Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 14
1.1. Условия работы и основные требования к рулевому управлению 14
1.2. Анализ схем поворота многоосных колесных машин 29
1.3. Анализ работ посвященных исследованию рулевого управления многоосных колесных машин 38
1.4. Термины и определения, принятые в работе 47
1.5. Выводы 51
2. Математическая модель криволинейного движения многоосных колесных машин 53
2.1. Основные допущения и ограничения 53
2.2. Базовая модель движения многоосных колесных машин 58
2.3. Математическое описание всеколесного рулевого управления 75
2.3.1. Модель с централизованной гидравлической системой питания 81
2.3.2. Модель автономного привода 84
2.4. Выводы 85
3. Результаты теоретического исследования 86
3.1. Методика проведения исследований 86
3.1.1. Объекты исследования 86
3.1.2. Программное обеспечение теоретических исследований 89
3.1.3. Виды испытаний многоосных колесных машин 90
3.1.4. Алгоритмы управления системой всеколесного рулевого управления 92
3.2. Анализ результатов исследований 94
3.2.1. Автомобиль с колесной формулой 8x8 типа МЗКТ-7930 94
3.2.2. Автомобиль с колесной формулой 12x12 типа МАЗ-547 116
3.2.3. Автомобиль с колесной формулой 16x16 типа МАЗ-7922 119
3.2.4. Автомобиль с колесной формулой 24x24 типа МАЗ-7907 122
3.2.5. Оценка влияния гидропривода рулевого управление на мощностные затраты 126
3.3. Выводы 133
4. Экспериментальные исследования системы всеколесного рулевого управления многоосных колесных машин 136
4.1. Объекты исследования 136
4.1.1. 4-осное шасси Э-79085 137
4.1.2. Макет с колесной формулой 12x12 142
4.2. Аппаратурно-измерительный комплекс 151
4.3. Методика проведения экспериментальных исследований 154
4.3.1. 4-осное шасси Э-79085 154
4.3.2. Макет с колесной формулой 12x12 161
4.4. Результаты экспериментальных исследований 165
4.4.1. 4-осное шасси Э-79085 165
4.4.2. Макет с колесной формулой 12x12 174
4.5. Оценка сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований 186
4.6. Основные технические требования к всеколесному рулевому управлению 187
4.7. Предложения по направлению дальнейших работ 190
4.8. Выводы 191
Основные результаты и выводы по работе 192
Список литературы 194
Приложение 201
- Анализ схем поворота многоосных колесных машин
- Базовая модель движения многоосных колесных машин
- Автомобиль с колесной формулой 8x8 типа МЗКТ-7930
- Макет с колесной формулой 12x12
Введение к работе
Актуальность темы В любой отрасли хозяйственной деятельности государства главным является экономическая целесообразность используемых технических средств, и законы экономики побуждают к их совершенству.
По расчетам отечественных и зарубежных специалистов, увеличение полной массы автомобиля снижает издержки на перевозки грузов и число обслуживающего персонала
Однако рост полной массы автомобиля ограничивается существующим дорожным законодательством, которое регламентирует осевую массу и габаритные размеры
Таким образом, по существующему дорожному законодательству практически все автомобили большой и особо большой грузоподъемности являются внедорожными и в обычных условиях им разрешаются только разовые проходы по дорогам общего пользования Поэтому повышение грузоподъемности сопровождается очень часто увеличением числа осей — как ведущих, так и не ведущих. В России и за рубежом появляется все больше многоприводных автомобилей с четырьмя и более осями Эти автомобили принято называть многоосными колесными машинами (МКМ)
Важную роль МКМ играют и в Вооруженных силах России Удельный вес МКМ в парке автомобилей Вооруженных Сил РФ небольшой, но на них монтируется вооружение, способное решить судьбу операции и войны в целом Например, на МКМ монтируется вооружение широко известного ракетного комплекса «Тополь» и оборудование боевого обеспечения его работы
Габаритные размеры и число осей МКМ, особенно предназначенных для перевозки длинномерных неделимых грузов, в наибольшей степени отражаются на потребительских свойствах машин, которые определяются показателями поворотливости и поворачиваемости транспортных средств Основной причиной снижения значений этих показателей является традиционность подхода к выбору схемы рулевого управления (РУ)
Наиболее перспективной схемой РУ для МКМ общепризнанна схема всеколесного рулевого управления (ВРУ) Механический привод поворотом колес делает ВРУ практически неприемлемым для шасси с числом осей более трех Тем более практически невозможно при механическом приводе в системе управления изменять в зависимости от условий движения соотношение углов поворота различных колес
В настоящее время в теории автомобиля достаточно подробно обоснованы различные алгоритмы функционирования ВРУ, которые определяют соотношения углов поворота колес МКМ в той или иной дорожной ситуации или в тех или иных условиях маневрирования машины
\
Однако научно-обоснованных принципов и рекомендаций по построению электрогидравлических приводов колес МКМ и основных требований к ним в научно-технической литературе не опубликовано Это сдерживает развитие МКМ в целом
Таким образом существует и требует своего решения актуальная
научная проблема выявления научно-обоснованных закономерностей
функционирования всеколесного рулевого управления с
электрогидравлическим приводом поворота колес в сложной системе «МКМ-дорога» и разработки на их основе стройной системы технических требований и основных принципов построения подобных приводов
