Грузовые автомобили

Грузовой автотранспорт. Многоосные автомобили

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Выше было показано обобщающее значение угла статической устойчивости, полученного на стенде, как характеристики многоосного автомобиля противостоять опрокидыванию, однако, вероятно, важно установить взаимосвязь между углом статической устойчивости и параметрами колебаний в поперечной плоскости.

Для решения этой задачи примем в качестве основной характеристики поперечно-угловых колебаний их максимальную амплитуду. Будем считать, что поперечные колебания мало влияют на опрокидывание. Правомерность такого допущения проверена экспериментально на моделях многоосного автомобиля. Однако следует признать, что границы и количественная оценка допустимости такого упрощения решаемой задачи для реальных автомобилей требуют дополнительных исследований.

Для установления взаимосвязи процессов статического и динамического опрокидываний при колебаниях можно использовать дополнительные оценочные показатели, которые по физической сущности равнозначны показателям, рассмотренным ранее.

В качестве первого показателя примем угол крена уст подрессоренной массы в момент статического (равновесного) опрокидывания. Этот угол по физической сущности и величине равен углу крена подрессоренных масс р на стенде опрокидывания

Второй показатель — угол крена уАан подрессоренной массы в движении при колебаниях автомобиля в поперечной плоскости, определяемый амплитудами этих колебаний, назовем углом динамической устойчивости.

Нами принято, что предельным значением угла крена подрессоренной массы при колебаниях уАан является значение угла Уст. Условие устойчивости против опрокидывания при поперечных колебаниях удин<Тст- По этому условию проекция силы тяжести будет находиться на оси опрокидывания или вне ее с наружной стороны и дальнейший крен подрессоренной массы будет необратимым, произойдет опрокидывание.

Третий дополнительный относительный оценочный показатель характеризует запас, который имеет автомобиль до опрокидывания; назовем коэффициентом запаса устойчивости

Этот показатель удобен при сравнительной оценке различных автомобилей, отличающихся по конструктивному исполнению. Расчетами на ЭВМ и постановкой широкого эксперимента на моделях и натурных образцах многоосных автомобилей получена интересная и практически важная закономерность изменения угла крена уднн подрессоренной массы при колебаниях автомобиля в зависимости от числа осей. Эта закономерность показывает, что с увеличением числа осей на всех гармонических неровностях различной длины угол крена уменьшается, что наглядно можно проследить на графике. График получен расчетом для случая движения условных многоосных автомобилей по горизонтальной дороге с гармоническими неровностями под колесами одной стороны, при постоянной скорости движения 15 км/ч.

Длины волн неровностей изменялись от 2 личение длины волны неров-ности приводит к возрастанию угла крена подрессорен ных масс. Наибольшего чения угол крена на длинных неровностях, что и зафиксировано. Объяснение физической сущности и причин существования такой закономерности можно получить по данным, на основании анализа изменения параметров, формирующих поперечно-угловые колебания, в зависимости от числа осей.

Главной причиной уменьшен числа осей следует считать закономерность изме ющей функции от числа осей. Выше было показ; тельный уровень возмущения, передаваемого от дороги подрессоренной массе (в пересчете на одну ось), с увеличением числа осей уменьшается. А максимальное значение возмущения для любого числа осей автомобиля остается постоянной величиной. Поэтому чем больше число осей, тем меньше энергия, передающаяся от неровностей и обусловливающая поперечно-угловые колебания.

Выше также было отмечено, что с увеличением числа осей гашение колебаний, их демпфирование, уменьшается. Но влияние этого фактора на колебания из-за малой величины коэффициентов затухания незначительно. Существенно повлиять на увеличение амплитуд поперечно-угловых колебаний они не могут.

