CC BY
11
УДК 629.11.012.814
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПЛАВНОСТ1 РУХУ БАГАТОВ1СНОГО ВАНТАЖНОГО АВТОМОБ1ЛЯ
Дячук М. В., к. т. н., доц., Лиходш О. С., ас.
Актуальность проблеми. Сучасний автомобГль - складна конструкцГя з динамiчною взаемодГею Bcix елементГв шасi. Розвиток засобГв i методiв аналiзу й прогнозування взаемоди основних елементГв конструкци ще на стади проектування дозволяе ускладнювати розраxунковi моделi до межi 1хньо1 високо1 ефективностГ. Iснуючi вiтчизнянi методи оцiнки параметрiв пiдресорювання автомобiля не дозволяють порушити питання про ускладнення розрахункових схем. АктуальнГсть питань, що розглядаються в статтГ, визначаеться, насамперед, необxiднiстю змГни спiввiдношення витрат проектування до доведення конструкци у напрямку оптимiзацГí виробничого циклу. Для цього необхГдно збГльшувати вагу розрахунково-прогнозуючо1 частини шляхом удосконалення Гснуючих Г впровадження нових методГв оцГнки динамГчних властивостей конструкци автомобГля. КомплекснГсть проблеми вимагае розробки узагальнених принципГв моделювання складових елементГв стохастично! динамГки транспортних засобГв (ТЗ).
В якостГ моделГ прийнятий чотиривГсний автомобГль-самоскид КамАЗ-6540. Обгрунтуванням цього рГшення е збГльшення кГлькостГ вантажних автомобГлГв даного класу в нашГй державГ [1; 2]. В якостГ пГдвГски автомобГля, що розглядаеться, застосована залежна ресорна пГдвГска (на переднГх двох осях - окремо на кожне колесо, на третьому Г четвертому мостах - балансирний вГзок). Загальний вигляд автомобГля КамАЗ-6540 представлено на рис. 1.
Рис. 1. Загальний вигляд автомобтя КамАЗ-6540.
Анализ дослщжень. Сво1м розвитком теорГя пГдресорювання ТЗ зобов'язана, у першу чергу, дГяльностГ таких дослГдникГв в областГ динамГки ТЗ, як: Афанасьев В. Л., Хачатуров А. А., Дербаремдикер А. Д., ПархГловский И. Г., Певзнер Я. М., Ротенберг Р. В., СГлаев А. А., Яценко Н. Н., Жигарьов В. П. Вагома частка робГт доводиться на працГ МАД1 й НАМ1. За основу для дослГджень прийнята спектральна теорГя випадкових функцГй. Однак, незважаючи на вГдносну простоту й зручнГсть, розвиток спектрально1 теорГ1 пГдресорювання ТЗ обмежувався лГнГйними або лГнГаризованими характеристиками елементГв пГдресорювання, оцГнкою тГльки кГнематичних параметрГв коливань, застосуванням, в основному, плоских моделей або розглядом вертикальних Г поперечних коливань незалежно.
Для вантажних автомобГлГв просторовГ схеми не одержали належного розвитку, хоча, вГдповГдно до дослГджень [1], саме крутильна пГддатливГсть рами викликала необхГднГсть ускладнення моделГ. Це пГдтверджувалося експериментальними даними, якГ добре узгоджувались Гз розрахунковими показниками тГльки задньо1 пГдвГски. Для оцГнки показникГв плавностГ руху вантажних ТЗ до сьогоднГ, згГдно з РД 37.001.110-89, [3], використовуеться розрахункова схема (рис. 2).
Рис. 2. Розрахункова схема балансирног nideicKU.
Свгтовий досвгд автомобглебудування показуе об'ективнг якiснi переходи як у принципах моделювання динамгки ТЗ, так i в методах аналiзу. Це, насамперед, аналгз гз використанням методу кгнцевих елементiв й чисельного iнтегрувaння, оргентацгя на повноцiннi State-of-the-Art Automotive Multi-body i Real-Time модель Останне реaлiзовaно в таких потужних пакетах, як: ANSYS, ADAMS-AUTO, SIMPACK, MATLAB SIMULINK - створених у тому числг й для автомобгльно1 промисловостi.