Важнейшей научной задачей в этой проблеме является оценка и рационализация энергетических затрат, необходимых для реализации заданных кинематических параметров при криволинейном движении МКМ с ВРУ
Цели и задачи Целью диссертационной работы является установление
закономерностей формирования энергетических затрат при
функционировании всеколесного рулевого управления многоосных колесных машин и совершенствование на их основе методов расчета для различных типов приводов и схем РУ
Для достижения намеченной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи
Анализ условий функционирования рулевого управления в системе «водитель - автомобиль - дорога» и ранее выполненных работ по развитию теории криволинейного движения
Разработка математического описания функционирования рулевого управления различных схем с гидравлическим исполнительным механизмом и различными типами его привода
Выбор и обоснование конструктивных факторов и критериев оценки, необходимых для установления закономерностей функционирования всеколесного рулевого управления
Теоретическое исследование функционирования всеколесного рулевого управления с различными типами привода гидравлического исполнительного механизма
Экспериментальное исследование с целью проверки адекватности и точности математической модели колесной машины с всеколесным рулевым управлением
Разработка программной реализации математической модели и методики расчета энергетических параметров при проектировании колесных машин с ВРУ
Методы исследования Исследования проводились с использованием численных методов моделирования движения автомобиля по криволинейной
траектории на ЭВМ Экспериментальные исследования основывались на использовании натурных опытных образцов МКМ и современных методов испытаний автомобильной техники на устойчивость и управляемость при установившемся криволинейном движении и при движении по переходным траекториям
Объектом исследования является система ВРУ с дистанционным электрогидравлическим приводом МКМ с числом осей от 4-х до 12-ти. Научная новизна
Новизна полученных результатов работы при решении вышеуказанной научной задачи заключается в том, что в ней
разработана новая математическая модель функционирования рулевого управления различных схем с гидравлическим исполнительным механизмом и различными типами его привода,
впервые установлены закономерности работы ВРУ с электрогидравлическим приводом поворота колес в сложной системе МКМ-дорога,
создана система технических требований и разработаны основные принципы построения ВРУ с дистанционным электрогидравлическим приводом с учетом кинематических и энергетических параметров МКМ
создан метод расчета энергетических параметров при проектировании колесных машин с всеколесным рулевым управлением Эти результаты и выносятся на защиту.
Практическая ценность Разработанный метод и програмно-методический аппарат, реализованный на ЭВМ, может быть использован в КБ автомобильных заводов для оценки и выбора схем и гидравлических элементов РУ перспективных МКМ на стадии их проектирования, в НИУ для проведения исследований криволинейного движения автомобилей, а так же в учебных целях
Реализация результатов работы Основные результаты исследований реализованы в следующих направлениях.
система технических требований по энергетическим параметрам электрогидравлического привода ВРУ МКМ используется войсковой частью 93603-Н и 21 НИМИ Минобороны РФ при разработке ОТТТ к специальным колесным шасси и ТТЗ на ОКР по их разработке;
метод расчета энергетических параметров при проектировании колесных машин с всеколесным рулевым управлением используется при выполнении плановой научной тематики НПЦ СМ МГТУ им Н.Э Баумана;
создан макетный образец 12x12 с всеколесным рулевым управлением и электрической трансмиссией полной массой 90 т
основные положения диссертационной работы используются в учебном
процессе кафедры Ml О МГТУ им НЭ Баумана и Рязанского военного автомобильного института
Апробация работы Основные положения работы обсуждались
на научных семинарах кафедры М10 «Колесные машины» МГТУ им Н Э Баумана в 2003 2006 гг (г Москва),
на научных семинарах кафедры «Тягачи и амфибийные машины» ГТУ МАДИ в 2003 и 2004 гг (г Москва),
на 47 международной научно-технической конференции «Повышение конкурентоспособности автотранспортных средств» (г Минск 2004 г ),
на международной научно-технической конференции «Механика -машиностроению» (г Минск 2005 г),
на научных семинарах в ОАО «Инновационная фирма «НАМИ-Сервис»» в 2004 и 2005 гг,
на международной научно-технической и научно-методической конференции «Гидрогазодинамика, гидравлические машины и гидропневмосистемы» (МЭИ (ТУ), г Москва 2006 г)
Публикации Основное содержание диссертационной работы отражено в 4 статьях
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка использованных источников (72 наименования) и приложения Содержание работы изложено на 209 страницах машинописного текста, в том числе 72 рисунка, 10 таблиц и приложение
Анализ схем поворота многоосных колесных машин
Увеличение габаритных размеров и числа осей МКМ в наибольшей степени отражается на показателях маневренных свойств и приводит к их снижению. Основной причиной этого явления является традиционность подхода к выбору схемы рулевого управления.
