Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса и постановка задач исследования 14
1.1. Дорожно-грунтовые поверхности, используемые для движения горных транспортно-технологических машин 14
1.2. Сопротивление качению машины 17
1.3. Сцепление движителя с грунтом 23
1.4. Микро - и макропрофиль поверхности движения 28
1.5. Движители горных транспортно-технологических машин. Взаимодействие колеса с опорной поверхностью движения 33
1.6. Привод и трансмиссия горных транспортно-технологических машин 37
1.6.1. Параметры, структура и характеристики привода 37
1.6.2. Трансмиссии, основные параметры, схемы 39
1.6.3. Дифференциалы колесных машин 42
1.6.3.1. Кинематические и динамические характеристики дифференциалов 42
1.6.3.2. Блокирующие свойства дифференциалов 46
1.6.3.3. Влияние схемы привода к ведущим колесам на тяговые свойства колесных машин 49
1.6.4. Противобуксовочные системы 56
1.7. Тормозное управление горных транспортно-технологических машин 62
1.7.1. Принципиальные схемы тормозных механизмов 68
1.7.2. Привод рабочих тормозных систем 69
1.7.3. Регуляторы тормозных сил 70
1.7.4. Противоблокировочные системы 73
Выводы и задачи исследования 77
ГЛАВА 2 Колесный движитель с изменяемым углом наклона плоскости колеса к оси вращения ...80
2.1. Кинематика движителя 81
2.2. Силы, действующие в системе движитель-грунт 85
2.3. Поверхность контакта движителя с грунтом, процесс колееобразования 88
2.4. Аналитическое рассмотрение взаимодействия пневматического колеса с деформируемым грунтом 91
2.5. Численный анализ тяговых характеристик наклоненного колеса с пневматической шиной 98
2.6. Аналитическое рассмотрение взаимодействия наклоненного колеса с жесткой недеформируемой колеей 114
2.7. Взаимодействие движителя с водой 120
Выводы 125
ГЛАВА 3 Устойчивость движения колесной машины по плоской опорной поверхности 127
3.1. Основные понятия и определения 127
3.2. Критерии устойчивости 132
3.3. Устойчивость движения колесных машин 139
3.3.1. Движение машины с передними управляемыми колесами 139
3.3.2. Движение шарнирно-сочлененной машины 147
3.4. Анализ коэффициентов сил сопротивления боковому уводу 151
Выводы 158
ГЛАВА 4 Поиск рациональных режимов движения и торможения карьерных автомобилей 160
4.1. Анализ тяговых и тормозных сил 160
4.2. Анализ процесса торможения 164
4.2.1. Сравнительный анализ тормозных систем 170
4.3. Рациональные режимы торможения 174
4.3.1. Гидрообъемное торможение 176
4.3.3. Гидрообъемное торможение автомобиля следящего действия 189
4.3.4. Пример использования гидрообъемного торможения 191
4.4. Анализ процесса движения 192
4.5. Рациональные режимы приложения движущих сил 195
Выводы 197
ГЛАВА 5 Реализация результатов работы в условиях эксперимента 199
5.1. Задачи экспериментального исследования и модели для исследования 199
5.2. Методика экспериментальных исследований 216
5.3. Результаты экспериментальных исследований 219
5.4. Анализ результатов экспериментальных исследований 228
Заключение 231
Литература
- Сопротивление качению машины
- Поверхность контакта движителя с грунтом, процесс колееобразования
- Устойчивость движения колесных машин
- Гидрообъемное торможение автомобиля следящего действия
Введение к работе
Ускорение научно-технического прогресса и дальнейшее развитие основных отраслей народного хозяйства страны, в том числе геологоразведочной и горнодобывающей отраслей промышленности, тесно связаны с постоянным совершенствованием транспортной системы.
Транспорт на карьерах является основным связующим звеном в технологическом процессе. Трудоемкость процесса транспортирования весьма высока, а затраты на транспорт и связанные с ним вспомогательные работы могут составлять до 70% общих затрат на добычу полезного ископаемого.