Влияние увеличения длины неровности также объясняется возрастанием возмущения на подрессоренную массу и приближением его к максимальной величине, которая для данного автомобиля определяется строго определенной длиной волны. Для поперечно-угловых колебаний при принятом условии движения по неровностям наиболее опасными для опрокидывания на реальных дорогах являются неровности длиной 20...24 м и высотой 0,4..,0,5 м. На этих неровностях имеет место максимальное возмущение и максимальные амплитуды поперечно-угловых колебаний.

Практическая важность рассмотренной выше закономерности определяется реальной возможностью снижения требований к углу статической устойчивости по мере увеличения   числа осей многоосных автомобилей. Это важно потому, что на автомобилях с числом осей более четырех часто невозможно обеспечить высокие показатели по углу статической устойчивости. Для установления допустимого уровня снижения требований по углу статической устойчивости возникает задача определения оптимального значения коэффициента Кзап запаса устойчивости, который гарантировал бы безопасную эксплуатацию автомобиля в заданных дорожных условиях.

При решении этой задачи возможны три различных подхода.

Во-первых, можно принять, что все многоосные автомобили должны иметь минимальный угол статической устойчивости постоянным и равным углу устойчивости двух- и трехосных автомобилей, хорошо себя зарекомендовавших в эксплуатационных условиях. В соответствии с табл. 15 этот угол должен быть не менее 37°.

Во-вторых, — минимальный угол статической устойчивости переменным, уменьшающимся в пределах от 37° для двухосных автомобилей до 22°, как минимально допустимый предел по опрокидыванию, полученный по условию ощущения водителем бокового ускорения (0,3...0,4) g

В-третьих, — для всех автомобилей постоянным коэффициент -Кзап = 2...2,5, что соответствует .коэффициенту запаса существующих двух- и трехосных автомобилей, хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации по устойчивости против опрокидывания.

Все три подхода имеют право быть принятыми при создании многоосных автомобилей. Однако каждый подход, имеет свои преимущества и недостатки, для установления которых рассмотрим график 

Кривые изменения максимальных амплитуд продольно-угловых колебаний и коэффициентов запаса устойчивости в резонансном режиме движения с максимальным возмущением в зависимости от числа осей автомобиля по трем исходным положениям, обозначенным соответственно 1, 2,3.

При первом подходе (кривые 1) преимуществом является гарантированное (с большим запасом) устойчивое движение всех многоосных автомобилей, так как запас устойчивости увеличивается от 2,5 до 3,2. Однако в этом случае свойство многоосного автомобиля с ростом числа осей лучше противостоять боковому опрокидыванию при колебаниях не используется, можности по снижению угла статической устойчивости исключаются.

Третий случай подхода лежит по преимуществам и недостаткам между первым и вторым. Запас устойчивости не изменяется для всех автомобилей и /С3ап=2,5. Однако пределы снижения угла статической устойчивости ограничены. Для 12-осного автомобиля YCT>32,5°, что обеспечить трудно.

При выборе коэффициента запаса устойчивости следует иметь в виду, что опасными условиями движения являются условия движения по косогору заданной крутизны с неровностями опорной поверхности, вызывающими поперечные колебания и снижение коэффициента запаса.

Показаны результаты экспериментальных замеров влияния крутизны косогора на коэффициент запаса устойчивости для двух типов автомобилей — двух- и двенадцатиосного. Оба графика подтверждают определяющее значение косогора на устойчивость при колебаниях и практическую его независимость от числа осей. Многоосность оказывает положительное влияние только при движении по горизонтальной дороге и при повороте. Это принципиально важное положение следует учитывать при организации эксплуатации многоосных автомобилей с многотонными грузами.

Из практики установлено, что опасность опрокидывания под действием поперечных колебаний связана с их неожиданным появлением при сравнительно небольших скоростях движения. Достаточно 3...5 значительных неровностей и мгновенно возникают резонансные явления, приводящие к опрокидыванию. Принятие каких-то мер, предотвращающих опрокидывание, невозможно. Поэтому для многоосных автомобилей, имеющих низкие показатели поперечной устойчивости и перевозящих многотонные грузы, необходима разведка маршрута движения и прогнозирование опасных скоростей, при которых возможно опрокидывание.