На современных МКМ с числом осей от 4 до 7 применяются в основном схемы рулевого управления, в которых управляемыми являются колеса передних осей. Причем тенденция такова, что с увеличением общего числа осей увеличивают число передних осей, имеющих управляемые колеса.
На рис. 1.9 представлены схемы рулевого управления известных типов МКМ с числом осей от 4 до 8 (колеса управляемых осей заштрихованы) [32]. Как следует из анализа приведенных схем, увеличение числа передних управляемых колес с увеличением их общего числа не решает проблему улучшения маневренных свойств автомобилей такого типа. Минимальный радиус поворота возрос с 13,5 м у 4-осного шасси до 33,6 м у 8-осного шасси.
Схемы с передними управляемыми колесами привлекают лишь простотой конструктивного исполнения привода рулевого управления.
Другим существенным недостатком таких схем являются повышенные затраты мощности при движении по криволинейным траекториям, особенно по таким, кривизна которых соизмерима с минимальными радиусами поворота МКМ. Повышенные затраты мощности при движении МКМ по таким радиусам связаны с большим сопротивлением повороту, создаваемым неуправляемыми колесами задней тележки, база которой у рассматриваемых типов МКМ имеет величину от 2,5 до 3,5 м и составляет 27-32 % от общей базы, а так же серьезными потерями энергии в трансмиссии. Актуальность этой проблемы подтверждается еще и тем, что с ростом полной массы МКМ наблюдается тенденция снижения удельной мощности, как важнейшего показателя, определяющего степень подвижности МКМ в составе вооружения. В табл. 1. приведено полученное В.Г. Корниловым [32] соотношение этих показателей для рассматриваемых типов МКМ. За сто процентов приняты показатели шасси 8x8. Анализ данных табл. 1.1. показывает, что с увеличением полной массы МКМ в 1,5-3,0 раза мощность силовой установки возросла в 1,24-1,52 раза, а удельная мощность снизилась в 1,6-2,0 раза.
С учетом того, что до 30% номинальной мощности двигателя расходуется в движении для нужд монтируемого вооружения, возникает проблема рационального использования мощности силовой установки для обеспечения подвижности МКМ в различных условиях, в том числе при движении по криволинейным траекториям.
Одним из направлений решения проблемы улучшения маневренных свойств МКМ и рационального использования мощности двигателя при движении по криволинейным траекториям можно считать совершенствование схем рулевого управления и способов поворота. Известны динамический и кинематический способы управления поворотом.
Применение динамического способа на МКМ также проблематично по хорошо известным причинам. Поэтому в данной работе динамический способ поворота не рассматривается.
К числу кинематических способов управления относится складывание звеньев в горизонтальной плоскости сочлененных ТС. Преимущество этого способа заключается в возможности значительного повышения маневренности, так как радиус поворота существенно уменьшается по сравнению с однозвенными ТС. Но применение такого способа управления ТС для МКМ затруднено. И этот способ управления поворотом исключен из рассмотрения в диссертации.
Наиболее распространенным кинематическим способом управления является поворот управляемыми колесами. При этом могут применяться только передние управляемые колеса, передние и часть задних управляемых колес или все управляемые колеса. Применение на МКМ кинематического способа управления с помощью поворотных колес обусловлено возможностью реализации высоких скоростей движения и маневренных свойств, простотой конструктивной реализации привода рулевого управления.
Схемы управления с управляемыми колесами двух передних осей используются на МКМ с колесной формулой 8x8 (МАЗ-543, 7911 и их модификациях, БАЗ-6944, 6950, 69501, 6953), с управляемыми колесами трех передних осей на МКМ 12x12 (МАЗ-547В, 7905, 7916), с управляемыми колесами четырех передних осей на МКМ 14x12 и 16x16 (МАЗ-7912, 7917, 7906).