Автомобильный транспорт по объему грузовых перевозок значительно превосходит все другие виды транспорта вместе взятые. Это объясняется, прежде всего, тем, что только автомобильный транспорт в состоянии обеспечить доставку грузов к месту их непосредственного использования. Эта способность автомобилей характеризуется специальным эксплуатационным свойством - проходимостью [1, 2, 3, 4, 14, 17, 20, 22, 26, 28, 31, 33, 40, 50, 64, 90, 143,156].
Большая подвижность автомобиля и автономность источника энергии позволяют более полно извлекать полезное ископаемое за счет селективной выемки и разработки залежей неправильной формы.
Автомобилями можно перевозить насыпные грузы практически любых физико-механических свойств. Важным положительным фактором является также то, что руководящие уклоны карьерных автомобильных дорог практически в три раза больше аналогичных параметров на карьерном железнодорожном транспорте. Автомобили также имеют в 10-12 раз меньший допустимый радиус поворота.
Перевозка горной массы автомобильным транспортом при значительных уклонах и сравнительно небольших радиусах поворота обеспечивает уменьшение длины съездов и общей длины откатки в 2-2,5 раза
(по сравнению с железнодорожным транспортом), снижение капитальных затрат на строительство карьеров на 20-25%, разработку глубоко залегающих месторождений с высоким коэффициентом вскрыши при ограниченных размерах в плане.
Эффективность использования автомобилей определяется множеством факторов. Однако такой параметр, как эффективность тяговых и особенно тормозных сил, непосредственно влияющих на устойчивость и безопасность работы, является наиболее приоритетным для любых автомобилей.
Статистика ДТП свидетельствует, что более 40% всех аварий на автомобильных дорогах происходит из-за несовершенства конструкции тормозной системы автомобиля, которое проявляется в виде заносов при торможении.
Статистика горных предприятий свидетельствует, что простои карьерных автомобилей в связи с неблагоприятными погодными условиями (особенно зимой) для зоны Урала составляют не менее 15-20 дней в году.
Повысить эффективность тяговых и тормозных сил можно с помощью различных средств: применением регуляторов тормозных сил, автоматических клапанов, реагирующих на изменение статической и динамической нормальной реакции на колесах, подбором материала и рисунка протектора шин, соответствующей "развесовкой" автомобиля по осям и т. д. Однако самое радикальное средство — антиблокировочные и противобуксовочные системы [ 42, 55, 63, 69, 120, 121].
Доказано что антиблокировочная система тормозов (АБС) способна повысить эффективность торможения на 15—20 %. И вследствие этого, по данным фирмы "Бош", применение АБС позволяет сократить число аварий на 17 %, число жертв — на 20 %. Такие же цифры приводит и ЦНИИ ГАИ.
Одним из основных элементов тягово-транспортной машины, существенно влияющим на эффективность движения, является движитель. Из множества известных типов движителей в настоящее время нашли наибольшее распространение только три - колесный, гусеничный и винтовой. Каждый из этих движителей с наибольшей эффективностью может эксплуатироваться только на определенных типах грунтов. Для комбинированных условий движения ни один из этих движителей не является эффективным [1, 3, 15, 17, 28, 31, 60, 65].
Опыт показывает, что машины повышенной и высокой проходимости, даже при слаборазвитой дорожной сети, значительное время эксплуатируются на автомобильных дорогах. С ростом дорожной сети частота их использования на дорогах будет возрастать. Поэтому непременное требование к любому движителю - обеспечение высоких эксплуатационных качеств на автомобильных дорогах. Вместе с тем, движитель должен обеспечивать эффективное использование машины в многообразных условиях бездорожья [1, 2, 8, 14, 22, 37, 40, 50, 62, 99].
