Способы поворота колесных машин. Требования, предъявляемые к рулевому управлению. Устойчивость движения колесных машин с различными схемами поворота. Исследования по повышению динамической поворотливости. Расчет исполнительных механизмов складывания.
Аннотация к работе
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗАВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ТАШКЕНТСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ Диссертация на соискание академической степени магистраЭто связано с тем, что поворотливость машин является важной характеристикой, определяющей способность машины совершать повороты на местности или дороге. Свойство машины совершать повороты с максимальной кривизной (минимальным радиусом) на дороге и местности называется поворотливостью. Поворот машины характеризуется несколькими радиусами (радиус повороту по переднему наружному колесу, который обычно приводится в технических характеристиках, радиус поворота машины с условно жесткими в боковом направлении колесами и др.). В ряде случаев важен не только сам факт поворота машины с определенным радиусом, но и то, за какое время и на какой угол сможет повернуться машина или на сколько снизится ее скорость в процессе поворота в сравнении с прямолинейным движением. Исследование криволинейного движения машины ведут в двух направлениях:-определение и исследование кинематических параметров: траектории, скорости и ускорения движения машины;Изменение направления движения колесных машин, в том числе автомобилей, может осуществляться четырьмя способами: 1) поворотом управляемых колес (колес передней оси, колес нескольких осей, колес всех осей); Вариант а-I с одной передней парой управляемых колес применяется на наиболее распространенных, народнохозяйственных грузовых и легковых моделях машин; вариант а-II со всеми управляемыми колесами (с числом ходовых осей две, три и более) в использовании редок и встречается только на специальных автомобилях («Бюссинг-Наг», «Сарацин» и др.), он позволяет существенно сократить радиус поворота автомобилей; вариант а-III характерен для трехосных автомобилей со сближенными задними осями (чаще всего в этом случае в качестве ходового агрегата монтируется балансирная тележка). 1.1.а.III показаны, для примера, векторы скоростей наружных неуправляемых колес трехосного автомобиля: v-вектор абсолютной скорости движения колеса v-скорость движения колеса в плоскости его вращения, v; - скорость бокового скольжения колеса меньше, чем n - 1, где n - общее число ходовых осей, то при повороте неизбежно боковое скольжение неуправляемых колес. Поворот одного колеса вызывает через поворотную трапецию поворот другого колеса. Для автомобилей с поворотными колесами привод рулевого управления может быть подведен к колесам одной оси, к колесам двух и более осей, к колесам всех осей.Вторая задача сводится к нахождению зависимости между углом поворота ведущего звене и углом поворота ?2 (“ведущего звено правой части рулевого привода”) в виде ?2=?2(?1) Таким образом, при входном воздействии угла поворота ?2 ведущего звена рулевого звена рулевого привода можно вычислить угол ?4, по значении по которою определения угол поворота ?в Постановка задачи: по известному (задаваемому) углу поворота ?4 ведущего звена рулевого привода найти угол поворота ?5 ведущего звена правой части рулевого привода. На третьем этапе по задачи значением угла поворота ?5 ведущие с звено для правой части рулевого привода необходимо найти угол поворота ?6 Тогда, критерием выбора параметров рулевой трапеции может служить разность Yk между теоретическим необходимыми углами поворота колес и углами поворота колес при действительной трапеции: (2.13) т.е. соответствие углов поворота управляемых колес реальной трапеции /рассчитываемой/ теоретическим соотношениям углов поворота.Анализ устойчивости проведем с использованием критерия Гурвица, который для уравнения второго порядка требует для устойчивости движения положительности всех коэффициентов характеристического уравнения. Для обеспечения устойчивости прямолинейного движения необходимо обеспечение условия ak1 <bk2, что обеспечивается соответствующим распределением нагрузок по осям и коррекцией коэффициентов сопротивления уводу шин, например, соответствующим выбором сочетания давления воздуха в шинах передних и задних колес. Критическая скорость машины с задними или с передними в задними управляемыми колесами определяется также формулой (3.1). Известная, худшая устойчивость машины с задними управляемыми колесами, по сравнению с машиной с передними управляемыми колесами, объясняется плохой стабилизацией управляемых колес при их заднем расположении. Работы, проведенные на кафедре "Автомобили" ТАДИ показали, что при задних управляемых колесах для обеспечения удовлетворительного устойчивого движения, к рулевому управлению предъявляются более жесткие требования, чем для машины с передними управляемыми колесами.Такая схема заметно упрощает схему трансмиссии и улучшает поворотливость машины, в особенности при невысоких значениях момента сопротивления качению колес. При такой схеме управления при движении по траекториям близким к прямолинейным, задние колеса могут быть заблокированы от поворота, что увеличивает устойчивость движения.
Введение
Автомобильный транспорт является массовым и удобным средством перевозок пассажиров и грузов, обладающим большой мобильностью, хорошей проходимостью и маневренностью, приспособленностью для работ в различных эксплуатационных условиях.
