CC BY
21
УДК 621.113:629.331 е. С. ТЕРЕЩЕНКО
И. А. МУРОГ Д. Ю. ФАДЕЕВ Д. В. ШАБАЛИН
Омский филиал Военной академии материально-технического обеспечения
Правительство Челябинской области
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПОДВИЖНОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ МНОГОЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА РАЗЛИЧНЫХ
ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЯХ______________________________
На основе имитационного моделирования исследованы и обоснованы технические решения по совершенствованию распределения мощности между ведущими колесами автомобилей многоцелевого назначения посредством механической трансмиссии, реализующие: рациональное распределении мощности между ведущими мостами; метод периодически отключаемого полного привода; метод управления буксованием ведущих колес путем приложения тормозного момента и (или) уменьшения подачи топлива; метод блокирования межколесных и межосевых связей.
Ключевые слова: трансмиссия, автомобиль многоцелевого назначения, дифференциал, передаточное отношение.
Основными направлениями модернизации трансмиссии перспективных автомобилей многоцелевого назначения являются [1]:
— полный привод с рациональным значением передаточного отношения межосевого дифференциала;
— реализация возможности периодического отключения части ведущих мостов при движении в хороших дорожных условиях;
— управление буксованием ведущих колес путем уменьшения подачи топлива или приложения тормозного момента к буксующему колесу;
— обеспечение в процессе движения возможности переключения передач в раздаточной коробке;
— обеспечение в процессе движения блокирования дифференциалов и компенсации кинематического несоответствия путем регулирования давления воздуха в шинах.
Разработаны зависимости для определения дополнительных затрат мощности вследствие неравномерного распределения сил тяги по ведущим колесам, возникающие при движении автомобилей многоцелевого назначения с межосевым дифференциалом [1].
Автомобили многоцелевого назначения типа 4Х4:
N
доп.4-4
= !■-
2. Р - - Ц-^- {1)-Ь - цМ) +
2 а (ц +1)3 12 Ц 1
{/д'Сд - Ц-^1- ^ )
(ц +1)2 ■
(2)
(1)
Автомобили многоцелевого назначения типа 6 Х 6: (4 -Са - Ц- )
Nдоп.6-6 У ■ 2 ■
(ц+1)3
{/д'Сд - Ц^2Г /1)
'■{2 - ц2 ■ 1) -
(3)
(2)
(ц+1)2
Автомобили многоцелевого назначения типа 8 Х8
X т ш
Nдоп.8-8 =Г -■
' р {Гд-Сд - Ц■RZ1■ /1 ) (2 - Ц2 ) +
2 Ра (ц+1)3 I2 Ц 2+
(/д'Сд - Ц^г1 ■ /1 )
(ц +1)2
(4)
(3)
Автомобили многоцелевого назначения типа 10Х10:
\Т
Ngоn.10■10 Т 6
Р ■{/д'Сд - Ц'^г /|) ■ (з - ЦМ)+
2 р (ц +1)3 I3 Ц V+
{/д-Сд - Ц ^Г /1) {5)
{" + 1)5---------(5)
(4)
При движении по твердым опорным поверхностям эти потери мощности могут достигать 3...8 % от общей мощности, необходимой для движения автомобиля многоцелевого назначения. Имеется зона
ю
2
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
Рис. 1 Оценка скоростных свойств автомобилей многоцелевого назначения с различными передаточными отношениями межосевого дифференциала
минимума потерь мощности, которая обеспечивается оптимизацией передаточного отношения межосе-вого дифференциала.
Так как создать механический дифференциальный механизм с автоматическим изменением передаточного отношения на сегодняшний день невозможно, то снизить потери мощности и повысить тягово-скоростные свойства автомобилей многоцелевого назначения можно, применив в межосевом приводе дифференциальный механизм с рациональным передаточным отношением [2].
Методика создания дифференциального механизма с рациональным передаточным отношением включает в себя:
— сбор статистической информации об условиях движения и нагружения автомобиля многоцелевого назначения;
— определение передаточного отношения меж-осевого дифференциала в конкретных дорожных условиях с конкретной нагрузкой.