На современном этапе создатели тягово-транспортных машин идут по пути совершенствования колесного движителя. Используют шины с разнообразным по рисунку и размерам протектором, шины с регулируемым давлением, пневмокатки и т.д. Эффективность использования современных тягово-транспортных машин существенно повышена. Однако возможности в этом направлении еще далеко не исчерпаны. Большой вклад в развитие теории движения и исследование возможности повышения эффективности использования колесных машин в многообразных дорожно-грунтовых условиях и на горнодобывающих предприятиях внесли советские ученые: Агейкин Я.С.[1 - 7], Бабков В.Ф.[17 - 18], Безбородова Г.Б.[20 - 21], Бируля А.К.[24 - 27], Васильев М.В.[34 - 37], Зимелев Г.В.[62], Кошарный Н.Ф.[96 - 99], Кулешов А.А.[103 - 106], Пирковский Ю.В. [136 - 142], Подэрни Р.Ю. [147], Ульянов Н.А.[168] и др.
За рубежом также проводится большая работа в этой области, где следует особо отметить исследования М.Г. Беккера [22, 178], Вонга Дж. [40] и Д.Р. Эллиса [175].
Выпускаемые в настоящее время тягово-транспортные машины имеют высокую удельную мощность, что позволило бы им развивать значительно большую силу тяги и преодолевать еще большие уклоны. Однако отсутствие взаимосвязи между силами (тормозными и движущими), прикладываемыми к каждому колесу, и условиями их движения не позволяет обеспечить полное использование потенциальных возможностей транспортных машин и приводит к таким негативным последствиям, как «буксование» в режиме движения и скольжение отдельных колес в режиме торможения.
Поэтому работы, направленные на разработку и создание более прогрессивных моделей транспортной техники, совершенствование конструкции агрегатов транспортных средств и улучшение их эксплуатационных качеств, поскольку они в конечном счете ведут к снижению капитальных затрат на строительство карьеров и снижение себестоимости добычи полезного ископаемого являются актуальными.
Целью работы является развитие теории колесных транспортных машин на основе прикладных моделей для получения комплекса технических решений, повышающих эффективность и безопасность движения транспортно-технологических машин в условиях горных предприятий.
Идея работы заключается в адаптации параметров колесного движителя к условиям его движения в многообразных дорожно-грунтовых условиях горных предприятий.
Объект исследования - террамеханика транспортно-технологических машин в условиях горных предприятий.
Предмет исследования - закономерности взаимодействия колесного движителя транспортно-технологических машин с поверхностью
движения в многообразных дорожно-грунтовых условиях горных предприятий.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Наклон плоскости колеса к оси вращения при движении по деформируемому грунту или жесткой колее специального профиля обеспечивает повышение тягового усилия колесной машины и величину преодолеваемого уклона.
Математическая модель процесса движения колесной машины с учетом взаимодействия боковой поверхности наклоненного колеса с деформируемым грунтом, позволяет определять необходимую величину угла наклона плоскости колеса к оси вращения для движения транспортно-технологической машины с заданной эффективностью в конкретных дорожно-грунтовых условиях горных предприятий.
Критерием оценки прикладываемых к каждому колесу сил, для устойчивого движения колесной машины в многообразных дорожно-грунтовых условиях является величина скольжения колеса относительно поверхности движения.
Подтормаживание забегающих колес позволяет регулировать тормозные и движущие силы прикладываемые к колесам машины и повышает эффективность и устойчивость движения.
Использование в рабочей тормозной системе гидрообъемных машин трансмиссионного расположения и вспомогательной тормозной системы для подтормаживания забегающих колес позволяет создать систему слежения за торможением колесной машины и систему рекуперации механической энергии торможения.
Научная новизна состоит в следующем: 1. Дано теоретическое обоснование возможности регулирования параметров колесного движителя посредством изменения угла наклона плоскости колеса к оси вращения для увеличения тягового усилия при движении по деформируемым грунтам.
Сформулирована и решена задача построения единой, комплексной системы управления тормозными и движущими силами колесных транспортных средств.
Получены новые аналитические зависимости, подтверждающие возможность обеспечения устойчивого движения колесной машины в многообразных дорожных условиях за счет регулирования величины буксования каждого колеса.
