CC BY
50
УДК 629.114
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ МАНЕВРЕННОСТИ ВЫСОКОМОБИЛЬНОЙ ТРАНСПОРТНОЙ ГУСЕНИЧНОЙ
МАШИНЫ
А.Ю. Фомин, В.Ф. Васильченков
Специфические особенности управления БМД подтверждены теоретическим исследованием влияния скорости и конструкции механизма передач и поворота на параметры оценки управляемого движения в задаче повышения подвижности. Вносятся предложения по совершенствованию методов проведения испытаний, предлагаются технические решения по повышению маневренности БМД-4М.
Ключевые слова: маневренность, высокомобильная транспортная гусеничная машина, расчетный радиус, частично автоматизированная система управления поворотом.
Существующие методы оценки управляемости гусеничных машин (ГМ), реализуемые, как правило, в соответствии с известными стандартами [1, 2, 3], недостаточны для оценки маневренных качеств высокомобильных транспортных гусеничных машин (ВТГМ), используемых в специфических армейских условиях. Эти условия характеризуются необходимостью постоянно маневрировать на дорогах и вне дорог, не подготовленых для движения на участках местности с высокой скоростью (рис. 1).
Подвижность
Тягово-скорост- Массово-та-
Проходимость Маневр енность барнтные по- Транспортабельность
ные свойства казатели
Плавность хода
Мишзмальньш радиус поворота
Тормозные свойства
Рис. 1. Эксплуатационные свойства, определяющие маневренность ВТГМ
На современные ВТГМ устанавливаются двухпоточные механизмы передач и поворота (МПП) в составе гидромеханических трансмиссий (ГМТ) и гидрообъемных механизмов поворота (ГОМП).
121
Наличие в этих МПП «скольжения» в гидротрансформаторе (ГТ), нелинейности в гидрообъемном приводе, скольжения гусениц при повороте нарушает стабильность модуляции управления, особенно на высоких скоростях и во время крутых поворотах. Этот фактор снижает эффективность работы механика-водителя и ведёт к снижению среднетехнической скорости движения. Для уменьшения вредного эффекта влияния предлагается способ совершенствования МПП, представленный как частичная автоматизация поворота ВТГМ.
Сложная связь элементов конструкции МПП представлена на рис. 2 как схема силового потока МПП. Такая схема удобна для теоретического исследования особенностей поворота ВТГМ с МПП.
управляющий
Рис. 2. Обобщённая схема силового потока механизма передач
и поворота ВТГМ
В результате теоретического исследования с использованием известного уравнения планетарного ряда в общем виде [4] определены угловые скорости вращения выходных валов суммирующих планетарных рядов (СПР) со стороны забегающей и отстающей гусениц и скорости вращения гусениц:
СО! - и[2со2 + (и{2 - 1)соз = 0, (1)
где соь со2? со3 - соответственно угловые скорости вращения солнечной, эпициклической шестерен и водила, с'; и^ - внутреннее передаточное число:
и ¡2 = —— - при числе зубьев эпициклической и солнечной шестерён.
Так, угловая скорость водила со стороны забегающей гусеницы
С01 -ШоСОо
<°3= , • (2)
Скорость забегающей гусеницы равна окружной скорости ведущего колеса (ВК)
V = «3
иб
(3)
где гк - радиус ведущего колеса, м; ид - передаточное число бортовой передачи: и б = 1 + —, при 72 - число зубьев эпицикла, 71 - число зубьев 71
солнечной шестерни.
Чтобы различать случаи прямолинейного движения и поворотов введем следующие обозначения:
а) при прямолинейном движении
«д
«ь = «1о = «1 = ~^;
ид
мд
(4)
«1з = «1о = «1
ит
и12
где шд - угловая скорость вращение коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания (ДВС), с-1; ид - передаточное число трансмиссии от ДВС до СПР; иг - главное передаточное число привода СПР при прямолинейном движении;
б) при повороте
«1з
«1о
и з
ш
д
и,
(5)
ш2з = ш2о
шт
игп - и12
Для учета влияния «скольжения» в ГМТ на угловую скорость «2 главное передаточное число и г (игп в схеме силового потока) (рис. 2) следует выразить через передаточное отношение непрерывного гидротрансформатора (ГТ) и т:
и
и
и12
(6)
В этом случае выражение (2) для прямолинейного движения имеет
вид
1 1
— + —
«3 =Шд
и г
и
1 - и12
д +игЛ иг и д 1 - и12
(7)
г
к
/
Как видно, угловая скорость водила равна угловой скорости коленчатого вала двигателя, умноженной на отношение приведенного от двигателя к эпициклу суммирующего планетарного ряда (СПР) передаточного и д + и г
числа —- и, соответственно, деленного на передаточное число борто-
и г и д
1 ' 1 , 22
вой передачи и б = 1 - и 2 = 1 + —, что соответствует схеме механизма передач и поворота (МПП), приведенной на рис. 2.