При выполнении научно-исследовательских работ получены зависимости для определения передаточного отношения межосевого дифференциала, обеспечивающего минимальные потери мощности в заданных условиях движения [2]:
Автомобили многоцелевого назначения типа 4Х4:
и
мод.6-6
Ра • -«1 • /1 + 3 • Рд • /д • Сд + 2 ' -«1 ' Ра ' /д ' Сд + 3 • Рд ' -«1 ' /1 + 2 • '
• / • д • Сд + 2 • /д • с2
(5)
• ^ + 2 • Я* • /і • Їд ^ С,
Автомобили многоцелевого назначения типа 6 Х6:
и
мод44
і
(Р • / • с +
1 а 1а а 1
+ 3 • Рд • ^1 • /1 +
+з • -1 • /і2 +
+ 3 • Яд • / • Ъд • Сду
Г" 4 • Ра • -1 • /і + +3 • 42 • С +
+3 • -21 • /і2
(6)
(40-р • -21 • /і2 + 96- Рд • -і • /і • д • сд +'
+ 64 Р • -1 • /і • /д • Сд + 48^ -31 • /і3 • Рд +
+9 • /4 • С+24 /3 • С3 • Рд +
+54 -і • /і2 • /д2 • сд + 28^ р2 • д • с2 +
+ 120- Рд • -21 • /і2 • /д • Сд + 9 • -1 • /і4 +
+ 36^ -1 • /і3 • /д • Сд + 36^ /д3 • ^ ^ • /і
Автомобили многоцелевого назначения типа 8 Х8:
и
мод.8-8
(Ра • -«1 • /1 + 3 • Рд • / д ' С д + 2 • -«1 • Ра ' /д ' Сд + 3 • Рд ' -«1 ' /1 + 2 • '
• /і • 4 • Сд + 2 • /2 • Сд2)
• /і2 + 2 • -і • /і • /д • Сд
(7)
им
мод1010 '
1
(2^ Ра • /д • Сд + А
+6 • Рд • — • /1 +
+5^ -1 • /і2 +
+5 — • /1 • /д • Сду
Г"6^ Ра • -«1 • /і +' +5 • /2 • сд +
+5 •
-1 • /і2
(108 Р • -21 • /2 +280 Рд • -1 • /і • /2 • сд + ^ +192- Р2 • -1 • /і • /д • Сд +120 -31 • /3 • Рд +
+25 /4 • С4 + 80 /3 • С3 • Рд +
+150 -2 • /і2 • /2 • сд + 88^ р2 • /2 • с +
+320 Рд • -Зі • /2 • /д • С + 25 -4і • /і4 +
(8)
+100 -31 • /3 • /д • Сд +100 /3 • С3 • -1 • /і
Для определения рационального передаточного отношения межосевого дифференциала, соответствующего математическому ожиданию для всей совокупности вероятных условий эксплуатации применительно к различным дорожным условиям и видам оборудования, обеспечивающего требуемый уровень производительности и проходимости автомобилей многоцелевого назначения, получена зависимость:
(
1 5 5 IР
IР/ у=1 у =1
л
I Р/
•I Р/
(9)
Автомобили многоцелевого назначения типа 10Х10:
где р1 — вероятность движения автомобиля многоцелевого назначения в 1-х дорожных условиях; р. — вероятность монтажа на автомобиле многоцелевого назначения /-го типа оборудования; т .. — матема-
■1 | ' имоду
тическое ожидание рационального передаточного отношения межосевого дифференциала в і-х дорожных условиях с у-м типом оборудования; п — число разновидностей дорожных условий; в — число разновидностей оборудования, монтируемого на автомобиле многоцелевого назначения.
При проведении научно-исследовательских работ на основании разработанной методики найдены следующие передаточные отношения межосевых дифференциалов автомобилей многоцелевого назначения: УАЗ-3151 (4Х4) — 1,2; ГАЗ-3308 (4Х4) —1,3; ЗИЛ-131 (6Х6) — 2,4; КАМАЗ типа 4Х4 — 1,3; КАМАЗ типа 6Х6 — 2,8; КАМАЗ типа 8Х8 — 1,2.
Для оценки эффективности применения предлагаемых решений проводилось имитационное моделирование движения автомобилей многоцелевого назначения по типовому маршруту с серийной трансмиссией, автомобилей многоцелевого назначения с рекомендованным передаточным отношением меж-осевого дифференциала. Моделирование показывает, что оснащение автомобилей многоцелевого назначения межосевым дифференциалом с рекомендованным передаточным отношением, позволяет повысить на 5...9 % среднюю скорость движения по твердым опорным поверхностям и снизить на 6.8 % расход топлива по сравнению с серийным автомобилями многоцелевого назначения (рис. 1) [3].