Предложена концепция и новые принципы создания регулируемого привода рабочей тормозной системы транспортно-технологических машин с использованием гидрообъемных машин трансмиссионного расположения.
Разработана система управления колесными тормозами на базе основных свойств дифференциального привода. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов
и рекомендаций, сформулированных в диссертации, базируется на основных положениях классической механики, теории устойчивости, математической логики, теории колебаний и математического анализа а также на предшествующих фундаментальных работах отечественных и зарубежных ученых в области террамеханики, автомобиле- и тракторостроения; результатах большого объема натурных и лабораторных исследований; данными эксперимента; соответствием результатов теоретических исследований и полученных данных при проведении экспериментов; при этом относительная ошибка экспериментальных данных не превысила 5-7 % при 90 % -м уровне сходимости экспериментальных данных с расчетными.
Научное значение работы заключается в развитии теории, разработке математической модели движения транспортной машины с наклоненными колесами и теоретическом обосновании возможности существенного повышения эффективности, устойчивости и безопасности
движения транспортно-технологических машин на предприятиях горнодобывающей промышленности.
Практическое значение работы заключается в разработке:
методики расчета параметров, обеспечивающих эффективное движение колесных машин в многообразных дорожно-грунтовых условиях;
конструктивных схем колесного движителя с возможностью регулирования угла наклона плоскости колеса к оси вращения;
- принципиальной схемы трансмиссионной системы рабочего тормо
жения с использованием гидрообъемных машин, способных работать
в следящем режиме, а также с возможностью рекуперации механиче
ской энергии.
Техническая новизна работы подтверждается 6 авторскими свидетельствами и одним патентом на изобретения. Реализация результатов работы.
Разработанные в диссертации научные и практические рекомендации предложены к внедрению на горнодобывающих и автомобилестроительных предприятиях в виде проектов на разработку новых конструкций транспортной техники, программ преобразования и развития горнодобывающих предприятий за счет внедрения новой техники и используются в учебном процессе при чтении лекций, выполнении курсовых и дипломных проектов в Магнитогорском государственном техническом университете.
Конструкции транспортно-технологических машин с регулируемыми параметрами движителя приняты к внедрению для практической реализации в разработке технического задания на проектирование машин, оснащаемых разработанными элементами на Магнитогорском железном руднике ГОП ОАО «ММК» (г. Магнитогорск), Титаномагнети-товом карьере Первоуральского рудоуправления (г. Первоуральск), ОАО «УТОК» (г. У чалы, Башкортостан).
Апробация работы. Основные положения работы и отдельные
Сопротивление качению машины
Сопротивление качению определяет энергетические затраты на движение машины и служит ориентировочным показателем оценки степени тяжести дорожных условий. Оно характеризуется безразмерным коэффициентом сопротивления f=P//GT (1.1) где Р/ - сила сопротивления качению; GT - полный вес машины.
Значения Р/ для машин различных типов и массы колеблются в широких пределах даже при работе на одном и том же грунте. Однако вследствие однотипности конструктивных решений у машин одного и того же вида значение /достаточно стабильно. Поэтому коэффициент сопротивления качению дает довольно достоверную характеристику тяжести дорожных условий с точки зрения энергетических затрат. Он косвенно отражает физическую сущность процесса взаимодействия движителя с грунтом с точки зрения его сопротивляемости вертикальному деформированию и несущей способности.
При качении колеса или гусеницы по деформируемому грунту в результате действия вертикальных и горизонтальных сил, передающихся от машины через движитель на грунт, образуется колея. Глубина колеи зависит от вертикальной нагрузки, типа и размеров движителя, режимов движения и свойств грунта. Затраты мощности на образование колеи - один из основных компонентов сопротивления качению.
Сопротивление качению, как правило, пропорционально глубине колеи. Поэтому важно знать способность грунта выдерживать вертикальную нагрузку. Эта зависимость определяется экспериментально путем вдавливания специальных штампов в грунт.