Для удобства расчета использовался специальный прием: радиус ведущего колеса гк (ВК) приводился через бортовую передачу с передаточным числом иб к СПР и обозначался через к (м), так что
к =
(8)
и б (1 - и12 )'
В этом случае с учетом (3) скорость прямолинейного движения
равна
УПр = к^д
1 1
V и г
и
= кюд
д
г \
ид + иг
V игид у
(9)
При повороте имеем следующие зависимости скоростей, соответственно, забегающей и отстающей гусениц:
' 1 11 1 / и т + и д
Уз = кюдп = кюдп
1
V и т и д ч и т и д
' 1Л + — с
Уо = кюдп ч. = кюдп и т + ио
V и т и0 у V ити0
(10)
- I
где юдп - угловая скорость вала двигателя при повороте, с .
Средняя скорость (скорость центра масс машины) при повороте (рис. 3) равна
Уг
Уз + уо = к«дп
2
2
2 1 1 — + — + —
V и т
и з ио у
кю
дп
2
2и зи о + и ти о + и т и з
и т и зи о
(11)
Таким образом, сравнение скоростей упр (9) и ус (11) позволяет
определить относительный расчетный радиус поворота Рр.
В результате подстановки значения скоростей гусениц (10) в формулу относительного расчетного радиуса поворота Рр получаем
г
к
0.5
Рр =
/ \
1 1
-+-
ир\2 ир\Ъ
"12 с
икп
1
1
(12)
ир\2 ир\Ъ
где икп - передаточное число коробки передач; u'^c - внутреннее передаточное число суммирующего планетарного ряда; ир12, ир13 - передаточные числа понижающих передач привода солнечных зубчатых колес С ПР.
Согласно приведенной схеме (рис. 3) имеем
( 2
1 '
(
Рр
V3+VQ
Л
v уз - vo у
1 1 4
— + —
игп U3 и0
V
1 1
u3 и0
(13)
В результате сравнения выражений (11) и (13) определялось искомое значение
17лX03 ^04 зам |703 зам
\ Г Ьч^ Лх^о
( 17 0 зх =
Рис. 3. Графоаналитический метод определения скорости ВТГМ на повороте при известных скоростях гусениц (у2 и у^) и характеристиках СПР
рР
ксо
дп
1
vu3
J
М
кю
u0-u3
'дп
(14)
I u3u0 j
У механизмов передач и поворота передаточные числа к управляющим потокам забегающей и отстающей гусениц (и3 и и0) при расчетном радиусе постоянны и имеют предельное значение. Исходя из этого, при содп = С0д = const расчетный радиус, как видно, прямо пропорционален средней скорости машины при повороте.
Для того, чтобы связать относительный расчетный радиус поворота Rp
гДе В - ширина колеи ВТГМ) со скоростью прямолинейного
движения, воспользуемся зависимостью скоростей vc и vn (рис. 4) через кинематический фактор поворота qK, для этого воспользуемся подобием треугольников ОВС и OAD, откуда
Pp
V
пр
pP+qK
(15)
где vnp - скорость прямолинейного движения, м/с.
Рис. 4. Схема для определения величины кинематического фактора
в общем случае поворота ВТГМ
При этом кинематический фактор поворота, определяющий степень снижения скорости на повороте [4],
1
1
qK
upl3 upl2 up
1
1
upl3 upl2 126
(16)
где ир = ир12 = ир^з - передаточные числа регулирующей передачи при прямолинейном движении; при остановленном соответствующем солнечном зубчатом колесе, при повороте ир12 =¥ или ир^з =¥, соответственно, и р =¥ •
Следует иметь в виду, когда МПП работает в дифференциальном режиме (БМД-4М, ГМ-569), чк = 0, так как скорость ГМ на повороте не изменяется.
Подставлением значения ус из (13) в формулу (15) получена конечная зависимость Рр для общего случая поворота ВТГМ (см. рис. 2)
= Упр _ =_Упр
Рр Г Л Л Л Чк
кЮдп
1
V и з ио У
кЮдп
ио _ из V изио У
Чк •
(17)
Приведенная для общего случая формула (17) является результирующей теоретического исследования влияния скорости на радиус поворота с учетом значения чк.
Из этого следует сделать вывод, что при постоянном значении кинематического фактора поворота чк и при передаточных числах и з и ио, не зависящих от скорости прямолинейного движения, расчетный радиус поворота прямо пропорционален этой скорости. Этот факт дополнительно нагружает механика-водителя, обязанного каждый раз при изменении скорости поворота отслеживать степень изменения Р р и корректировать поворот.