В схемах РУ некоторых образцов МКМ наряду с управляемыми колесами передних осей используются управляемые колеса части задних осей. Примером может служить шасси ЗИЛ-135ЛМ (8x8) и его модификации, в схеме РУ которого применяются управляемые колеса первой и последней осей. Аналогичная схема РУ применена на МКМ 7904. На перспективных образцах шасси 7922 и 7923 с колесной формулой 16x16 управляемыми являются колеса трех передних и трех задних осей. Минимальный радиус поворота у этих шасси составляет около 17,0 м. Этот же показатель у шасси 7912 с меньшим числом осей 14x12, но с управляемыми колесами четырех передних осей равен 26,5 м.
Такую же величину минимального радиуса поворота имеет 12-осное шасси 7907 с управляемыми колесами четырех передних и четырех задних осей. Преимущества схем РУ с управляемыми колесами передних и задних осей по показателям маневренных свойств по сравнению со схемами с передними управляемыми колесами общеизвестны.
На начальном этапе развития схемы РУ с управляемыми колесами передних и задних осей имели существенный недостаток - снижение устойчивости движения по переходным траекториям.
Причина снижения устойчивости связана с разными по величине и направлению угловыми скоростями поворота шасси и колес задних осей, ведущими к появлению забросов бокового ускорения с соответствующим кратковременным изменением знака боковых реакций на колесах задних осей в начале выполнения маневра и увеличением этих реакций в конце выполнения маневра. Эти кратковременные импульсы боковых реакций воспринимаются шинами как ударная нагрузка, способная привести в определенных условиях к потере сцепления колес с опорной поверхностью в боковом направлении и заносу.
Одним из способов борьбы с этим явлением было предложено применение запаздывания поворота колес задних осей относительно передних на угол около 0,1 рад (5...6) [1]. Это конструктивное мероприятие дает положительный эффект. Однако, применение запаздывания ведет к рассогласованию кинематики поворота из-за того, что колеса задних управляемых осей практически во всем диапазоне углов поворота образуют свой мгновенный центр поворота Отп, От3 (рис. 1.10), а единый центр поворота с колесами передних осей О" образуется за счет дополнительного увода шин. Касаясь вопроса конструктивной реализации механического привода РУ с запаздыванием поворота задних колес, следует отметить его усложнение в связи с необходимостью введения в привод управления задними колесами механизма запаздывания и устройства стабилизации для движения в прямом направлении. Если для 2-3-осных автомобилей механический привод РУ задними колесами с учетом всех этих конструктивных доработок выглядит не таким уж сложным, то с увеличением числа осей сложность привода существенно возрастает. Даже без механизма запаздывания и стабилизации привод РУ МКМ с управляемыми колесами двух передних и двух задних осей представляет собой довольно громоздкую конструкцию, легкость и простота обслуживания которой вызывают сомнение.
Еще одним способом улучшения устойчивости движения транспортных средств с передними и задними управляемыми колесами является регулирование соотношения углов поворота управляемых колес в зависимости от условий движения. Кинематика таких схем РУ основана на использовании специальных законов управления смещением полюса РУ.
Существует два основных способа регулирования соотношения углов поворота передних и задних управляемых колес, предложенных В.Г. Корниловым. Сущность этих способов заключается в следующем [6, 32]. В первом способе регулирование соотношения углов поворота передних и задних колес осуществляется в зависимости от угла поворота передних колес и скорости движения. На большой скорости при малых углах поворота передних колес, колеса задних осей поворачиваются в ту же сторону, что и передние (синфазно) рис.1.11. На рис. Кривая ОцОт характеризует перемещение полюса поворота МКМ. По мере увеличения кривизны траектории и уменьшения скорости движения колеса задних осей поворачиваются в противоположную сторону относительно передних (в противофазе).
Базовая модель движения многоосных колесных машин
Для наиболее полной оценки влияния различных факторов на работу ВРУ как одной из систем автомобиля, необходима комплексная ММ подвижности МКМ [10]. Для ее реализации наиболее рациональной формой признана блочная структура, включающая автомобиль с его функциональными блоками (трансмиссия, РУ, система подрессоривания), условия движения (внешние воздействия, параметры дороги) и блок, формирующий управляющие воздействия (водитель). Содержание функциональных блоков определяется спецификой решаемой задачи. В настоящей работе, в соответствии с целью и задачами исследования, рассматривается блок ВРУ.
В свою очередь, для комплексной оценки системы ВРУ рассматривается криволинейное движение МКМ, и на основании полученных результатов производится подбор и расчет нового, либо оценка существующего привода рулевого управления с учетом особенностей движения конкретного типа машин. Такой подход позволяет наиболее полно и адекватно оценить ВРУ как одну из основных систем МКМ.