Постановка задача. Пiдвищення точностi розрахункових методiв стохастично1 динaмiки ТЗ шляхом удосконалення iснуючих методiв, розробки нових моделей i aлгоритмiв на бaзi чисельних зaсобiв aнaлiзу, що дозволить прогнозувати вiбрaцiйну нaвaнтaженiсть на стадп компонування й конструювання ТЗ, а також знижувати час доведення конструкци вантажних автомобшв.
Основний материал. Для визначення показникгв плавностг руху ТЗ складенг моделг дорожнього покриття ргзного типу та модель самого ТЗ. За вимогами ДСТ 37.001.291-84 параметри плавностг руху ТЗ визначаються при русг по випробувальним дорогам трьох типгв: асфальт, цементобетон, брукгвка з вибошами та без них. Чисельне представлення вгдповгдних мгкропрофглей доргг здгйснювалось завдяки пропусканню бглого шуму через вгдповгдний фгльтр, механгзм цього процесу розглянуто у [4].
Дискретизацгя мас та складання розрахунково! схеми динамгчно!' моделг автомобгля КамАЗ-6540 наведена на рисунку 3. Приймаемо наступнг позначення постгйних та змгнних.
I. Кгнематичнг характеристики:
X - дорожнгй мгкропрофгль пгд шинами колгс вгдповгдно1 осг; X. - швидкгсть набггання дорожнього мгкропрофглю пгд шинами колгс вгдповгдно1 осг; Y - перемгщення центру колеса
вгдповгдно1 осг; - швидкгсть перемгщення центру колеса вгдповгдно1 осг; YK - перемгщення центру мас кузову; YK - швидкгсть перемгщення центру мас кузову; Фт - кутове перемгщення мас вгзка; Фт - кутова швидкгсть перемгщення мас вгзка; Фк - кутове перемгщення мас кузову; Фк - кутова швидкгсть перемгщення мас кузову; L - подовжня база автомобгля; L Т- база вгзка автомобгля; V- швидкгсть руху автомобгля.
II. Фгзичнг характеристики:
СШУ - жорсткгсть шин вгдповгдно1 осг; KШН - коефщгент лгнгйного грузлого опору шини вгдповгдно1 осг; СП^ - жорсткгсть передньо1 пгдвгски; КПi - коефщгент лгнгйного грузлого опору передньо1 пгдвгски; С- жорсткгсть задньо1 пгдвгски; КП2 - коефщгент
еквгвалентного лгнгйного грузлого опору задньо1 пгдвгски.
III. Масовг константи:
mi - маса непгдресорених частин пгдвгски вгдповгдно1 осг; mK - маса кузову з вантажем; тП1 - маса пгдресорених частин, що припадають на передню пгдвгску; тП2 - маса пгдресорених частин, що припадають на задню пгдвгску; IK = тП. • a2 + тП2 • b2 • тП3 • с2
- шерщя кузову вщносно центру мас; 1Т = mHB - / 2)2 - шерщя вiзка вiдносно центру в!зка; а, в, с- геометричш параметри ТЗ (рис. 3).
Рис. 3. Складання динамiчноi моделi автомобшя КамАЗ-6540: а - дискретизащя мас ТЗ; б - складання розрахунковоi схеми.
Далi визначимо силовi фактори, що дготь на елементи системи:
1) Сили у шиш колю першо1 оск
РШУ = СШУ - (У( — X.) - пружна сила в шинах тдвюки вщповщно!' осi;
РШН = КШН - (}& — X) - непружна сила в шинах тдвюки вщповщно!' осi.