Вследствие разнообразия свойств различных грунтов, зависимости между давлением и деформируемостью грунта также различные (рис. 1.1). Наиболее широкое распространение получила эмпирическая зависимость Винклера-Герстнера-Бернштейна: p = Ch\ (1.2) где р - давление; С, // - опытные показатели, характеризующие свойства грунта; h - глубина погружения штампа в грунт. При линейной зависимости глубины погружения от давления // = 1 и зависимость (1.2) имеет линейный характер (кривая 1, см. рис. 1.1). Для уплотненных грунтов, которые характеризуются повышенным давлением по мере заглубления штампа, ju 1 (кривая 2); для пластичных грунтов, имеющих конечный предел сопротивления вдавливанию (ограниченную несущую способность), ц 1 (кривая 3), и, наконец, для грунтов с переменными по глубине свойствами эта зависимость имеет весьма сложный характер (кривая 4).
Зависимость (1.2) получила широкое распространение в практике исследования опорно-сцепных свойств грунта. Значения Си// определяются опытным путем при вдавливании в грунт штампа определенных размеров и формы (обычно круглой).
Однако степенная зависимость (1.2) описывает только простейшее качественное состояние грунта с монотонным изменением его свойств по глубине. Для грунта с переменными по глубине свойствами (кривая 4 на рис. 1.1) или резко различающимися слоями и подслоями формулу (1.2) вообще нельзя применить, так как значения С и /л в этой зависимо сти постоянны. Попытки использовать другие, более сложные зависимости [4, 22] для оценки свойств грунтов не получили пока широкого распространения.
Поэтому на практике при проведении расчетов затраты энергии на движение находят по коэффициенту сопротивления качению, определяемому опытным путем для соответствующих типов движителей.
В реальных условиях движения машины по дорогам различного рельефа помимо горизонтальных участков встречаются подъемы и спуски. Сопротивление движению в этом случае определяется сопротивлением не только от взаимодействия движителя и грунта, но и от действия составляющей веса. Если выразить общее сопротивление движению через безразмерный коэффициент сопротивления движению щ равный отношению силы сопротивления движения Р=/GTcosa ± GT -since к весу машины G% то y/=/cosa± sina=/±i, (1.3) где а - угол подъема или спуска; і - уклон.
При движении машины по любой дороге коэффициент сопротивления движению непрерывно меняется, поскольку изменяется и коэффициент сопротивления качению вследствие нестабильности свойств грунта и макропрофиля пути. Поэтому для более полной оценки тяжести дорожных условий необходимо знать статистические или вероятностные характеристики изменения коэффициента у/. Эти характеристики удобно представлять в виде кривых плотности распределения коэффициента сопротивления движению. Обработка экспериментальной информации показывает, что распределение коэффициентов сопротивления движению по основным дорогам всех типов соответствует (или приближается) нормальному распределению. Это позволяет оценивать дороги по показателю у/с вероятностных позиций.
Поверхность контакта движителя с грунтом, процесс колееобразования
Использование наклона плоскости диска к оси вращения для увеличения сцепления его с деформируемой поверхностью известно уже достаточно давно [185-188].
Причем использование наклоненных, вращающихся дисков известно в различных, совершенно, казалось бы, не связанных между собой отраслях промышленности. Например, на транспорте (движитель) [185, 187, 188] и в прокатном производстве (прокатный валок) [186]. Вращающийся диск может либо катиться по деформируемой поверхности (движитель транспортных средств), либо оставаясь неподвижным, перемещать деформируемую поверхность (приводной прокатный валок).
Имеются патенты ГДР [187] и США [188], а также авторское свидетельство СССР [184] на использование наклоненного диска в качестве движителя транспортных средств. Однако широкого распространения такой движитель не получил, да и не смог бы получить в силу целого ряда обстоятельств.
