Грузовые автомобили

Грузовой автотранспорт. Многоосные автомобили

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

К большинству многоосных автомобилей предъявляется обязательное требование возможности движения вне дорог по местности и на строительных площадках через искусственные и естественные препятствия, съезда с усовершенствованных дорог на бездорожье и т. п. Это требование определяется условиями использования некоторых многоосных автомобилей. Кроме того, большие неровности могут встречаться и на грунтовых дорогах. В связи с этим важно рассмотреть дополнительные нагрузки, возникающие в ходовой части при движении через неровности.

Полный ход подвески современных многоосных автомобилей сравнительно невелик и не превышает 200...300 мм. При движении по неровностям на дорогах наблюдаются значительные перераспределения нагрузок, отдельные оси полностью разгружаются, а другие испытывают значительные перегрузки.

При движении вне дорог, а также по искусственным и естественным неровностям это явление еще больше усугубляется.

Все встречающиеся неровности и препятствия по их воздействию на ходовую часть можно разделить на три группы: впадины (ухабы, ямы, кюветы и др.), выступы (насыпи, холмы, эскарпы, эстакады и т. п.) и сочетание впадин и выступов. При медленном переезде впадин автомобилем вначале происходит разгрузка передней оси и вся подрессоренная масса распределяется между остальными осями. Корпус автомобиля при этом наклоняется. В определенных условиях могут разгружаться несколько осей с соответствующей большой перегрузкой остальных. Дифферент корпуса р при полном прогибе подвески наиболее нагруженной оси fm. При независимой подвеске колес автомобиля с тремя и более осями задача определения нагрузок на оси является статически неопределимой. Поэтому при решении ее приходится кроме уравнений статики использовать уравнения упругих деформаций. Задачу рассматриваем как плоскостную. Характеристики приведенных упругих элементов линейные. Составим  уравнение проекций внешних сил, действующих на корпус автомобиля

Если принять приведенную жесткость упругих элементов подвески и шин одинаковой для всех колес и считать, что центр масс автомобиля совпадает с центром упругости подвески

Аналогичной зависимостью характеризуется случай переезда выступа.

Расчеты по таким зависимостям показывают, что при неблагоприятном размещении осей по базе, когда коэффициент i имеет наибольшее значение, максимальное значение коэффициента Ка численно может быть равно числу осей. Неблагоприятной является компоновка, при которой одна из осей располагается под центром масс или вблизи него. При оптимальном размещении оси должны быть максимально удалены от центра масс, что имеет место при минимальном значении коэффициента размещения осей по базе i, определяемого по зависимости.

Разница между профильными нагрузками автомобилей с четным и нечетным числом осей по мере увеличения числа осей уменьшается. Особенно велика разница между профильными нагрузками четырех- и пятиосного автомобиля. У автомобилей с числом осей более четырех профильные нагрузки значительно превосходят динамические от колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс. Таким образом, профильные нагрузки этих автомобилей определяют прочность элементов ходовой части и трансмиссии.

У двух-, трех- и частично четырехосных автомобилей прочность и надежность ходовой части зависят от динамических нагрузок, возникающих при колебаниях. Из этого можно сделать такой практический вывод: расчет на прочность элементов ходовой части автомобиля, зависящий от вертикальных нагрузок на колесо, для автомобилей с числом осей не более четырех необходимо вести на динамические нагрузки от колебаний подрессоренной и неподрессоренных масс, а расчет для автомобилей с числом осей более четырех, кроме того, должен учитывать нагрузки от перераспределения силы тяжести между осями при переезде неровностей на дорогах и вне дорог.

Учитывая жесткие современные требования к снижению материалоемкости автомобилей, создание пятиосного автомобиля и автомобиля с числом осей более шести с однотипными конструкциями подвесок нецелесообразно. Шестиосное шасси при принятом в настоящее время методе конструирования ходовой части и симметричном размещении осей по базе является рациональным и целесообразным. При разработке шасси с числом осей более шести необходимо конструктивно обеспечить выравнивание распределения нагрузок между осями при переезде неровностей или их равную прочность.

