Анализ влияния характеристик подвески и шин на нагруженность колес автомобиля при движении по стерневому фону

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ влияния характеристик подвески и шин на нагруженность колес автомобиля при движении по стерневому фону

Оберемок Виктор Алексеевич

Существующие расчетные режимы нагружения колёс автомобилей определяются для условий, максимально приближенных к дорожным условиям эксплуатации и отражены в существующих стандартах. Однако эти стандарты нельзя применять для оценки функциональных качеств систем подрессоривания автомобилей, эксплуатирующихся в условиях сельскохозяйственного производства. Малый шаг неровностей, изменение упругодемпфирующих характеристик под действием эксплуатационных факторов приводят к возникновению нерасчётных режимов движения. Целью настоящей работы являлось исследование нагруженности колёс автомобиля при движении по стерне зерновых колосовых. С целью получения характеристик неровностей, воздействующих на колеса автомобиля, была произведена запись сглаженного микропрофиля поля, получены статистические показатели, нормированная автокорреляционная функция, спектральная плотность воздействия микропрофиля. Для проведения исследований была принята известная математическая модель системы «автомобиль-дорога». Исследовано влияние скорости движения, нормальной жесткости рессор и шин, коэффициентов демпфирования подвески и шин на вертикальные колебания и нагруженность колес передней и задней осей автомобиля. Выполненные исследования показали, что движение автомобиля сопровождается колебаниями показателей нагруженности ходовой системы с явно выраженными периодическими составляющими. Изменение коэффициента демпфирования пассивной подвески и шин в возможных пределах не оказывает существенного влияния на нагруженность колёс. Установлены значения нормальных жесткостей рессор передней и задней осей автомобиля, нормальной жёсткости шин, при которых динамическая нагрузка на колёса автомобиля минимальна

Ключевые слова: пассивная подвеска, возмущающее воздействие, микропрофиль, амплитуда колебаний, нормальная жёсткость, коэффициент демпфирования

В настоящее время на отечественных автотранспортных средствах (АТС) применяются пассивные подвески, характеристики которых в процессе эксплуатации не регулируются.

Это объясняется простотой их конструкции, относительно высокой надёжностью, низкой стоимостью. Вопросы повышения виброзащитных свойств подвески автотранспортных средств отражены в работах многих отечественных и зарубежных учёных: Горелика, А.Д., А.С. Дъякова, В.В. Новикова, Р.В. Ротенберга, А.А. Хачатурова, Н.Н. Яценко, А.В. Поздеева, В.В. Щеховцова, М.Беккера, И. Раймпеля и др.

Несмотря на усилия учёных и производителей АТС с пассивными подвесками, проблема повышения их плавности хода до уровней действующих норм до сих пор не решена.

Это обусловлено рядом причин. Во-первых, при проектировании таких подвесок приходится сталкиваться с рядом проблем, главная из которых заключается в конфликте требований к подвеске в отношении плавности хода, управляемости и устойчивости движения. С одной стороны, для увеличения плавности хода подвеска должна иметь «мягкие» настройки, а с другой - настройки должны быть достаточно «жесткими», чтобы обеспечить хорошие управляемость и устойчивость.

Следующая проблема состоит в том, что условиям движения автотранспортных средств (таким как дорожное покрытие, режим движения) свойственно изменяться. Поэтому для АТС характеристики пассивной системы подрессоривания приходится выбирать, исходя из его назначения и среднестатистических условий эксплуатации. В итоге такая подвеска, оптимизированная применительно ко всему диапазону условий эксплуатации, оказывается неоптимальной в каждой из конкретных дорожных ситуаций.

Существующие расчетные режимы нагружения колёс автомобилей определяются для условий, максимально приближенных к дорожным условиям эксплуатации и отражены в существующих стандартах. Однако эти стандарты нельзя применять для оценки функциональных качеств систем подрессоривания автомобилей, эксплуатирующихся в условиях сельскохозяйственного производства, значительно отличающихся от стандартных. Малый шаг неровностей, изменение упругодемпфирующих характеристик под действием эксплуатационных факторов могут привести к возникновению нерасчётных режимов движения, приводящих к увеличению динамической нагрузки на колёса и элементы системы подрессоривания.

Следует отметить и зависимость характера возмущающего воздействия от распределения напряжений в контакте колеса с опорной поверхностью, реологических свойств опорного основания [1], а также упругих и демпфирующих свойств шины, которые также не являются величиной постоянной [2].

