Грузовые автомобили

Грузовой автотранспорт. Многоосные автомобили

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

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 автомобиля и повышается его масса.

Оптимизация числа осей при заданной постоянной нагрузке

на ось усложняется многообразием физических процессов взаи-

модействия колеса автомобиля с опорными поверхностями, ха-

растеризующимися значительной разнородностью.      

Попытку решения этой задачи аналитическим методом пред-

принял Агейкин [1]. Принимая ряд допущений, он оцени-

вал влияние числа осей на допустимое число проходов автомо- -

биля по одному следу,   на коэффициент  сопротивления  грунта

качению и сцепления движителя с грунтом. Из-за большого раз-

нообразия грунтовых условий  выработать  оптимальные,  опре-

деленные рекомендации по выбору числа осей не удалось. Од-

нако получен ценный материал о влиянии числа осей на прохо-

димость.

Для конкретизации и ограничения рамок решаемой задачи

примем к рассмотрению только деформируемые грунты, приме-

нительно к которым выше решалась задача движения одиноч-

ного колеса.

Результаты взаимодействия колесного движителя автомоби-

ля, имеющего п осей, с опорной поверхностью нельзя  получить

простым суммированием параметров взаимодействия отдельных

колес. Каждое колесо автомобиля   при движении  находится   в

сложной силовой и кинематической взаимосвязи практически со     

всеми элементами автомобиля и прежде всего с трансмиссией и      

двигателем, с подвеской и рамой, системой управления колеса

ми. При прохождении колеса по грунту изменяются его механи

ческие свойства,   и параметры    взаимодействия   последующего

колеса с грунтом будут иные. Все это подтверждает многопла

новость и сложность поставленной нами задачи.

Для получения предварительных данных влияния числа осей на опорную проходимость рассмотрим весьма упрощенную схему взаимодействия только при прямолинейном равномерном движении. Трансмиссия обеспечивает работу колес в свободном режиме. Принимаем, что зависимости, полученные для одиночного колеса, справедливы и при рассмотрении комплексного движителя.

Системы из уравнений оказывается достаточно для проведения всесторонних исследований характеристик взаимодействия многоосного движителя с грунтом в зависимости от режимов движения и конструктивных особенностей  движителя.

Рассмотрим влияние общих конструктивных решений на важ

нейшие параметры. Вначале рассмотрим влияние числа осей на

коэффициенты сопротивления качению и сцепления автомобиля с грунтом.

Чем ниже несущая способность грунта, тем сопротивление качению выше. Большое влияние оказывают тип и размер шин:тороидные и широкопрофильные шины, приспособленные для работы на деформируемых грунтах, имеют значительно меньшее сопротивление качению, чем шины малого размера

Подобные расчеты для грунтов других типов показали, что на неуплотняемых сыпучих грунтах (например, сухом песке) число осей при постоянной осевой нагрузке не влияет на сопротивление качению. Коэффициент сопротивления качению при любом числе осей остается практически постоянным. На болотистых грунтах с дерновым покровом определяющими являются нагрузка на ось, размеры и тип шин. Увеличение числа осей повышает сопротивление качению.

Для большинства опорных грунтовых поверхностей, по которым происходит движение многоосных автомобилей, влияние числа осей на важнейший показатель проходимости — сопротивление качению — положительно или нейтрально. Целесообразным пределом числа осей, при котором мощность сопротивления качению уменьшается, является 5.„6, так как при дальнейшем увеличении числа осей ощутимого повышения проходимости не происходит.

Тип, конструкция шин и нагрузка, приходящаяся на них в статическом состоянии, существенно влияют на показатели проходимости. Разработка и применение шин новых типов для многоопорных автомобилей обеспечивают значительное повышение их проходимости. Хорошо зарекомендовали себя тороидные шины с регулируемым внутренним давлением и широкопрофильные шины с переменным давлением, которые широко применяются на многоосных автомобилях большинства типов, они обеспечивают большую, чем у тороидных шин (на 25 ...35%), площадь контакта с грунтом, в результате чего снижается давление на грунт. Сравнительно тонкий каркас шин хорошо противостоит усталостному излому при снижении внутреннего давления, чем обеспечивается их долговечность. Меньший наружный диаметр шин позволяет несколько сократить габаритный размер автомобилей по высоте. При замене сдвоенных тороидных шин широкопрофильными такой же грузоподъемности масса, приходящаяся на одну ось автомобиля, может быть снижена на 70... 100 кг. Все эти преимущества улучшают проходимость, тяговую динамику, плавность хода и другие качества многоосных автомобилей.

