измерением коэффициента сцепления задние колеса автомобиля должны быть сняты с ручного тормоза. Далее все колеса автомобиля, кроме испытуемого, блокируются, например, противооткатными упорами с целью исключения перемещения самого автомобиля. После чего устанавливается устройство для определения продольного коэффициента сцепления шин автомобильных колес с полотном дороги (рис. 3.6).
Устройством пользуются следующим образом. В первую очередь для обеспечения соосности редуктор устанавливают так, чтобы ось ступицы заднего колеса располагалась соосно с осью тихоходного вала редуктора. Вертикальное положение стенда регулировалось с помощью регулировочных болтов. Далее, посредством двух зажимных болтов, соединительная муфта соединяется со ступицей колеса.
Моделирование процесса движения грузовых автомобилей при неравномерности нагружения шин задних сдвоенных колес
Акселерометры широко используются в автомобильной сфере применения при оценке аэродинамических и тягово-скоростных свойств, тормозных свойств, управляемости и устойчивости, плавности хода, шума и вибрации, надежности, пассивной безопасности и т.п. Преимущества использования акселерометров в том, что они позволяют получать необходимые данные без вмешательства в конструкцию автомобиля. Существует несколько видов датчиков ускорений, наиболее часто применяемых на автомобилях: пьезоэлектрические, пьезорезистивные и емкостные. Их принцип работы подробно описан в литературе [6, 7, 20, 35, 46, 73,].
Экспериментальное исследование устойчивости грузового автомобиля при неравномерном распределении нагрузки между шинами сдвоенных колес проводились на горизонтальном участке двухполосной в обоих направлениях дороги (рис. 4.10), с качественным покрытием, при номинальной загрузке автомобиля ГАЗ 330202 - 1375 кг (рис. 4.11 а), и без загрузки, при температуре окружающей среды 18...20 С. Интенсивность движения автотранспорта во время проведения эксперимента была минимальной.
Многофункциональное измерительное средство асфальтобетонное (определялось визуально). Длина дороги позволяет развить необходимую скорость автомобиля до начала испытательного участка. Скорость ветра на момент испытания - 0,7 м/с, что меньше максимально разрешенного 5 м/с. Измерялось скорость ветра с помощью многофункционального измерительного среда объединяющий в себе такие функции как: анемометр, измеритель температуры окружающей среды и влажность воздуха (рис. 4.9). Видимость на момент испытания - более 1000 м (определено визуально). Агрегаты трансмиссии и ходовой части автомобиля были прогреты. Дорога и шины были чистые и сухие.
Принято экспериментальные исследования динамических свойств автомобилей базировать на измерении параметров движения инерционными чувствительными датчиками. В работе [35] подчеркнуто, что для определения параметров плоскопараллельного движения, достаточно установки акселерометров (датчиков ускорения) в двух контрольных точках. В нашем случае акселерометры были установлены в кабине водителя на панели приборов и задней части кузова (рис. 4.11 а, б).
Беспрерывный процесс записи показаний датчиков ускорений осуществляется с помощью специальной программы, которая позволяет одновременно регистрировать данные и сохранять их на жестком диске ЭВМ, а также визуализировать процесс испытаний (рис. 4.11 б) [74].
Измерительное оборудование, установленное на автомобиль а) датчики ускорений, установленные на автомобиле; б) оборудование процесса получения данных с датчиков. Для проведения эксперимента было подготовлено группа шин марки ROSAVA LTV-301 185/75R16C. Свободный радиус всех шин составляло 0,339 мм износа протектора 5 мм. Колеса предварительно обмерялись специально доработанным штангенциркулем. Свободный диаметр колес дополнительно уточнялся обмером их длинны окружности стальной рулеткой.
Заезд проводили следующим образом. После подготовки автомобиля к эксперименту, на него устанавливался измерительно-регистрационный комплекс. Снимались замеры, а также показания датчиков в статике - при неподвижном автомобиле, стоящем на ровном участке дороги.
Так же перед каждым заездом производился наезд на клавишный стенд для определения нагрузки приходящей на внутреннее и наружные колеса правой и левой пары колес и распределения нормальной нагрузки между шинами сдвоенных колес вследствие неравномерности внутреннего давления воздуха в шинах и данные записывались в таблицу 4.1.
Эксперимент проводился по схеме представленной на (рис 4.13). К первому заезду давление воздуха в шине левой пары колес было одинаковым и составляло 0,4 МПа. Давление же воздуха в шине правой пары колес было различное, в наружной шине давление воздуха составляло 0,3 МПа, во внутренняя шине 0,4 МПа т.е. создавался «конусность» в сторону правого борта (рис. 4.13 а).
Автомобиль на стабилизированной скорости 60 км/час, удерживался симметрично пунктирной разметки разграничивающей две полосы движения. На дороге отчерчивалась поперечная стартовая линия, наезжая на которую автомобиль далее продолжал движение в самонаправляющемся режиме, без корректировки направления движения водителем с помощью руля, до момента, когда передними колесами он наезжал на продольную сплошную линию разметки с права либо с лева.
Отмеряя расстояние от стартовой линии до места наезда на сплошную линию разметки дороги, определяли геометрическую величину увода автомобиля от первоначально заданного направления движения.
Во втором заезде давление воздуха в шине левой и правой пары колес были различны. Давление воздуха во внутренней шине правой пары колес было 0,4 МПа в наружной шине 0,3 МПа. Давление же воздуха во внутренней шине левой паре колес составляло 0,ЗМПа, в наружной 0,4МПа, чтобы они создавали «конусность» с вершинами направленными в сторону правого борта автомобиля (рис 4.13 S).
К третьему заезду давление воздуха в шинах правой паре колес было одинаковым и составляло 0,4МПа. Левая же пара колес имела различное давление воздуха в шинах; внутренняя шина имела давление 0,ЗМПа, наружная 0,4 МПа. Т.е. созданием «конусности» только с левой стороны и вершиной внутрь колеи (рис. 4.13 б).
К четвертому заезду, в отличие от предыдущего, «конусность» левой пары колес была направлена вершиной в наружу (рис. 4.13 г).
К пятому заезду давление воздух в шинах правой и левой пары колес были созданы так, чтобы они создавали «конусность» с вершинами направленными в сторону левого борта автомобиля (рис. 4.13 д).
В шестом заезде, так же как и в первом заезде, левая пара колес имел одинаковое давление воздуха в шине, а правая пара колес имело различное давление воздуха в шине. Отличие заключается в том, что в первом заезде «конусность» была направлена вершиной в наружную колею а в этом случае конусность направлена во внутрь колеи (рис. 4.13 е).
Контрольный седьмой заезд был выполнен при одинаковом давлении воздуха в шинах правой и левой пары сдвоенных колес обоих бортов. Величина увода на 500 метрах составила всего 1 м. (рис 4.13 и).