+
+4^Р • / • С +
1 ^ 1а 1а а 1
+
1
и
т
і=і
і=і
+
+ 2 Рд • /д • Сд +
+
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
Рис. 2. Сравнительная оценка скоростных свойств автомобилей многоцелевого назначения с различными методами распределения мощности
Результаты научно-исследовательской работы подтверждают целесообразность и эффективность отключения части ведущих мостов автомобиля многоцелевого назначения. Граничным условием включения ведущего моста в работу является превышение суммы потерь мощности в л-ведущих мостах и на проскальзывание 2л - работающих колес над суммой потерь мощности в (л+1)-ведущих мостах и на проскальзывание 2(л+ 1)-работающих колес:
N + N < N + N
1У трп букс2п — 1У тр{п +1) т букс'Цп+1) .
(10)
Дополнительным условием является отключение ведущего моста у раздаточной коробки и у ведущих колес. Для определения закона управления включением в работу ведущего моста в качестве информационной переменной предложено использовать значение коэффициента буксования ведущих колес. Граничное значение буксования может быть определено из следующего выражения:
Рг,
•100. (11)
На основе выражения (10) определены режимы целесообразного включения переднего моста автомобилей многоцелевого назначения типа 4 Х4 (Урал-43206), 6 Х 6 (Урал-4320-31) 8Х8 (Урла-5323-01). В ходе моделирования установлено, что включение в работу переднего моста целесообразно при движении с буксованием более 3 %.
В работе проведено экспериментальное исследование топливной экономичности АМН типа 4Х4 (Урал-43206), типа 6Х6 (Урал-4320-31), и типа 8Х8 (Урал-532301) с имитацией максимальной нагрузки (4, 6 и 10 т соответственно) при движении по асфальтированной дороге с полным приводом и отключенными передними мостами. Результаты экспериментального исследования показали, что при своевременном переходе от полноприводной схемы к неполноприводной и отключении потока мощности в двух точках, снижение расхода топлива составляет 5.7 %. Причем увеличение скорости движения приводит к увеличению экономической эффективности отключения передних мостов, что связано с увеличением гидравлических потерь в ведущем мосту при увеличении скорости движения.
Для обеспечения возможности блокирования межосевых и (или) межколесных дифференциалов в процессе движения автомобиля многоцелевого назначения в работе предложен метод предварительного выравнивания угловых скоростей буксующих колес путем приложения тормозного момента к буксующим колесам и (или) уменьшения подачи топлива. В связи с этим предложены конструкции систем управления блокировкой межосевого и межколес-ного дифференциалов.
Существенное влияние на эффективность блокирования межколесных и межосевых связей оказывает наличие кинематического несоответствия между мостами автомобиля многоцелевого назначения, при этом одной из основных причин кинематического несоответствия при прямолинейном движении автомобиля многоцелевого назначения является различие в радиусах качения его колес. В исследованиях, выполненных в НАМИ и 21 НИИИ МО РФ, установлена дробно-линейная (гиперболическая) зависимость радиуса колеса от давления воздуха в шинах. Следовательно, кинематическое несоответствие, возникающее при прямолинейном движении
между ведущими мостами автомобиля многоцелевого назначения, можно устранить путем изменения давления воздуха в шинах. Таким образом, для обеспечения требуемой подвижности автомобиля многоцелевого назначения при движении в сложных дорожных условиях в систему управления блокированием дифференциалов необходимо интегрировать систему регулирования давления воздуха в шинах (СРДВШ).
Для корректировки кинематического несоответствия необходимо существенное повышение быстродействия СРДВШ. В работе показано, что наиболее эффективным способом повышения быстродействия в зоне низких давлений воздуха (ниже 0,15 МПа) является применение корректирующих устройств эжекторного типа.
Оснащение автомобилей многоцелевого назначения предложенными средствами введения и корректировки параметров блокированной связи позволяет повысить на 6.8 % среднюю скорость движения по размокшим грунтовым дорогам и бездорожью и снизить на 10.15 % расход топлива по сравнению с серийным автомобилями многоцелевого назначения. В целом рациональное передаточное отношение меж-осевого дифференциала в комплексе с блокированием межколесных и межосевых связей позволяет повысить на 6.10 % среднюю скорость движения и снизить на 5.10 % расход топлива (рис. 2).
Выводы. На основе имитационного моделирования исследованы и обоснованы технические решения по совершенствованию распределения мощности между ведущими колесами автомобилей многоцелевого назначения посредством механической трансмиссии, реализующие: рациональное распределении мощности между ведущими мостами; метод периодически отключаемого полного привода; метод управления буксованием ведущих колес путем приложения тормозного момента и (или) уменьшения подачи топлива; метод блокирования межколесных и межосевых связей.
Имитационное моделирование показало, что оснащение автомобилей многоцелевого назначения межосевым дифференциалом с рекомендованным передаточным отношением позволяет повысить на 5.9 % среднюю скорость движения по твердым опорным поверхностям и снизить на 6.8% расход топлива по сравнению с серийным автомобилем многоцелевого назначения.