Теоретическое исследование дало возможность оценить степень изменения расчетного радиуса на повороте и обосновать необходимость автономного регулирования положения наклонной шайбы гидронасоса ГОП (см. рис. 2). Для повышения точности преодоления ограниченных проездов и маневренности, в целом, а также для стабилизации управляемого движения в фазах входа и выхода из поворота, при которых изменяется момент сопротивления повороту, была разработана схема частичной автоматизации положения наклонной шайбы гидронасоса, определяющей интенсивность поворота, и разработана математическая модель этого процесса. Уравнения входа - выхода ВТГМ из поворота позволили связать конструкционные параметры системы стабилизации с параметрами управляемого движения.
На основе анализа схемы изменения положения наклонной шайбы гидронасоса ГОП при изменении момента сопротивления повороту ВТГМ разработана методика расчета характеристик гидронасоса и гидромотора ГОП. Была обоснована необходимость установки на выходе с гидромотора ГОП редук-
тора 27 (рис. 5) с переменными передаточными числами. Так, понижающая передача редуктора способствовала уменьшению давления рабочей жидкости в ГОП, а повышающая передача, в соответствии со схемой, приведенной на рис. 3, способствовала уменьшению радиуса поворота на высокой скорости.
Схема устройства приведена на рис. 5. При входе ВТГМ в поворот механик-водитель поворачивает рулевой штурвал (РШ) 34. При этом пороговый датчик усилия 33 измеряет приведенный от ведущих колес момент сопротивления повороту Мс и переключает распределители 35, 42 таким образом, что основной распределитель 36 соединяет насос 40 с одной полостью золотника 14; другая полость золотника соединяется с баком 15, - в результате происходит поворот наклонной шайбы изменяются подача рабочей жидкости и давление в гидронасосе ГОП (НШ) 4, - соответственно регулируется радиус поворота ВТГМ.
При выходе ВТГМ из поворота, сопровождаемом уменьшением усилия на рулевом штурвале 34, пороговый датчик 33 возвращает распределители 35, 42 в исходное положение (ИП), рабочая жидкость (РЖ) от гидронасоса 40 через регулятор расхода жидкости 41, связанный с датчиком скорости 44, подает жидкость в полость золотника 4. Из другой полости золотника 4 жидкость вытесняется в бак 38, - происходит возврат наклонной шайбы 22 гидронасоса ГОП 8 в нейтральное положение (НП) или в положение, соответствующее положению рулевого штурвала, с интенсивностью, пропорциональной скорости вращения наклонной шайбы и величине электромагнитного сигнала, воздействующего на дроссель 43.
Скорость возврата НШ определяется расходом РЖ через регулятор расхода 43. Эта скорость при выходе ВТГМ из поворота изменяется таким образом, что ее траектория движения представляет собой переходную кривую, геометрия которой соответствует радиусу основной кривой, на которой находилась машина в момент перехода в фазу стабилизации наклонной шайбы гидронасоса ГОП.
Как видно из принципиальных схем устройств, составляющих своеобразную частичную автоматизированную систему управления входом и выходом ВТГМ из поворота, исполнительный и, одновременно, подвергаемый регулированию элемент ЧАСУ представляет собой регулятор расхода жидкости. В качестве последнего используется двухкаскадный синхронизированный электрогидроусилитель, обеспечивающий преобразование электрического управляемого сигнала от датчиков, измеряющих угловую скорость поворота НШ 22 и, соответственно, продольной оси машины.
Электрическая схема системы регулирования скорости возврата НШ 22 в НП имеет блок отработки сигналов датчиков скорости, радиуса поворота и формирователь сигнала управления расходом жидкости - соответственно, компаратор и интегратор.
Рис. 5. Схема частично автоматизированной системы управления ВТГМ в задаче стабильной модуляции управления на криволинейных маршрутах: 1 - нуль-установитель; 2 - механизм управления; 3 - втулка; 4 - золотник; 5 - рычаг обратной связи; 6, 7 - редукционные клапаны; 8 - гидронасос;
9 - муфта; 10 - пополнительный бачок; 11 - лопастной насос;
12 - клапан фильтра; 13 - фильтр; 14 - перепускной клапан; 15 - радиатор; 16 - питающая установка; 17,18 - предохранительные клапаны; 19 - клапанная коробка; 20 - гидропривод; 21 - гидромотор;
22 - наклонная шайба (люлька насоса); 23 - плунжеры; 24 - исполнительный цилиндр; 25 - рычаг; 26 - валик управления; 27 - дополнительный редуктор; 28 - бортовые редукторы; 29 - бортовой насос; 30 - суммирующие планетарные ряды; 31 - коробка передач; 32 - датчик спидометра; 33 - пороговый датчик усилия; 34 - орган управления (рулевой штурвал); 35,42 - трёхлинейные двухпозиционные распределители; 36 - основной и вспомогательный четырехлинейные трехпозиционныераспределители; 37- датчик положения наклонной шайбы (люльки насоса); 38 - бак; 39 - предохранительный клапан;
40 - насос; 41 - регулятор расхода; 43 - регулятор расхода;
44 - датчик скорости
Выводы
1. Сформулирована проблема необходимости оценки влияния скорости на параметры поворота: радиус поворота, угловую скорость и угловое ускорение.