С первых лет независимости, Правительство Республики Узбекистан выбрало путь развития транспортной промышленности, в том числе автомобильной.
Отсутствие в Республике морских портов, экономическая неэффективность воздушных перевозок и ряд других обстоятельств, поставило на первый план развитие собственного автомобилестроения, возрождения транспортного коридора шелкового пути.
Наглядным примером этого является открытие заводов по производству автомобилей в городах Асака и Самарканде и целого ряда предпрятий по производству комплектующих изделий для легковых и грузовых автомобилей, а также автобусов. На рис.1.1 показана динамика выпуска автомобилей УЗДЭУ авто за последние годы.
Сейчас можно с уверенностью сказать, что Узбекистан является производителем автомобилей достаточно с хорошей репутацией не только внутри нашей страны, но и далеко за ее пределами.
Рис 1.1 Производство на 2008-2011 годы
В своих научных трудах «Мировой экономический кризис, пути и меры по его преодолению в условиях Узбекистана» и других опубликованных трудах, Президент И.А. Каримов поставил конкретные задачи перед автомобилистами по созданию и эксплуатации конкурентно способных автомобилей на мировом рынке [2].
Повышение технического уровня автомобиля, его конкурентоспособности связано с улучшением всех его эксплуатационных свойств, учету при проектировании современных требований активной, пассивной и экологической безопасности автомобиля.
Вопросам повышения поворотливости колесных машин (автомобилей, тракторов и сельхозмашин) уделяется большое внимание. Это связано с тем, что поворотливость машин является важной характеристикой, определяющей способность машины совершать повороты на местности или дороге. Это свойство является весьма важным для армейских машин, так как от этого во многом зависит ее подвижность. Это свойство важно также для обычных автомобилей, эксплуатируемых в городских условиях, так как от этого зависят размеры площадки, отводимые для парковки.
Поэтому поворотливость машины является важным эксплуатационным свойством, улучшение которого является актуальным.
Одной из основных характеристик движения колесной машины является траектория. Колесные машины практически все время движутся по криволинейным траекториям. Это объясняется не только тем, что абсолютно прямолинейных участков дорог очень мало, но, главное, тем, что машине приходится поворачивать с одной дороги или улицы на другую, объезжать препятствия. Движение машины почти всегда происходит под действием внутренних и внешних сил, боковые составляющие которых изменяют или стремятся изменить траекторию движения, а водителю приходится ее корректировать поворотами рулевого колеса.
В теории автомобиля принято выделять условно прямолинейное движение по траектории с кривизной менее 0,001 ... 0,002 м-1 (радиусом кривизны более 1000 ... 500 м), а все остальные движения относить к криволинейным.
По статистическим данным, на грунтовых дорогах от 65 до 75% времени машины движутся по траекториям с радиусами кривизны менее 300-400 м и средними скоростями порядка 15 ... 20 км/ч.
На городских перекрестках, отдельных участках грунтовых дорог и местности скорость машин снижается до 8 ... 10 км/ч и радиусы поворота - до 20 ... 25 м, а в закрытых помещениях и при разворотах на ограниченных площадках скорость снижается до 2 ... 5 км/ч и радиусы поворота - до минимально возможных по конструктивным и компоновочным возможностям, т. е. до единиц метров у двухосных машин с короткой базой и 10 ... 15 м - с тремя и большим числом осей.
Криволинейное движение часто называют поворотом, хотя обычно применяют этот термин в тех случаях, когда траектория движения изменяется по желанию водителя. Свойство машины совершать повороты с максимальной кривизной (минимальным радиусом) на дороге и местности называется поворотливостью. Чем больше кривизна возможной траектории, т. е. чем меньше радиус поворота машины, тем лучше ее поворотливость. Таким образом, основным показателем оценки поворотливости является радиус поворота машины.
Поворот машины характеризуется несколькими радиусами (радиус повороту по переднему наружному колесу, который обычно приводится в технических характеристиках, радиус поворота машины с условно жесткими в боковом направлении колесами и др.). В данной диссертации за расчетный радиус поворота принимается расстояние от мгновенного центра вращения (поворота) до продольной оси машины. Такое определение находится в соответствии с принятыми в теории автомобиля определениями, так как остальные радиусы можно легко найти зная радиус поворота Rn. Поскольку траекторию движения машины принято характеризовать траекторией центра масс, радиусом кривизны траектории считается расстояние от мгновенного центра поворота до центра масс.
Минимальный радиус поворота служит показателем оценки статической поворотливости машины. Этот показатель наиболее важен, но не дает исчерпывающей характеристики поворотливости. В ряде случаев важен не только сам факт поворота машины с определенным радиусом, но и то, за какое время и на какой угол сможет повернуться машина или на сколько снизится ее скорость в процессе поворота в сравнении с прямолинейным движением. Такие данные характеризуют динамическую поворотливость машины.