Расчетная схема криволинейного движения МКМ (рис.2.1), полученная с учетом принятых допущений и ограничений (п. 2.1), учитывает наличие трех степеней свободы каждой неподрессоренной массы (колеса) относительно подрессоренной массы (корпуса) и шести степеней свободы корпуса машины относительно инерциальной системы координат.
Для описания общего случая криволинейного движения комплексной ММ МКМ были введены следующие системы координат:
СК-0: глобальная инерциальная система координат, связанная с площадкой испытательной трассы или нулем электронной карты местности;
СК-2: жестко связанная с корпусом, удобна для описания элементов исследуемого ТС относительно корпуса;
СК-1: промежуточная система, для преобразования соответствующих координат, упрощающая описание движения системы СК-2, относительно глобальной инерциальной системы СК-0;
СК-2т: траєкторная система координат, связанная с предполагаемой траекторией движения центра масс ТС. Рассогласование систем СК-2 и СК-2т отклонение исследуемого ТС от расчетной траектории, и является исходной информацией для работы систем стабилизации. Это позволяет исследовать как переходные процессы, а также режимы движения связанные с полным или частичным заносом, выход из допустимого коридора и т.п. Кроме того, возможным становится отработка на модели, алгоритмов систем стабилизации и САУ всеколесного рулевого управления;
СК-2И: временная инерциальная система, вводимая на каждом шаге вычислений, служит для упрощения численного эксперимента. Инерциальная система СК-2И представляет собой «след» подвижной системы СК-2, что существенно упрощает отладку модели при проведении численного эксперимента. При работе в системе координат СК-2И, справедливы уравнения динамики, кроме того, в уравнения входят малые компоненты, ввиду чего возможна замена тригонометрических функций на линейные, что экономит ресурсы оперативной памяти ЭВМ, и снижает требования к вычислительным ресурсам, а результаты вычислений при отладке могут быть легко проверены.
Созданная модель описывает пространственное движение по неровностям и учитывает возможность управления колесами, имеющими собственные углы установки и поворачивающиеся в процессе движения на различные углы, относительно исходного положения, рассчитываемые индивидуально для каждого колеса по сложным зависимостям. Для описания процессов возникающих в колесах МКМ при их взаимодействии с дорожной поверхностью, были введены дополнительные системы координат, связанные с каждым колесом. Данные системы координат представленные на рис.2.3, существенно упрощают как восприятие формального описания, так и отладку, и проверку корректности функционирования математической модели:
СК-3: вспомогательная подвижная система координат, сонаправленная с системой СК-2, совмещенная с центром масс колеса, служит для определения рассогласования с системой СК-4, жестко связанной с колесом;
СК-4: вспомогательная подвижная система координат, жестко связанная с колесом и задаваемая следующим образом: центр «С» системы СК-4, совмещен с центром масс колеса и соответственно с центром системы СК-3. Ось «С у» - перпендикулярна плоскости колеса, ось «С z» -вертикально вверх, т.е. сонаправлена с осями «О z» системы СК-0 и соответственно осью «См Z» системы СК-1, а ось «С х» системы СК-4, направлена вперед (острый угол между осью «См X», системы СК-2 и «С х» системы СК-4) таким образом, чтобы оси системы СК-4, образовывали правую тройку векторов.
Благодаря введению вспомогательных систем для общего описания движения корпуса СК-1, -2, -2т, -2И и систем СК-3, -4 для описания относительных перемещений элементов системы подрессоривания и взаимодействия колес с дорожной поверхностью, сложная система дифференциальных уравнений движения транспортного средства на маршруте, представляется в более простом виде. Данный вид представления модели удобен для формального описания, а также отладки и проверки адекватности комплексной модели.
В данной работе, при исследовании ВРУ, как подсистемы МКМ используются следующие системы координат: СК-2; СК-2И; СК-3; СК-4.
Для векторного преобразования при описании движения элементов исследуемого МКМ, для введенных подвижных систем координат, определяются матрицы перевода векторов (отображения) из одной СК в другую.
Для создания имитационной модели движения автомобиля рассмотрим сферическое движения жесткого корпуса автомобиля относительно ЦМ (начала подвижной системы координат) в поступательно движущейся системе координат с началом, связанной с ЦМ корпуса, в качестве обобщенных координат приняты углы Эйлера-Крылова. Действительно, возможен выбор в качестве обобщенных координат любых других координат, но, во-первых, данный способ описания достаточно хорошо проработан в классической теоретической механике, а во-вторых, данный способ описания движения корпуса традиционно принят, в теории движения автомобиля.