2) Сили у тдвющ колiс першо1 оск
РПУ = СП - (УК + а • Ф — У1) - пружна сила в тдвющ першо1 осц
РПН = Кп - (УК + а • Ф — 1&1) - непружна сила в тдвющ першо1 ось
3) Сили у тдвющ колю друго1 оск
РПУ = Сп •( УК + а - Ф — У2) - пружна сила в пiдвiсцi друго1 осi;
Р
пн 2
КП2 \Гк + а Ф — у2)
непружна сила в пiдвiсцi друго1 осi.
4) Сили у тдвющ колю третьо1 осi:
Р =-
7ТЛ/
С
ч\
Ук — ЬФ К + ^Фт
к к 2
пружна сила вщ ресори на трет1и мiст;
2
P -
Рт3 2
(
!к -Ь •Фк + -т-Фт I- Yз 2 )
\
5) Сили у шдвющ колiс четверто! оск
С
С г
Ь
л
Ук -Ь Фк Фг I- Г4
vv 2 ) )
непружна сила вщ ресори на третiи мiст.
пружна сила вiд ресори на четвертии мют;
Р =
1 пн.
к гг.
!&к - Ь-Ф кФг
Т
непружна сила вiд ресори на четвертии мют.
6) Момент подовжньо-кутових коливань вiзка:
Мг - ((Рпу3 + Рпн3)- (Рпу2 + Рпн3)) • ^.
2
7) Момент подовжньо-кутових коливань кузова:
Мк-((Рпу2 + РПН2 + Рпу3 + Рпн3 )• Ь-(Рпу, + Рпн1 )• 4
8) Складемо систему диференцшних рiвнянь у формi Кошi:
! =(РПУ, + Рпн, )-(РШУ, + РШН, )
йг т1
йг
й Фг = Мг
dy2 ( Рпу2 + Рпн2) ( Ршу2 + Ршн2)
йг й Фт йг
- !
dYI
йг
к _
йг
йг
! йг
Т - (РПУ3 + РПН3 )-(РШУ3 + РШН3 ) й!^ -
йг т3
й!3 йг
й!± =(РПУ4 + Рпщ )-(РШУ4 + РШН4)
йг т4
! йг
-Ф
Р + р + Р + Р + р + Р + Р + Р
ПУ ПН гп/ 7ти 771,7 7ти гп/ 77
т
- !
й Ф к = Мк йг 1к
й ^-Фк
йг
- !
4
2
2
Вплив мiкропрофiлю на колеса автомобiля змiщено в чаш на величину т (час кореляци), причому Т1 - (Ь - ЬТ /2У Р - вщносно центру середнього колеса, Т2 - (Ь - Ьт /2)/Р -вiдносно центру заднього колеса. Якщо в цеИ момент на передне колесо автомобшя впливае нерiвнiсть х(г), то на задне колесо в цеИ же момент впливае нерiвнiсть X • (г - т) . Тобто, вплив на задш колеса величини х(г) вщбуваеться iз запiзнюванням. 1з системи видно, що при порушенш коливань будь-якого одного виду, неминуче наступлять i коливання iнших видiв. Тому характеристики шдресорювання прагнуть пiдiбрати такими, щоб виключати взаемниИ вплив коливальних процесiв (наприклад, пiдпригування И галопування). Система диференцiальних рiвнянь вирiшуеться завдяки чисельного методу Рунге-Кутта, що е одним з методiв шдвищено! точность
Результати дослiджень. Основним оцiночним показником плавност руху е рiвнi вiбронавантаження водiя, пасажирiв, вантаж1в i характерних точок елементiв шасi И кузови. Основним критерiем iнтенсивностi вiбронавантаження слугуе середне квадратичне значення (СКЗ) прискорень.
Вiброприскорення вантажних ТЗ замiряються на сидшш водiя, а також у двох характерних точках на лiвому лонжерош рами - над переднiм i заднiм мостами. Швидкостi, з якими мають рухатися дослiджуванi вантажнi автомобш згiдно з вимогами представленi в табл. 1.
Таблиця 1.