Экспериментальное исследование топливной экономичности автомобилей многоцелевого назначения показало, что при равномерном движении по асфальтобетонному шоссе без значительных дополнительных сил сопротивления движению (разгона, подъема, буксирования) автомобили с отключенными передними мостами имеют лучшие показатели топливной экономичности. Снижение расхода топлива составляет при переходе от полноприводной схемы к неполноприводной 5.7 %. Причем увеличение скорости движения приводит к увеличению экономической эффективности отключения передних мостов, что связано с увеличением гидравлических потерь в ведущем мосту при увеличении скорости движения.
Для обеспечения возможности блокирования межосевых и (или) межколесных дифференциалов в процессе движения автомобилей многоцелевого назначения предложен метод предварительного выравнивания угловых скоростей буксующих колес путем приложения тормозного момента к буксующим колесам и (или) уменьшения подачи топлива и разработаны средства его реализации.
8
1і,п
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
Оснащение автомобилей многоцелевого назначения предложенными средствами блокирования силового привода и корректировки кинематического несоответствия позволяет повысить на 6.8 % среднюю скорость движения по грунтовым дорогам и бездорожью и снизить на 10.15 % расход топлива по сравнению с серийным автомобилем многоцелевого назначения.
Библиографический список
1. Мурог, И. А. Принципы и методы распределения мощности между ведущими колесами полноприводных армейских автомобилей / И. А. Мурог, А. В. Келлер. — Челябинск, 2009 — 218 с.
2. Особенности теории и конструирования полноприводных автотранспортных средств с «интеллектуальными» трансмиссиями / И. А. Плиев [и др.]. — М. : Изд-во ФГУП «НАМИ», 2012. - 158 с.
3. Мурог, И. А. Методика оптимизации распределения мощности в трансмиссиях автомобилей многоцелевого назначения / И. А. Мурог, А. В. Келлер, А. Н. Торопов // Многоцелевые гусеничные и колесные машины: актуальные проблемы пути их решения : материалы Междунар. науч.-техн.
конф., посвящ. 100-летию со дня рождения М. Ф. Балжи ; ЮУрГУ. - Челябинск, 2008. - С. 79-85.
ТЕРЕЩЕНКО Евгений Сергеевич, кандидат технических наук, преподаватель кафедры двигателей Омского филиала Военной академии материальнотехнического обеспечения (ОФВАМТО).
Адрес для переписки: [email protected] МУРОГ Игорь Александрович, кандидат технических наук, профессор (Россия), заместитель губернатора Челябинской области.
Адрес для переписки: [email protected] ФАДЕЕВ Дмитрий Юрьевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры двигателей ОФВАМТО.
Адрес для переписки: сіітаї [email protected] ШАБАЛИН Денис Викторович, кандидат технических наук, преподаватель кафедры двигателей ОФВАМТО.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 15.02.2013 г.
© Е. С. Терещенко, И. А. Мурог, Д. Ю. Фадеев, Д. В. Шабалин
УДК 621.113:629.331 е. С. ТЕРЕЩЕНКО
И. А. МУРОГ Д. Ю. ФАДЕЕВ Д. В. ШАБАЛИН
Омский филиал Военной академии материально-технического обеспечения
Правительство Челябинской области
К ВОПРОСУ
О ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ МНОГОЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ______________________________________
В статье представлены результаты исследования и обоснованы технические решения по устранению недостатков рулевого управления автомобилей многоцелевого назначения, а также представлена зависимость требуемого угла наклона силовой статической характеристики рулевого управления от момента сопротивления повороту управляемых колес.
Ключевые слова: рулевое управление, автомобиль многоцелевого назначения, рулевой усилитель, угол поворота.
Годовое производство полноприводных автомобилей с 90-х годов сократилось в 2,73 раза. Данный факт в сочетании с стабилизацией численности грузового автомобильного парка предопределяет соответствующее снижение темпа его обновления. В результате этого в парке полноприводной автомобильной техники преобладают автомобили со сроками службы более 10 лет, что обуславливает существенный физический износ парка. Вместе с тем доля
автомобилей новых марок (со сроками службы до 5 лет) недопустимо мала (16 % от общей численности парка полноприводной автомобильной техники). Это характеризует значительный моральный износ парка полноприводной техники. Таким образом, можно сделать вывод, что парк полноприводной автомобильной техники имеет значительный физический и моральный износ и нуждается в среднесрочной перспективе в значительном обновлении. При этом