При разведке маршрута движения совместно с оценкой плотности грунта должны быть определены кривизна в плане и поперечные уклоны дороги, длина волны и высота возможных гармонических неровностей.

Прогнозирование опасных скоростей движения должно проводиться по амплитудно-частотной характеристике поперечно-угловых колебаний автомобиля. Возможные опасные участки дороги и опасные скорости определяются путем суммирования углов крена подрессоренной массы, обусловленных поперечно-угловыми колебаниями, поперечным уклоном дороги и криволинейным движением.

Максимальный угол крена сопоставляют с допустимым статическим углом по условиям опрокидывания данного автомобиля, на основании чего делают заключение о допустимых скоростях движения по рассматриваемому участку маршрута. Такой детальный анализ и разведку маршрутов движения необходимо обязательно проводить при перевозке уникальных многотонных грузов (котлов, реакторов и различных других строительных конструкций).

Рассмотрение соотношений показателей статической и динамической устойчивости закончим анализом оценки весомости (значимости) конструктивных характеристик автомобиля, от которых зависит устойчивость. Такой анализ полезен для выработки рекомендаций по конструктивным решениям,    обеспечивающим заданные показатели поперечной устойчивости. При анализе воспользуемся результатами расчета А. Ф. Старикова, в которых было принято изменение исследуемой характеристики автомобиля на 10% и оценивалось в процентах его влияние на обобщенный показатель статической или динамической устойчивости.

Данные подтверждают известное положение решающего влияния на угол статической устойчивости в пределах принятых допущений колеи и высоты центра масс автомобиля. Жесткостные характеристики рессор и шин влияют в меньшей степени.

По данным можно установить косвенное незначительное влияние на угол статической устойчивости числа осей автомобиля.

При создании многоосного автомобиля возможности конструктора существенно повлиять на статический угол поперечной устойчивости весьма ограничены, так как колея ограничена нормативными документами, а высота центра масс в основном определяется родом перевозимого груза.

Весомость конструктивных параметров, определяющих динамический показатель поперечной устойчивости

Число параметров автомобиля, влияющих на амплитуду поперечно-угловых колебаний, велико, а характер их влияния на показатель динамической устойчивости разнороден.

Оценка показателей весомости рассмотренных параметров позволяет определить направления совершенствования многоосного автомобиля с целью повышения свойств динамической устойчивости. Исследования дают основание считать, что самым эффективным и доступным способом снижения амплитуд поперечно-угловых колебаний является улучшение демпфирования при увеличении коэффициентов |ха сопротивления амортизаторов в подвеске колес автомобиля или при введении дополнительных устройств, гасящих только поперечно-угловые колебания (демпферы поперечно-угловых колебаний).

Для обеспечения эффективности гашения поперечно-угловых колебаний равной эффективности гашения вертикальных колебаний необходимо коэффициент \ia сопротивления амортизаторов увеличить не менее чем в 1,75 раза, чего можно добиться при применении дополнительного демпфера.

Использование на многоосных автомобилях стабилизаторов поперечной устойчивости целесообразно и дает эффект только при одновременном применении в системе подрессоривания демпферов поперечно-угловых колебаний.

Одним из возможных способов повышения поперечной устойчивости может быть использование устройства, обеспечивающего поперечно-угловую блокировку подвески автомобиля. При этом у шестиосного автокрана угол статической устойчивости повысился в 1,15 раза, а максимальная амплитуда поперечно-угловых колебаний снизилась в 1,3...1,4 раза.

Для многоосных, особенно многоопорных автомобилей, перевозящих сверхтяжелые грузы, самым эффективным способом обеспечения поперечной устойчивости является применение электронной системы, контролирующей и автоматически стабилизирующей устойчивое положение как в статическом положении, так и при движении.