При качении наклоненного обычного круглого колеса по плоской твердой поверхности (автомобильной дороге) возникают колебания оси колеса, и соответственно всей машины, в вертикальной плоскости. Для исключения колебаний оси в вертикальной плоскости так называемый «Синусоидальный колесный движитель» [184] представляет собой эллиптический диск, наклоненный к оси вращения под таким углом, что образующаяся поверхность вращения представляет собой цилиндр, чем и исключаются вертикальные колебания.
Однако при вращении наклоненного диска или колеса возникают весьма значительные знакопеременные центробежные силы, которые приводят к вибрации ходовой части и всей машины. Величина этих сил зависит от размеров колеса, его массы и угла наклона. Определением конкретных цифр автор не занимался, но в качестве примера можно привести такой факт. При изготовлении экспериментальной модели для придания цилиндрической формы поверхности вращения наклоненных эллиптических дисков производилась токарная обработка дисков на станке ДИП-500. При частоте вращения более 200 оборотов в минуту вибрация станка, массой порядка 3 т, принимала такие угрожающие размеры, что возникли опасения поломки станка или срыва его с фундаментных болтов. Диаметр цилиндрической образующей эллиптический дисков составлял 450 мм, масса 15 кг, угол наклона плоскости диска к оси вращения 35.
Таким образом, двигаться на наклоненных колесах с достаточно высокой скоростью по бездорожью или автомобильной дороге не представляется возможным. Причем если движение с малой скоростью по бездорожью можно оправдать, то движение с малой скоростью по хорошим дорогам вряд ли может быть оправдано.
Очевидно, что наиболее оптимальным решением данной проблемы должно явиться создание колесного движителя с возможностью изменения угла наклона плоскости колеса к оси вращения, т.е. наклонять колесо только при движении по труднопроходимым участкам пути.
Однако для этого необходимо создание специального механизма, дающего возможность изменения угла наклона плоскости колеса к оси вращения непосредственно в процессе движения. На сегодняшний день конструкции такого механизма не существует.
Каждый тип движителя, в том числе и рассмотренный выше колесный, обусловливает конструктивные особенности узлов и механизмов, а следовательно, и специфику методов расчета показателей и оцен оценки технико-эксплуатационных свойств автомобилей. В настоящей работе эти вопросы рассматриваются применительно к тягово-транспортным машинам с «универсальным» колесным движителем -движителем, который, в отличие от обычного колесного снабжен механизмом изменения угла наклона плоскости колеса к оси вращения [5, 6, 7, 75, 84].
Движение наклоненного колеса, как, впрочем, и обычного, можно представить как процесс непрерывного опрокидывания штампа сложной формы вокруг перемещающегося мгновенного центра опрокидывания. При этом направление и скорость перемещения элементов штампа на различных его участках различны [6, 84].
Кроме того, центр колеса перемещается по сложной траектории, зависящей от угла наклона колеса к оси вращения, деформации грунта, перемещения контактной поверхности относительно грунта.
Горизонтальную составляющую скорости перемещения оси колеса можно описать зависимостью (рис. 2.1) V = Г6) К где тк - параметр, который обычно называют радиусом качения; & - угловая скорость вращения наклоненного колеса.
Процесс взаимодействия даже не наклоненного колеса с грунтом является весьма сложным. Он охватывает комплекс непрерывно меняющихся факторов. Связанных, с одной стороны, с грунтом, а с другой - с колесом как движителем автомобиля, которое вследствие своей эластичности изменяет свои параметры в зависимости от вертикальной нагрузки, крутящего момента, толкающих усилий и скорости движения. Поэтому упростим задачу, остановившись на рассмотрении жесткого недеформируемого колеса.
Устойчивость движения колесных машин
При устойчивом движении отклонения от заданного направления с течением времени уменьшаются по тому или иному закону, определяемому динамическими свойствами системы машина — дорога. Очевидно, чем меньше отклонения от заданного направления движения получает машина и чем короче время движения в отклоненном состоянии, тем большей практической устойчивостью обладает данный автомобиль.