Таким образом, поскольку корпус, как твердое тело, участвующее в свободном движении, имеет шесть степеней свободы, для исследования его движения достаточно шести независимых дифференциальных уравнений динамики, для шести обобщенных координат.
Таким образом, при описании математической модели были использованы современные положения теории криволинейного движения транспортных средств, в том числе теория нелинейного увода шин Д.А. Антонова.
Разработанная математическая модель позволяет проводить исследования различных свойств МКМ с числом осей от 4 до 12 (ограниченно программно), различной их расстановкой по базе и различными схемами и алгоритмами функционирования этих схем РУ при криволинейном движении.
Автомобиль с колесной формулой 8x8 типа МЗКТ-7930
Основные результаты исследований МКМ с колесной формулой 8x8 типа МЗКТ-7930 для схем ВРУ с различными параметрами алгоритма управления приведены в табл. 5.. .7 и на рис. 3.1.
При выполнении «маневра» «Вход в круг» максимальная затрачиваемая мощность в приводе РУ при различных значениях параметров К и а3 наблюдается у схемы РСП-У, а наименьшие затраты мощности у схемы РСП-У С при т=2 (Рис. 3.1 а, б). Это объясняется наиболее интенсивным смещением полюса поворота при использовании схемы РСП-У и гиперболического закона управления (К=0,1), рис. 3.1а, приводящим к большей средней скорости поворота колес.
При использовании параболического закона управления (К=2) мощность для различных схем поворота при а3 =0,1 ...0,3 рад. практически не меняется (Nrc =128... 142,2%), рис. 3.16. Это связано с небольшим изменением положения полюса поворота (АХР=0,58...0,97 м) при всех схемах поворота. Причем наибольший разброс значений мощности составляет Nrc =142,2% и Nrc =129,6% при схемах РСП-У; а3=0,3 рад. и РСП-УС; а3=0,3 рад.; т=2 соответственно.
Из этого следует, что мощность, затрачиваемая в приводе ВРУ, напрямую зависит от закона изменения полюса поворота, и тем больше, чем шире диапазон изменения полюса поворота.
Коэффициент а3 исходного смещения полюса поворота так же влияет на затрачиваемую мощность в РУ, так как с увеличением а3 увеличивается диапазон изменения полюса поворота при использовании гиперболического закона управления (К=0,1), рис. 3.2, что в свою очередь приводит к увеличению затрачиваемой мощности в РУ. При использовании параболического закона (К=2) изменение а3 практически не приводит к изменению рабочего диапазона полюса поворота при углах поворота колес до 0,2...0,25 рад., а только изменяет его величину.
Несмотря на значительное увеличение мощности в ВРУ (до 160%) полная мощность, затрачиваемая автомобилем на криволинейное движение, на некоторых режимах ниже, чем при штатном РУ (рис. 3.3 а,б), за счет снижения потерь в трансмиссии. Кроме того, следует отметить, что повышение мощности в ВРУ и снижение мощности, затрачиваемой на криволинейное движение по абсолютным величинам отличается на порядок, поэтому в целом увеличение затрат мощности в ВРУ незначительно.
По результатам анализа полученных экспериментальных данных можно сделать следующие выводы: полная мощность, затрачиваемая автомобилем, тем меньше, чем ближе расположение полюса поворота к середине базы автомобиля, и наоборот, чем дальше расположение полюса поворота от середины базы, тем большая мощность затрачивается автомобилем на движение. Это можно объяснить увеличением углов увода колес при удалении полюса поворота от центра масс автомобиля, от которых напрямую зависит мощность, затрачиваемая автомобилем на криволинейное движение. При движении по деформируемым поверхностям мощность в трансмиссии дополнительно будет увеличиваться при удалении полюса поворота от середины базы за счет сдавливания большей площади грунта.
Так как положение полюса поворота ВРУ зависит от угла поворота задающего колеса, то полная мощность так же зависит от угла поворота колеса. Причем, если при фиксированном полюсе поворота полная затрачиваемая мощность увеличивается с увеличением углов поворота колес, то при изменяемом полюсе поворота она уменьшается с увеличением углов поворота колес.
Например, на рис. 3.4 показана полная затрачиваемая мощность автомобилем МЗКТ-7930. Параметры «маневра» следующие: скорость движения V=4,2 м/с (15 км/ч), радиус поворота R=10,7 м. Анализ данных на рис. 3.4 показывает, что мощность, затрачиваемая при использовании ВРУ с схемой РСП-У и гиперболическим законом (К=0,1 и а3=0,3 рад.), на 70% меньше, чем при использовании штатного РУ. Это подтверждает сделанные ранее выводы о прямой зависимости затрачиваемой мощности в трансмиссии от положения полюса поворота.