При необходимости создания многоосных автомобилей с числом осей более шести следует предусмотреть защиту наиболее нагруженных осей от возможной многократной перегрузки от перераспределения силы тяжести при движении через неровности пути, или же при организации эксплуатации этих автомобилей необходимо исключать движение их через неровности большой высоты, когда возможны большие перегрузки колес. В гл. 1 было показано, что у шасси автомобильных кранов с числом осей более четырех такие конструктивные мероприятия предусмотрены: на наиболее нагруженных осях применены сдвоенные шины, балансирные связи осей, увеличены значения хода подвесок и пр.

Установленная зависимость уровня нагрузок на ходовую часть автомобилей от числа осей может служить основанием для построения ряда, унифицированного по принципу единой осевой нагрузки. Один уровень нагруженности от колебаний ходовой части двух-, трех- и четырехосных автомобилей позволяет за базовую модель принимать любой автомобиль с числом осей в этих пределах. При разработке автомобилей с числом осей более четырех и четырехосных автомобилей с осевой формулой 1—2—1 нельзя принимать за базовые узлы ходовой части автомобиля с меньшим числом осей, так как динамические нагрузки в рассматриваемом случае больше. В данном случае унифицированный ряд может строиться на базе узлов ходовой части шасси с большим числом осей — восьмиосное шасси может служить базой шести-осного, шестиосное — базой четырехосного. Разумеется, при этом важно учитывать объем производства автомобилей и необходимость снижения материалоемкости конструкций.

При различном размещении осей по базе при одном и том же количестве осей профильные нагрузки могут изменяться в 1,5...2 раза. На  примере шестиосного  автомобиля   было подробно рассмотрено влияние коэффициента i на профильные нагрузки []. Установлено, что существует рациональное значение коэффициента i. При г>0,18 для шести осей высота неровности, при которой происходит полная разгрузка передних двух осей, значительно уменьшается в сравнении с другими значениями г. Помимо интенсивной перегрузки третьей (четвертой) оси при переезде дорожных неровностей будет иметь место частный отрыв колес передних осей от поверхности дороги, что нежел тельно по условию реализации тяговых качеств автомобиля. Отсюда следует, что по условиям сохранения контактов колес с грунтом и достижения более равномерного распределения нагрузки на оси при движении по неровным дорогам и местности на шестиосных автомобилях предпочтительной является тел> жечная схема размещения осей по базе с коэффициентом г'<0,1

Целесообразность применения тележечной схемы как для четырехосных, так и для шестиосных шасси i глядно проявляется из анализа схода автомобиля с эстакады на горизонтальную поверхность или съезда  с горизонтальной г щадки на спуск.

Графоаналитический анализ можно провести для шасси с бым числом осей [2]. Расчет применительно к четырехосному томобилю показывает, что оптимальным коэффициентом размещения осей по базе является i^0,3. Следует отметить, что ность выбора оптимального коэффициента размещения осей по базе для автомобилей с числом осей более шести снижается, так как эти автомобили по соображениям компоновки выполняют с равномерным или близким к нему размещением осей по базе.

Ступенчатая линия зависимости Kn:=f(n) на  35 является линией оптимальных значений i для любого числа осей мобиля. Схемы с неравномерным размещением осей и с отклонениями коэффициента i от оптимального значения имеют Кп выше этой линии и ограничиваются в верхнем пределе   прямой 1.

Нагруженность ходовой части при движении по макронеро: ностям во многом зависит от статического и динамического ходов подвески. Поэтому одним из направлений разработки м осного автомобиля с числом осей более шести, хорошо пр! сабливающегося к неровностям местности, может быть создание конструкции ходовой части с большими ходами подвески.

Используя метод решения статически неопределимой задачи, можно получить частные зависимости выражений, характеризующих наиболее нагруженное колесо при преодолении автомобилем различных препятствий заданной формы и размеров.

На местности и строительных площадках неровности могут располагаться таким образом, что в определенный момент вся сила тяжести автомобиля распределяется на две оси, а остальные будут полностью разгружены.

На неровностях типа выступа коэффициент Кптах имеет наибольшие значения по сравнению с другими видами неровностей и независимо от жесткостей рессор. Это объясняется различием схем нагружения колес. На неровности типа выступа предельной высоты из всех осей нагрузку воспринимают две оси, остальные оказываются разгруженными. Коэффициент Кптах определяется с использованием формулы. На других неровностях, как правило, при тележечной схеме размещения осей по базе и четном числе осей нагрузку на препятствии воспринимают не две, а несколько осей. Поэтому самым опасным препятствием для многоосных автомобилей являются выступы. Расчетом проверено влияние на перегрузки принятой статической нагрузки на ось,. В соответствии с зависимостью (38) коэффициент профильных нагрузок с увеличением статической нагрузки на ось при постоянстве общей массы груза снижается, однако абсолютное значение действующих сил и моментов в элементах ходовой части возрастает.