Потеря машиной устойчивости выражается в ее самопроизвольном отклонении от заданного направления, боковом скольжении или опрокидывании. В зависимости от направления опрокидывания различают продольную и поперечную устойчивость. Более вероятно и опасно нарушение поперечной устойчивости, возникающее вследствие действия боковых сил: центробежных, поперечных составляющих силы тяжести и нагрузки на крюке, ударов о неровности опорной поверхности и др. Заметим, что боковое скольжение колес переднего и заднего мостов начинается обычно неодновременно. В зависимости от условий движения, распределения вертикальных нагрузок на мосты и от наличия тяговых или тормозных сил боковое скольжение могут получить колеса только одного моста (занос автомобиля).
Учитывая сказанное, под устойчивостью понимается свойство автомобиля сохранять в заданных пределах независимо от скорости движений и действия внешних и инерционных сил направление скорости движения, ориентации продольной и вертикальной осей при определенном управлении, закрепленном или свободном руле.
Таким образом, различают устойчивость по направлению движения (курсовая устойчивость), по опрокидыванию (продольная и поперечная устойчивость) и по боковому смещению (устойчивость против заноса).
Один вид потери устойчивости не противопоставляется при этом другому. Наоборот, один вид неустойчивости в пределе приводит к другому. Например, незначительные вначале отклонения направления скорости движения машины, увеличиваясь, приведут к боковому скольжению машины, одной или нескольких ее осей. Совсем не обязательно водитель будет реагировать на возникшее возмущение. Может быть, ему и не надо реагировать, а, может быть, он не успеет.
Рассмотрим, как машина сама, независимо от действий водителя, реагирует на внешнее возмущение — в этом суть определения устойчивости ее движения или положения. Без знания характеристик устойчивости движения нельзя дать оценку управляемости машины, нельзя оценить безопасность движения машины.
В качестве оценочных параметров устойчивости обычно принимают: углы и угловые скорости продольного и поперечного опрокидывания, угол и угловую скорость поворота автомобиля, время и путь, пройденный автомобилем в отклоненном состоянии. Часть оценочных параметров устойчивости автомобиля являются управляемыми (угол и угловая скорость поворота автомобиля, время и путь, пройденный автомобилем в отклоненном состоянии), а другие — неуправляемыми (углы и угловые скорости поперечного и продольного опрокидывания).
Устойчивость движения автомобиля связана с его управляемостью. Во многих случаях желательным является сохранение управляемых параметров постоянными на некотором участке пути движения автомобиля. У автомобиля, обладающего хорошей устойчивостью, сохранение управляемых параметров постоянными и приближение их к желательным возможно без вмешательства водителя в более широком диапазоне возмущающих воздействий, чем у автомобиля, имеющего худшую устойчивость. Поэтому вероятность совпадения действительных параметров с желательными при одинаковых эксплуатационных условиях тем выше, чем лучше устойчивость движения автомобиля.
Устойчивость движения колесных машин чаще всего связывают с проблемой больших скоростей. Может показаться, что для горных машин технологического назначения и относительно невысоких транспортных скоростей задача изучения устойчивости движения не актуальна. Это не совсем так. Во-первых, определение «высокая» или «низкая» транспортная скорость - весьма относительно. Для машины весом несколько десятков и даже сотен тонн вряд ли можно назвать низкой даже скорость 30-40 км/ч, а сегодня известны горные машины, могущие развивать скорость до 100 км/ч. Во-вторых, расчетная схема шарнирной машины имеет упругий шарнир складывания. Все это заставляет заново исследовать известную из теории автомобиля задачу оценки устойчивого движения машины.
Гидрообъемное торможение автомобиля следящего действия
В связи с вышеизложенным уместно рассмотреть данную ситуацию с философской точки зрения.
Давным-давно китайцы подметили, что мир - это не хаотичное нагромождение предметов и явлений, а сочетание пар противоположных друг другу понятий: день и ночь, небо и земля, полное и пустое, движение и покой. Пар этих — бесчисленное множество, составить их полный перечень так же невозможно, как нарисовать картину всей Природы. Но в основе своей все подобные пары имеют единый алгоритм.