Однако работы по исследованию нагруженности колёс автомобиля при эксплуатации в условиях сельскохозяйственного производства практически не проводились. автомобиль микропрофиль нагруженность колесо

Целью настоящей работы являлось исследование нагруженности колёс автомобиля при движении по стерне зерновых колосовых.

Для проведения исследований была принята известная математическая модель системы «автомобиль-дорога» [3].

Для получения характеристик неровностей, воздействующих на передние и задние колеса автомобиля, была произведена запись сглаженного микропрофиля поля после уборки зерновых колосовых. Для записи сглаженного микропрофиля стерни колосовых использовалось специальное оборудование на базе трактора МТЗ-80. Запись требуемых параметров осуществлялась при помощи осциллографа К-12-22.

Обработка осциллограмм производилась по методике, предложенной А.А. Силаевым.

В результате обработки осциллограмм были получены статистические показатели микропрофиля (таблица 1), нормированная автокорреляционная функция, спектральная плотность воздействия микропрофиля.

Таблица 1 - Показатели микропрофиля поля.

Для решения математической модели использовался численный метод интегрирования Рунге-Кутта четвёртого порядка. Значения постоянных коэффициентов уравнения рассчитаны на основании данных различных исследований и экспериментальных данных.

Результаты проведенных исследований приведены на рисунках 1 - 6.

Результаты исследований показывают, что движение автомобиля сопровождается колебаниями показателей нагруженности ходовой системы с явно выраженными периодическими составляющими. Преобладающими частотами, на которых приходится максимальная амплитуда колебаний неподрессоренных масс и максимальные нагрузки на колёса, являются 8,8 рад/с и 16,4 рад/с.

Рисунок 1 - Зависимость максимальной нагрузки на передний (1) и задний (2) мост от скорости движения.

Рисунок 2 - Зависимость амплитуды колебаний переднего (1) и заднего (2) моста автомобиля от скорости движения

Рисунок 3 - Зависимость максимальной нагрузки на задний мост

от нормальной жесткости рессор.

Рисунок 4 - Зависимость максимальной нагрузки на задний мост от радиальной жесткости шин

Рисунок 5 - Зависимость максимальной нагрузки (1), амплитуды колебаний (2) переднего моста и угловых колебаний (3) автомобиля от нормальной жесткости рессор

Рисунок 6 - Зависимость максимальной нагрузки (1) и амплитуды колебаний (2) переднего моста от радиальной жесткости шин

Пик максимальной нагрузки на передний мост наблюдается при скорости движения V =20 км/ч (рисунок 1), на задний мост - при скорости движения V = 28км/ч, что соответствует частотам внешних воздействий соответственно 9,7 рад/с и 13,6 рад/с. Пиковые значения нормальной нагрузки на передний и задний мосты превышают статическую нагрузку в 3,8…5,9 раз.

С увеличением скорости движения и удаления от резонансных частот динамическая нагрузка на мосты снижается. При скорости движения свыше 36 км/ч интенсивность снижения нормальной нагрузки резко снижается. При этом динамическая нагруженность колёс, особенно заднего моста, остаётся достаточно высокой.

Аналогичный вид имеют и кривые амплитуды колебаний переднего и заднего (рисунок 2) мостов. Однако кривая амплитуды колебаний переднего мота имеет точку минимума при скорости движения 28 км/ч (щ=13,6 рад/с). С увеличением скорости движения амплитуда колебаний переднего моста увеличивается, вызывая увеличение угловых колебаний автомобиля относительно поперечной оси.

С целью определения оптимальных упруго - демпфирующих характеристик было исследовано влияние жесткости подвески и шин на амплитуду колебаний неподрессоренных масс и динамическую нагруженность колёс передней и задней осей при скорости движения автомобиля 20 км/ч.

Проведённые исследования показали, что с увеличением жесткости рессор динамическая нагруженность задних колёс снижается (рисунок 3).

Это объясняется повышением собственной частоты колебаний автомобиля и удалением от резонансных частот. С увеличением жесткости задних рессор 5,5•10⁵ до 6,5•10⁵ Н/м величина динамической нагрузки снижается на 13,8%. При дальнейшем увеличении жесткости задних рессор величина динамической нагрузки практически остаётся постоянной. Аналогичный характер протекания кривой нагрузки на задний мост от нормальной жесткости шин (рисунок 4). При увеличение радиальной жесткости шин заднего моста с 12•10⁵ до 17•10⁵Н/м динамическая нагрузка на задний мост снижается на 16,7%. При дальнейшем увеличении радиальной жесткости шин динамическая нагрузка на задний мост остаётся практически постоянной.