2. В исследовании обоснована необходимость частичной автоматизации управления и предложен способ её реализации.
129
3. Решена важная задача повышения маневренности ВТГМ за счет частичной автоматизированной системы управления, которая способствует улучшению эргономических качеств машин, как объекта управления и одновременно позволяет механикам-водителям больше внимания уделять наблюдению за дорогой, местностью, местными объектами в соответствии с задачами, выполняемыми с использованием данных машин.
Список литературы
1. ГОСТ 31507-2012. Управляемость и устойчивость автотранспортных средств. Технические требования. Методы испытаний. Введ. 2013-09-01. М.: Стандартинформ, 2013. 41 с.
2. ОСТ 37.001.487-89. Управляемость и устойчивость автотранспортных средств. Общие технические требования. Введ. 1989-10-01. М.: Изд-во стандартов, 1989. 8 с.
3. ОТТ 9.1.2-2002. Система общих технических требований к видам вооружения и военной техники. Военная автомобильная техника. Машины гусеничные военные. Транспортеры-тягачи. Общие технические требования. Введ. 2002-09-01. Бронницы, 21 НИИИ МО РФ. 2002. 54 с.
4. Васильченков В.Ф. Военная автомобильная техника. Теория эксплуатационных свойств: учебник. Рязань: ОАО «Тигель», 2004. 432 с.
Фомин Александр Юрьевич, адъюнкт, sachafomin@,mail.ru, Россия, Рязань, Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище имени генерала армии В.Ф. Маргелова,
Васильченков Василий Фёдорович, д-р техн. наук, проф., sachafomin@,mail.ru, Россия, Рязань, Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище имени генерала армии В. Ф. Маргелова
THE WAY TO INCREASE A HIGH MOBILITY TRACKED TRANSPORT CARRIER. 'S
MANOEUVRABILITY
A.J. Fomin, V.P. Vasilchenkov
Specific peculiarities of BMD steering are confirmed by theoretical investigation of movement speed, gearbox and steering gear construction's influence to estimation criterions of control carrier movement in solving the task tracked carrier mobility increasing. Suggestions to improve the tests methods and ways to improve BMD-4M manoeuvrability are given.
Key words: manoeuvrability, high mobility tracked transport carrier, partly automated steering system calculated turning radiuses.
Fomin Alexander Juryevich, adjunct, sachafomin@,mail. ru, Russia, Ryazan, Ryazan Higher Airborne Troop Command School named after general of the army V.F. Margelov,
Vasilchenkov Vasiley Phedorovich, doctor of technical sciences, professor, sachafo-min@mail.ru, Russia, Ryazan, Ryazan Higher Airborne Troop Command School named after general of the army V.F. Margelov
УДК 623.438
НАПРАВЛЕНИЕ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СТРЕЛЬБЫ
КОМПЛЕКСА ВООРУЖЕНИЯ НА БАЗЕ ДВУХЗВЕННОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ В УСЛОВИЯХ АРКТИКИ
С.В. Демихов, А. А. Клюшин
Обоснована необходимость применения двухзвенных гусеничных машин в качестве подвижных платформ под зенитное ракетно-пушечное вооружение в условиях Арктики. Предложено направление повышения эффективности стрельбы при движении по неровной опорной поверхности за счет стабилизации платформы путем блокирования межзвенной связи двухзвенной гусеничной машины.
Ключевые слова: двухзвенная гусеничная машина, арктические условия, комплекс вооружения, эффективность стрельбы, блокирование межзвенной связи.
Усиление военного влияния в Арктическом регионе является одной из главных задач на современном этапе военного строительства Вооруженных сил Российской Федерации вследствие возрастающей активности ряда стран блока НАТО, представители руководства которых все настойчивее заявляют о своих намерениях на обязательное присутствие в Арктической зоне.
В этих условиях вопросы создания, развития и совершенствования состава и структуры межвидовой группировки Российских войск, а также средств и способов вооруженной борьбы в условиях Арктики и Крайнего Севера, являются чрезвычайно актуальными [1].
При формировании современной концепции боевого применения частей и соединений Вооруженных сил Российской Федерации необходимо учитывать, что основу современной доктрины ведения боевых действий стран блока НАТО составляют принципы обнаружения объектов поражения и последующего массированного удара по ним высокоточным оружием.
Основным средством поражения являются крылатые ракеты «Томагавк», запускаемые с надводных кораблей, подводных лодок, стратегических бомбардировщиков и наземных пусковых установок.
131