Швидюстьруху вантажних ТЗ за ДСТ 37.001.275-84
Дорога I типу (цементобетонна динамометрична дорога) Дорога II типу (бруювка без вибо!н) Дорога III типу (бруювка з вибо!нами)
30 50 70 30 45 60 15
Для прикладу представимо результати розрахунюв (табл. 2-4), яю отримаш визначенням параметрiв вiбронавантаження елементiв вантажного ТЗ при рус по дорогам I та 11-го тишв зi швидкiстю 30 км/год, та по дорозi 1-го типу зi швидюстю 70 км/год.
Та б л и ц я 2
Результати розрахунюв коливань автомобтя КамАЗ-6540 при рус з1 швидюстю 30 км/год
по контрольшй дтянЦ 1-го типу
Цементобетон, V = 30км/год Ощнка СКЗ перемiщень, м (рад) Ощнка СКЗ швидкостей, м/с (рад/с) Ощнка СКЗ прискорень, м/с2 (рад/с2)
Точка обчислення СКЗ
Центр колеса першо! ос 0,0018395 0,023821 1,2048
Центр колеса друго! ос 0,0017168 0,024055 1,2192
Центр колеса третьо! осi 0,0019377 0,039699 2,1108
Центр колеса четверто! осi 0,0020394 0,041708 2,2772
Центр мас кузова 0,0012448 0,009763 0,099799
Кутовий рух кузова 0,0011745 0,0086799 0,078066
Кутовий рух вiзка 0,0018656 0,055587 3,0398
Пiд сидiнням водiя 0,0038109 0,025882 0,20819
При детальному аналiзi необхщно бшьш досконале моделювання з урахуванням пiдресорювання кабiни автомоб^, пiдресорювання сидiння водiя, використання нелшшних характеристик шин та ресор, також рекомендусться моделювання кiнематичних зв'язкiв мiж кузовом та рамою, сухого тертя в ресорах, робот направляючого апарата руху та шше.
Та бл и ця 3
Результати розрахунюв коливань автомобтя КамАЗ-6540 при рус з1 швидюстю 70 км/год
по контрольшй дтянщ 1-го типу
Цементобетон, V = 70 км/год Ощнка СКЗ перемщень, м (рад) Ощнка СКЗ швидкостей, м/с (рад/с) Ощнка СКЗ прискорень, м/с2 (рад/с2)
Точка обчислення СКЗ
Центр колеса першо! ос 0,0036577 0,04542 2,263
Центр колеса друго! ос 0,0036193 0,045988 2,2688
Центр колеса третьо! ос 0,0038297 0,074352 3,8039
Центр колеса четверто! ос 0,0041245 0,086247 4,6173
Центр мас кузова 0,0059353 0,045722 0,4019
Кутовий рух кузова 0,0016614 0,015919 0,17808
Кутовий рух вiзка 0,0027195 0,11139 5,9305
Щд сидшням водiя 0,0076715 0,053855 0,44486
Таблиця 4 Результати розрахунюв коливань автомобыя КамАЗ-6540 при рус з1 швидюстю 30 км/год по контрольшй дтянщ 11-го типу
Бруювка без вибош, V = 30 км/год Оцшка СКЗ перемщень, м (рад) Оцшка СКЗ швидкостей, м/с (рад/с) Оцшка СКЗ прискорень, м/с2 (рад/с2)
Точка обчислення СКЗ
Центр колеса першо! ос 0,0086276 0,38334 24,15
Центр колеса друго! ос 0,0084746 0,37843 23,993
Центр колеса третьо1 ос 0,016966 0,87379 49,785
Центр колеса четверто! ос 0,016761 0,86336 50,092
Центр мас кузова 0,0033933 0,034439 0,86203
Кутовий рух кузова 0,0031367 0,027187 0,48144
Кутовий рух вiзка 0,024077 1,2761 72,192
Пщ сидшням водiя 0,0095089 0,07399 1,3582