Расчет показал, что с увеличением грузоподъемности оси (при переходе от восьми- к двенадцатитонной) коэффициент перегрузок при преодолении различных препятствий уменьшается на 25. ..30%. Однако абсолютное значение нагрузки на колесо возрастает у восьмиосного шасси на 15. ..30%, а у двенадцати-осного шасси на 35. ..40%. Поэтому при выборе статической нагрузки на ось определяющими должны быть установленные законодательные ограничения этой нагрузки.

Выше отмечалось, что применение балансирных связей колес благоприятно влияет на снижение их нагруженности. Расчеты показали, что до упора подвески в ограничитель балансирные связи снижают нагрузки на колеса на 25. ..35%, при упоре одного колеса в ограничитель снижение незначительное и составляет 6 ... 13%- Установлена интересная закономерность снижения профильных нагрузок в зависимости от числа колес, связанных балансирной связью.

При малом ходе колеса (упор в ограничитель) увеличение числа связанных колес более четырех эффекта не дает, а при шести связанных колесах коэффициента Кп даже возрастает по сравнению с неза висимой подвеской (линия /) Следует отметить, что при условии исключения упора са в ограничитель, т. е. при максимальном значении хода колеса, чем больше колес связано балансирной связью, тем лучше.

Отмеченное преимущество применения балансирных связей опор широко используется на многоопорных автомобилях. Гидравлические балансирные связи опор этих автомобилей — эффективная защита от перегрузок. Как отмечалось выше, балансирные связи применяются не только между опорами, но и между модулями по трехточечной схеме

На этих автомобилях в балансирных связях устанавливают датчики контроля перегрузок по опорам   и  по модулям, а также систему горизонтального выравнивания  платформы с грузом.

Таким образом профильные нагрузки в ходовой части многоосных и многоопорных автомобилей зависят как от характеристик и конструктивных решений самого автомобиля, так и от характеристик и типов преодолеваемых препятствий. Выбор правильных конструктивных решений имеет определяющее влияние, так же как характеристики препятствий. При эксплуатации автомобиля, когда его конструкция уже известна, следует четко определить, какие препятствия он может преодолевать без опасных перегрузок ходовой части. Для решения этой задачи можно использовать зависимость. Задавшись допустимым запасом прочности ходовой части, равным коэффициенту Ка, можно рассчитать размеры препятствий неопасных для преодоления. Так, для шестиосного автокрана, имеющего ход подвески 250 мм, при допустимом коэффициенте перераспределения нагрузок /Сп=3,5, который равен по величине коэффициенту перегрузок от колебаний Кк, безопасными в эксплуатации препятствиями могут быть: эстакада (а=15.. .16°); выступ (Ян=0,45.. .0,5 м) и выемка [Ян=—(0,85.. .0,95) м при 5Н<4 м].

Такой расчет очень важен при организации перевозки многотонных грузов. Для обеспечения безопасности движения многоопорных автомобилей должна обязательно проводиться предварительная разведка маршрута и его подготовка. При подготовке пути движения прежде всего должны быть исключены препятствия как в продольных по отношению оси движения, так и в поперечных направлениях опорной площади автомобиля, которые Щ по расчету могут вызвать недопустимые перегрузки, которые приведут к разрушению опоры и к разрыву шин.

Нагрузки в ходовой части, возникающие от действия горизонтальных сил, не оказывают определяющего влияния на выбор схем компоновки, поэтому подробно здесь они не рассмотрены. Как показали исследования, максимальное значение эти силы имеют в частном случае движения — движение на предельном подъеме с разгоном и с прицепной нагрузкой. Следует отметить, что с точки зрения более равномерного распределения нагрузок в ходовой части в случае действия больших горизонтальных сил предпочтительной схемой является также схема со сближенными крайними осями при малом значении коэффициента. Поэтому многоосные автомобили с тележечной схемой компоновки являются более универсальными в части установки различных грузовых устройств и применения их в качестве тягачей, прицепов и полуприцепов.