Исследование криволинейного движения машины ведут в двух направлениях: -определение и исследование кинематических параметров: траектории, скорости и ускорения движения машины;
-определение силовых параметров: крутящих моментов, продольных, боковых и нормальных реакций колес, а также сил и моментов, возникающих при повороте.
Кинематические параметры дают большую, но не полную информацию о повороте. Полная информация о возможности движения с заданными кинематическими параметрами не может быть получена без определения силовых параметров, характеризующих криволинейное движение машины.
Цель исследования. Целью магистерской диссертации является повышение поворотливости двухосной колесной машины со всеми ведущими колесами. Рассмотрены способы поворота колесных машин с передними поворотными (управляемыми) колесами, колесных машин с бортовой системой поворота, а также двухсекционных сочлененных машин с различными способами создания поворачивающих моментов. Кроме этого, рассмотрены условия устойчивости движения колесных машин с различными схемами поворота.
Повышение поворотливости колесной машины с управляемыми колесами осуществляется за счет увеличения максимальных углов поворота управляемых колес, рационального распределения тяговых - тормозных сил на ведущих колесах и их комбинацией.
Повышение поворотливости двухсекционных сочлененных машин осуществляется выбором сочетаний схем создания поворачивающих моментов.
В диссертации используются методы теоретических исследований и расчетного моделирования поворотливости колесной машины.
Задачи исследований. Для достижения цели диссертации были сформулированы следующие задачи исследований: -разработка математической модели кинематики поворота управляемых колес с целью определения минимально возможных радиусов поворота машины;
-численный анализ результатов расчетного моделирования поворота управляемых колес и выбор наиболее рациональных параметров рулевого привода;
-разработка математической модели плоско-параллельного движения сочлененной колесной машины для выбора рационального способа создания поворачивающих моментов;
Объект исследований. Объектом исследований является поворотливость колесной машины со всеми ведущими колесами.
Методика исследований. Теоретические исследования, включающие в себя аналитические методы и методы расчетного моделирования с использованием многофакторного планирования экспериментов (расчетов). Теоретические исследования включают в себя решение нескольких задач.
Первая из задач посвящена повышению поворотливости за счет соответствующего выбора параметров кинематики рулевого привода, обеспечивающего поворот управляемых колес на максимально возможные углы. Эта задача сводится к анализу кинематики рулевого привода методами теории механизмов и машин и численным расчетам. При этом решается задача выбора таких параметров рулевого привода, которые обеспечивают максимальные углы поворота колес и необходимое соотношение углов поворота наружного и внутреннего колес. Как известно, соотношение между углами поворота наружного и внутреннего колес должно соответствовать уравнению котангенсов, то есть разница между котангенсами углов поворота наружного и внутреннего колес должна быть равна отношению колеи колес к базе машины (с некоторыми допущениями). Решение задач поворотливости машины проводится с использованием уравнений кинетостатики, что учитывая малые скорости движения является допустимым. Такой подход был обоснован Я. Е. Фаробиным в монографии «Теория поворота транспортных машин».
Следует иметь в виду, что обеспечение кинематической поворотливости является необходимым, но не достаточным условием движения машины по траектории с максимальной кривизной в заданных дорожных условиях.
Второй задачей теоретических исследований является исследование поворотливости двухсекционной шарнирно-сочлененной машины при различных способах создания поворачивающих моментов. Рассмотрены пять вариантов создания поворачивающих моментов, позволяющих уменьшить радиус поворота машины.
Следующей задачей теоретических исследований является определение условий устойчивости движения колесных машин с различными схемами поворота (поворот управляемыми колесами, бортовая схема поворота, поворот складыванием секций двухсекционной сочлененной машины).
Решение этой задачи проводится классическими методами анализа характеристического многочлена уравнений движения машины методом Рауса- Гурвица. Как известно, этот метод не требует вычисления корней характеристического уравнения, что при уравнении 4-го порядка уже представляет определенные сложности.
Диссертация состоит из 3-х глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. В первой главе проведен анализ состояния исследований по повышению статической и динамической поворотливости колесных машин.
Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям, направленных на повышение поворотливости колесной машины за счет увеличения углов поворота управляемых колес. Получены уравнения кинематики рулевого привода, состоящего из семи звеньев. Анализ результатов расчета проводится методами многофакторного планированного эксперимента.
Третья глава диссертации посвящена исследованиям поворота сочлененной двухсекционной машины, и установлению условий, при которых обеспечивается наименьший радиус поворота. Рассмотрены пять различных комбинаций поворачивающих моментов.
В заключении диссертации приводятся рекомендации по выбору параметров рулевого привода и регулирования соотношения касательных сил на колесах, повышающих поворотливость двухсекционной колесной машины. колесный рулевой динамический поворотливость