На рис 3.5 а,б показана зависимость затрачиваемой мощности автомобиля от угла поворота задающего колеса при фиксированном полюсе поворота. Из данных, представленных на рис. 3.5 а следует, что мощность, затрачиваемая в рулевом управлении, существенно зависит от радиуса поворота. Это объясняется тем, что с уменьшением радиуса поворота машины также уменьшаются радиусы поворота колес в связи с чем увеличивается момент сопротивления повороту колес. Полная мощность так же зависит от радиуса поворота, т.к. с увеличением углов поворота колес увеличиваются дополнительные потери на движение машины в связи с тем, что на машину при повороте действуют боковые силы, а следовательно, происходит увод колес, вызывающий дополнительную деформацию, скольжение элементов шины и потери в трансмиссии.
В результате исследований выявлено, что изменение скорости движения автомобиля незначительно влияет на отношение затраченной полной мощности автомобилем на криволинейное движение при ВРУ и штатной схемой управления с двумя передними управляемыми осями при фиксированном положении полюса поворота в обоих случаях. Данные исследования («маневр» вход в круг, длина переходной кривой Ln=15 м, радиус поворота Rn=35 м.) представлены на рис.3.6. На рис. 3.6 видно, что затраченная мощность существенно зависит от скорости движения, что вполне логично, т.к. определяется тяговой динамикой автомобиля. Однако с удалением полюса от середины базы полная затрачиваемая мощность на криволинейное движение увеличивается и практически одинакова для ВРУ и штатной схемой управления автомобиля МЗКТ-7930 при одинаковом фиксированном полюсе поворота. При увеличении скорости (кривые 2 и 4 на рис. 3.6) увеличиваются потери мощности при использовании не всеколесного управления с смещением полюса к середине базы, т.к. при этом значительно увеличиваются углы увода не поворотных осей.
На рис.3.7 а,б, представлены результаты моделировании «маневра» «переставка». По полученным результатам можно сделать следующие выводы. С увеличением коэффициента исходного смещения полюса затрачиваемая на криволинейное движение мощность в ВРУ уменьшается.
При использовании гиперболического закона управления (К=0,1) и схемы РСП-УС, мощность, с увеличением коэффициента а3 уменьшается незначительно (2..5%). При использовании схемы РСП-У мощность на криволинейное движение в ВРУ, с увеличением коэффициента а3 снижается существенно (на 33%). Максимальная мощность в ВРУ затрачивается при использовании схемы РСП-УС с параметром т=2, т.к. при этом законе полюс поворота смещается практически в середину базы. Это приводит к существенному увеличению углов поворота колес задних осей.
При параболическом законе управления (К=2) мощность, затрачиваемая в рулевом управлении, практически не изменяется при изменении коэффициента а3 и схемы управления и находится в пределах 101,2... 104,8%. Это обусловлено небольшим смещением полюса поворота во всем диапазоне «маневра» (АХП 0,5 м).
Небольшое увеличение мощности в ГС ВРУ (по сравнению с штатной схемой управления) при параболическом законе управления происходит из-за того, что полюс поворота ВРУ находится в районе задней оси и следовательно углы поворота колес задних осей невелики.
Полная мощность, затраченная автомобилем на криволинейное движение при различных законах управления показана на рис. 3.8 а,б. Анализ данных, представленных на рис. 3.8 показывает, что мощность, затраченная при штатной схеме управления выше, чем при использовании ВРУ, за исключением схемы РСП-У с гиперболическим законом управления (К=0,1) и коэффициентом а3=0,3 рад., разница у которой не превышает 1%.
Меньшие затраты мощности при использовании ВРУ объясняются меньшими углами увода колес. Углы увода зависят от скорости поворота колес, которая при выполнении «маневра» «переставка» в 1,5...2 раза выше, чем при «маневре» «вход в круг». Поэтому при «маневре» «переставка» положение полюса поворота играет меньшую роль в затратах полной мощности, и, соответственно, пиковая мощность в рулевом приводе увеличилась.
Макет с колесной формулой 12x12
Результаты проверки основных параметров системы (рис. 4.3,4.4, 4.7 и 4.8) после проведения настроечных операций приведены в табл. 9.
В табл. 9 приняты следующие обозначения: ирк (В) - интегральный сигнал датчиков положения руля; UBX упр (В) -управляющий сигнал на входе контуров управления положением колеса 1л...6п; 1л...6п - порядковые номера колёс объекта; фкол (град) - угол поворота колеса.