Влияние жесткости рессор передней подвески на нагруженность передних колёс неоднозначно. Максимальная динамическая нагруженность колес передней оси наблюдается при жесткости передних рессор С_Р1 = 3,6•10⁵ Н/м. С увеличением жесткости передних рессор нагрузка на передний мост снижается (рисунок 5). При увеличении жесткости свыше 5•10⁵ Н/м снижение нагрузки замедляется, и она остаётся практически постоянной.

С уменьшением жесткости рессор ниже 3,6•10⁵ Н/м нагрузка на передний мост снижается. Однако при жесткости рессор 2,8•10⁵…3,2•10⁵ Н/м увеличиваются угловые колебания подрессоренных масс относительно поперечной оси (рисунок 5), ухудшающие плавность хода. Поэтому оптимальной следует считать жесткость передних рессор в диапазоне 2,2•10⁵…2,6•10⁵ Н/м.

Аналогично влияние на нагруженность переднего моста и радиальной жесткости шин передних колёс. Максимальная нагрузка на передний мост наблюдается при жесткости шин передних колёс С_Ш1 = 6,5•10⁵ Н/м (рисунок 6). С увеличением жесткости нагрузка на передний мост снижается. Так, увеличение жесткости шин передних колёс с с 6,5•10⁵ до 9,0•10⁵ Н/м позволит снизить нагрузку на передние колёса на 20,8%.

Аналогичен и характер протекания кривых амплитуды колебаний (рисунок 6) неподрессоренных масс переднего моста от нормальной жесткости шин и рессор.

Проведённые исследования показали, что изменение демпфирующих свойств пассивной подвески и шин в возможных пределах не оказывает существенного влияния на нагруженность колёс. Так изменение сопротивления амортизаторов передних и задних мостов на 40…50% приводит к уменьшению нагрузки на передний мост на 4…6%. Изменение сопротивления шин в этом диапазоне приводит к уменьшению динамической нагрузки на 3…5%. Для уменьшения динамической нагрузки на колёса автомобиля при движении по стерне зерновых колосовых необходимо увеличение сопротивления амортизаторов в 2…3 раза, что требует применения систем регулирования.

Список литературы

1. Носов, С.В. Моделирование системы дорога-трактор-водитель с учетом сглаживания шиной микропрофиля опорного основания/ С.В. Носов, Ю.Ю. Киндюхин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2009, №10. с.12-15.

2. Оберемок, В.А. Влияние условий эксплуатации на функциональные характеристики элементов подвески автомобиля/ В.А. Оберемок, А.М. Аванесян// Совершенствование конструкции и повышение эффективности эксплуатации колёсных и гусеничных машин в АПК: междунар. сборник науч. трудов - Зерноград: Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет», 2014. - С.116…124.

3. Аванесян А.М. Исследование нагруженности колёс автомобиля при движении по стерне зерновых колосовых/А.М. Аванесян, В.А. Оберемок//Техническое и кадровое обеспечение инновационных технологий в сельском хозяйстве: матер. междунар. научно-практ. конф., Ч1. - Минск, БГАТУ, 2014. С.129-130.

References

1. Nosov, S.V. Modelirovanie sistemy doroga-traktor-voditel' s uchetom sglazhivanija shinoj mikroprofilja opornogo osnovanija (Modelling of system road-tractor-driver in view of smoothing by the trunk of a microstructure of the basic basis), S.V. Nosov, Ju.Ju. Kindjuhin, Traktory i sel'skohozjajstvennye mashiny, 2009, No 10, pp.12-15.

2. Oberemok, V.A. Vlijanie uslovij jekspluatacii na funkcional'nye harakteristiki jelementov podveski avtomobilja (Influence of operating conditions on functional characteristics of elements of a suspension bracket of the car), V.A. Oberemok, A.M. Avanesjan, Sovershenstvovanie konstrukcii i povyshenie jeffektivnosti jekspluatacii koljosnyh i gusenichnyh mashin v APK: mezhdunar. sbornik nauch. Trudov, Zernograd: Azovo-Chernomorskij inzhenernyj institut FGBOU VPO «Donskoj gosudarstvennyj agrarnyj universitet», 2014, pp.116…124.

3. Avanesjan A.M. Issledovanie nagruzhennosti koljos avtomobilja pri dvizhenii po sterne zernovyh kolosovyh (Research of a load of wheels of the car at movement after grain grains), A.M. Avanesjan, V.A. Oberemok, Tehnicheskoe i kadrovoe obespechenie innovacionnyh tehnologij v sel'skom hozjajstve: mater. mezhdunar. nauchno-prakt. konf., Ch1, Minsk, BGATU, 2014, pp.129-130.

Размещено на Allbest.ru