В китайской культуре человек, мир, природа понимаются как единая система, подчиняющаяся единым законам развития, как живой организм, где все взаимосвязано и взаимообусловлено.
Каждая вещь, явление, качество имеет свою противоположность, свой антипод, свое отрицание. Но это отнюдь не означает, что сами эти вещи, явления и качества абсолютны в своей чистоте. В мире нет ничего абсолютного, все относительно. Такова диалектика жизни, точнее, половины ее. Ведь есть еще и антипод, вдруг выступающий в совершенно неожиданном амплуа. Он не только отрицает, но и дополняет, становится залогом гармонии.
Слияние противоположностей, как мы видим, рождает новое качество. Не они сами по себе, а их взаимодействие обладает вечной животворной силой, утверждали китайские мыслители. В этом и заключен великий закон жизни.
Попробуйте привести противоположности в согласие, обрести внутреннюю гармонию. Посмотрите на мир вокруг вас, попытайтесь увидеть в нем диалектику древней философии. Подумайте обо всем этом, и весьма вероятно, что вас ждет немало удивительных открытий и откровений [56].
Поэтому и к решению вопроса о повышении эффективности движения автомобиля нужно подходить философски, т.е. необходимо рассматривать процессы движения и торможения комплексно, взаимосвязано.
В настоящее время проблема эффективного подвода тормозных и движущих сил разделена на две независимые задачи, которые решаются отдельно, различными исследователями и с различным успехом.
Однако анализ характера приложения тормозных и движущих сил показывает, что для повышения эффективности работы автомобиля как в режиме движения, так и в режиме торможения, в принципе, требуется одно и то же. А именно передавать на каждое колесо усилие (и тормозное, и тяговое) оптимальное по условиям сцепления каждого колеса с поверхностью качения.
Решение данного вопроса, при сложившемся в настоящее время раздельном рассмотрении тормозных и движущих сил, возможно единственным путем. Это создание индивидуального независимого привода на каждое колесо, обеспечивающего передачу усилия (и тягового, и тормозного), соответствующего сцеплению данного колеса с поверхностью движения. Такое решение проблемы повышения эффективности движения и торможения автомобиля на настоящий момент практически неосуществимо.
Однако если подходить с философской точки зрения и рассматривать процесс движения и торможения автомобиля взаимосвязано, неотрывно друг от друга, решение данного вопроса видится следующим образом.
Оценка постоянно изменяющихся условий сцепления колеса с поверхностью качения, как правило, оценивается величиной проскальзывания колеса относительно поверхности качения. Эта величина определяется как производная от разности относительных углов поворота всех колес автомобиля. При движении автомобиля определяются и анализи руются углы поворота всех колес, и колесо, имеющее максимальный угол поворота, берется за базовое (скольжение которого равно нулю), относительно него отсчитывается величина скольжения остальных колес. Величина скольжения равная 15-20% считается оптимальной. Таким образом, к каждому колесу необходимо прикладывать крутящий и тормозной момент, который бы обеспечивал данную величину скольжения.
Поэтому проблему оптимизации движущих и тормозных сил автомобиля необходимо разделить на две взаимосвязанные задачи. Первая заключается в подаче ко всем колесам минимально допустимого, по условиям сцепления колеса, имеющего худшие условия движения момента (крутящего или тормозного). Вторая задача заключается в подаче дополнительного момента на колеса, имеющие лучшее сцепление с поверхностью движения, причем величина этого момента должна обеспечить оптимальное скольжение колеса относительно поверхности движения. Колесо, имеющее лучшее сцепление, можно определить по относительному углу поворота нескольких колес. В режиме движения лучшее сцепление имеет колесо, имеющее меньший, относительно других, угол поворота (отстающее), в режиме торможения это будет колесо, имеющее больший угол (забегающее).
Первая задача в настоящий момент для приводных сил полностью решена путем использования дифференциалов, а для тормозных сил эта задача частично решена путем использования антиблокировочных систем тормозов.