Остальные параметры контуров, приведенные в табл. 9, зафиксированы для проведения анализа состояния входящих в состав КРСС КМ блоков и устройств перед началом испытаний и на последующих этапах работ, а так же для разработки рекомендаций и предложений в ТЗ на проектирование ВРУ.
По результатам статических испытаний ВРУ получено подтверждение о соответствии параметров, полученных расчетным путем и использованных при проектировании фактически существующим в реальной конструкции. На этом основании было принято решение о допуске макетного образца к дорожным испытаниям.
Фрагменты дорожных испытаний в процессе перегона представлены на рис. 4.24- 4.25.
Для обеспечения вписываемости ходового макета в дорожную сеть реализован один закон управления с полюсом поворота на 4-й оси. С учетом того, что базы передней и задней тележек отличаются друг от друга (колеса задней тележки разнесены), полюс поворота, в данном случае, находится вблизи центра колесной базы объекта, измеренной по крайним осям. Радиус поворота, при этом, близок к минимально возможному.
По результатам испытания макет 12x12 показал вполне удовлетворительную вписываемость во все габаритные коридоры дороги при поворотах.
ВРУ обеспечило уверенное криволинейное движение макета с колесной формулой 12x12 длинной 24 м и в сцепке с двумя тягачами в условиях маневрирования на территории предприятия и дорожных условиях маршрута движения г. Коломна - г. Бронница Московской обл. протяженностью 150 км.
Сам процесс управления макетом, по сравнению с прототипом, осуществлялся несравненно проще, удобнее и, практически, не потребовал адаптации водителя (адаптация того же водителя к управлению объектом Э79085 потребовала около недели).
В ходе дорожных испытаний макета в составе ВРУ выявлен целый ряд конструктивных недостатков, касающихся удобства работы водителя и надежности отдельных элементов гидравлической системы рулевого управления в части их теплонагруженности.
В целом статические и пробеговые испытания макета с колесной формулой 12x12 показали следующее: направление доработки ВРУ МКМ по результатам испытания шасси Э79085 выбрано правильно. Переход от самолетной системы управления (штурвальная колонка самолета на Э79085) к управлению автомобильного типа (рулевая колонка ВАЗ - на макете 12x12) практически исключили необходимость адаптации водителя к ВРУ. Изменение гидравлической системы ВРУ позволило исключить громоздкую насосную станцию и использовать гидравлические агрегаты с приемлемыми для автомобиля массово-габаритными параметрами. Вместе с тем, испытания выявили необходимость введения в конструкцию ГС системы охлаждения (рассеивания диссипативных потерь) или системы управления насосом с его разгрузкой на холостом ходу, управления клапаном кольцевания, а так же необходимость других конструктивных изменений, которые должны быть использованы в ходе ОКР; научные предпосылки, созданные в ходе данной работы (главы 2 и 3), позволили создать реальную конструкцию ВРУ макета 12x12 и обеспечили оперативное научно-техническое сопровождение проектирования и изготовления работоспособного всеколесного рулевого управления ходового макета многоосной колесной машины особо большой грузоподъемности; математическая модель криволинейного движения МКМ (глава 2) требует незначительных уточнений и может быть использована как теоретический инструмент при проектировании ВРУ и как основа в дальнейших исследованиях в данном направлении.
После совершения перегона проведены лабораторные работы в объеме статических испытаний с целью оценки стабильности настройки всех параметров системы ВРУ, а так же для использования в дальнейших теоретических исследованиях определены передаточные отношения кинематики привода РУ. В качестве регистрирующей аппаратуры использовался БВК, входящий в состав системы ВРУ.
Результаты лабораторных работ после перегона в объеме статических испытаний подтвердили способность системы ВРУ к стабильности заданных перед пробеговыми испытаниями настроек ее параметров.
Результаты исследований передаточного отношения представлены в табл.10.
В табл. 10 приняты следующие сокращения: Upy - напряжение датчика рулевого колеса; Ифд - напряжение на датчике фазового детектора; фк - угол поворота колеса; Фдос - угол поворота ДОСк; Хц - ход штока цилиндра.
По результатам измерений были найдены зависимости (Рис.4.28 - 4.30) между ходом штока гидроцилиндра, углом поворота колеса, углом поворота ДОСк и задающим сигналом от датчика рулевого колеса.
Из полученных результатов следует, что зависимости угла поворота колеса от угла поворота рулевого колеса и угла поворота датчика носят практически линейный характер. Что и было использовано при проверочных (уточняющих) расчетах отдельных положений предложений в ТЗ на ВРУ.