Важной характеристикой, зависящей от числа осей, является сила сцепления движителя с грунтом, характеризуемая коэффициентом сцепления ср. Однако установить ярко выраженную зависимость этого коэффициента от числа осей не представилось возможным как расчетом, так и экспериментально. Несколько возрастает сила сцепления движителя с грунтом для трехосного автомобиля

При дальнейшем увеличении числа осей этот показатель не меняется.

Удельная сила тяги на крюке характеризует тяговые возможности автомобиля в данных дорожных условиях для преодоления внешних сопротивлений и разгона автомобиля с целью поддержания высоких скоростей движения.

Результаты экспериментального определения свободной силы тяги на крюке одного двухосного и трех трехосных автомобилей. Автомобили отличались массой на ось QCp и колесной формулой. Два трехосных автомобиля и один двухосный (кривые 1 ...3) имели тороидные шины с переменным давлением, которое при опытах устанавливалось равным 50 кПа. Один трехосный автомобиль (кривая 4) имел широкопрофильные шины с постоянным давлением 35 кПа и увеличенную нагрузку на ось. Эксперименты проводили на размокшей весенней суглинистой пахоте. При анализе графика можно установить ряд закономерностей.

Во-первых, просматривается общая закономерность изменения удельной силы тяги на крюке от буксования для автомобилей всех четырех типов. На данном грунте максимальная удельная сила тяги соответствует 30... 40% коэффициента буксования колес. Во-вторых, видно влияние числа осей и нагрузки на ось для одного и того же типа тороидных шин с переменным давлением. С увеличением размеров шин и числа осей возрастает максимальная удельная сила тяги на крюке. Особое значение имеет правильный подбор шин для данной нагрузки на ось и при работе на деформируемых грунтах. Трехосный автомобиль с шинами постоянного давления имеет удельную силу тяги на крюке в 2...2,8 раза меньшую, чем автомобили с шк-нами переменного ления, практически на всех режимах бук ния движителей.

Проведенный анализ также показал важное влияние НЕ ходимость статической нагрузки на ось, типа и конструкции шин при одинаковой нагрузке. Очевидно, что выбор оптимальной нагрузки на ось существенен для определения числа осей

автомобиля при заданной общей массе автомобиля или для определения предельной целесообразной общей массы автомобиля при заданном числе осей. К сожалению, исследований по обоснованию оптимальной нагрузки на ось с точки зрения оптимальной проходимости в настоящее время нет.

Известно, что чем меньше нагрузка на ось, тем легче обеспечить проходимость по деформируемым грунтам, особенно имеющим коркообразный покров. Уверенное движение по заболоченному дерновому покрову определяется не столько средним давлением на грунт, сколько нагрузкой на ось. Опыт показал, что автомобили с приблизительно равным средним давлением, но разной нагрузкой на ось имеют различную проходимость в этих условиях. Автомобили с большой нагрузкой на ось прорывают дерновый слой и застревают.

Размеры, масса и конструкция шин высокой проходимости непосредственно влияют на такой параметр, как нагрузка на колесо. Чем больше нагрузка, тем труднее создать шину с высокими характеристиками по проходимости. Наилучшие показатели по проходимости имеют автомобили с нагрузкой   на ось до 60 кН. В расчете на эту нагрузку создают шины. Удовлетворительные характеристики по проходимости имеют автомобили с

нагрузкой на ось до 100 кН, при такой нагрузке применяют ши-

рокопрофильные шины с переменным давлением.       

Опыт использования автомобилей с нагрузкой на ось более

100 кН, оборудованных тороидными шинами постоянного дав-

ления, показал их низкую проходимость на деформируемых грун-

тах. Автомобиль быстро прорезает глубокую колею и теряет про-

ходимость. Такие автомобили хорошо себя ведут на грунтах с

твердым подслоем, залегающим на небольшой глубине (снег на

мерзлом грунте, частично оттаявший мерзлый грунт и т. п.).

В этих условиях средние скорости таких автомобилей несколько

больше (на 5... 10%), чем у автомобилей, имеющих меньшую

нагрузку на ось и шины с переменным давлением. Если твердый щ

подслой залегает на глубине, большей величины дорожного про-

света, проходимость автомобилей с большими нагрузками на ось

плохая, движение их затруднено. 

Полученные аналитические зависимости позволяют исследо-

вать влияние переменного давления в шинах на показатели проходимости.

Когда определено число осей автомобиля, возникает задача определения оптимального числа ведущих осей. Она должна решаться с учетом условий использования и назначения автомобиля. Если автомобиль предназначен для эксплуатации на дорогах всех видов и на местности, то он безусловно должен быть полноприводным. В этом случае может быть использована полная масса автомобиля как сцепная и максимально снижены силы сопротивления качению.