Висновки. На попередшх етапах моделювання методика оцшювання вiбронавантаження, яка використана у данш статтi, дозволяе отримати адекватну оцiнку. При русi по цементобетоннш дорозi пiдресорювання автомобiля КамАЗ-6540 задовольняе вимогам плавностi руху за ДСТ 37.001.291-84, що регламентуе нормативш значення СКЗ вертикальних вiброприскорень: 1,0 м/с2 - для сидшня водiя, 1,3 м/с2 - для характерних точок шдресорено! частини, за розрахунками отримали: при швидкостi 30 км/год (тд сидiнням водiя - 0,20819 м/с ; центр мас кузова - 0,0998 м/с2); при швидкосп 70 км/год (шд сидшням водiя - 0,44486 м/с2; центр мас кузова - 0,4019 м/с2). При рус по бруювщ без вибо!н пiдресорювання можна вважати задовiльним. При нормативному значеннi СКЗ вертикальних вiброприскорень у характерних точках: на сидшш водiя, не бшьше 1,5 м/с2, та шдресорено! частини, не бшьше 1,8 м/с2, вщповщно отримали: при швидкостi 30 км/год (тд сидiнням водiя - 1,3582 м/с2; центр мас кузова - 0,86203 м/с2); при швидкосп 45 км/год (тд сидшням водiя - 1,7326 м/с ; центр мас кузова - 1,0339 м/с2); при швидкосп 60 км/год (тд сидшням водiя - 1,5609 м/с2; центр мас кузова - 1,112 м/с2). При русi по бруювщ з вибоями тдресорювання задовольняе вимогам плавносп руху. При нормативному значенш СКЗ вертикальних вiброприскорень у характерних точках: на сидшш водiя, не бшьше 2,3 м/с2, та шдресорено! частини, не бшьше 2,7 м/с2, зпдно розрахунюв при швидкосп руху 15 км/год (тд сидшням водiя - 1,8373 м/с2; центр мас кузова -1,0716 м/с2).
ВИКОРИСТАНА Л1ТЕРАТУРА:
1. Литвинов А. С., Фаробин Я. Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных своИств. / Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». - М. : Машиностроение, 1989. - 240 с.
2. Проектирование полноприводных колесных машин: В 2 т. Т. 2. Учеб. для вузов / Б. А. Афанасьев, Н. Ф. Бочаров и др.; Под общ. ред. А. А. Полунгяна. - М. : Изд. МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. - 640 с.
3. РД 37. 001. 110-89. Методика расчета показателей плавности хода грузовых автотранспортных средств. - Введ. 01.01.89. - М. : Уч. - изд. л., 1989. - 55 с.
4. Построение численных моделей случайных дорожных возмущений в задачах плавности хода автомобиля / Дячук М. В., Клименко В. И. // Новини науки Придшпров'я. Науково-практичний журнал. серiя: iнженернi дисциплши. - Днепропетровск: ПГАСиА, 2003. -№ 5. - С. 60 - 64. - рис. 9 - Библиогр.: (3 назв).
УДК 629.11.012.814
Дослщження плавност руху багатовкного вантажного автомобiля / М. В. Дячук, О. С. Лиходш // В1сник ПридншровськоТ державно'1 академп будiвництва та архiтектури -Днiпропетровськ: ПДАБА, 2009. - № 6-7. - С. 48-54. рис. 3. - табл. 4. - Бiблiогр.: (4 назв.).
Зроблено анатз юнуючих моделей для визначення параме^в плавностi руху транспортних засобiв. Складенi моделi дорожнього покриття рiзного типу та модель чотиривюного транспортного засобу. Згiдно з ДСТ 37.001.291-84, використовуючи чисельнi методи, визначеш параметри плавностi руху транспортного засобу при рус по випробувальним дорогам трьох типiв: асфальт, цементобетон, бруювка з вибо!нами та без них. Визначенш шляхи подальшого ускладнення розрахунково! моделi для визначення параметрiв плавностi руху.
