автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Метод повышения эффективности полноприводных автомобилей с учетом негативного влияния движителя на грунт

На правах рукописи УДК 629.113

ПЕРЕЛАДОВ АЛЕКСЕИ СЕРГЕЕВИЧ

МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛНОПРИВОДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ С УЧЕТОМ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ДВИЖИТЕЛЯ НА ГРУНТ

Специальность 05.05.03 — Колесные и гусеничные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2004 г.

Работа выполнена в

ОАО «Инновационная фирма «НАМИ-Сервис»

Научный руководитель:

Доктор технических наук Шухман Сергей Борисович

Доктор технических наук, профессор Кутьков Геннадий Михайлович

Официальные оппоненты:

Кандидат технических наук Чистов Михаил Павлович

Ведущая организация

ФГУП «НИЦИАМТ»

Защита состоится « 9 » декабря 2004 года

в 14 час. 00 мин. на заседании Диссертационного совета Д212.140.01 при Московском государственном техническом университете «МАМИ» по адресу: 105839, г.Москва. ул. Б.Семеновская. 38. МГТУ «МАМИ». ауд. Б-304.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке МГТУ «МАМИ» по адресу: г.Москва. ул. Б.Семеновская. 38. МГТУ «МАМИ».

Автореферат разослан ноября 2004 г.

Ученый секретарь / /

диссертационного совета ^

доктор технических наук, профёссор I Т /С.В.Бахмутов/

Общая характеристика работы.

Актуальность исследования. На сегодняшний день проблема вредного воздействия на окружающую среду приобрела во всем мире значимость движущей силы прогресса. В нашей стране, значительные пространства которой имеют слаборазвитую дорожную сеть, когда движение возможно только на полноприводных автомобилях, практически вне дорог возникает проблема разрушения естественного покрова земли, т.е. вопросы экологической безопасности с точки зрения вредного воздействия автомобиля на грунт. Долгие годы развитие конструкции полноприводных автомобилей осуществлялось только в направлении повышения показателей проходимости. С этой точки зрения рассматривались и параметры взаимодействия движителя с опорной поверхностью. Экологическая составляющая этого процесса, т.е. разрушение почвы вообще не рассматривалась. Не исследовались практически и конструктивные показатели автомобилей, влияющие на этот процесс: компоновка, схемы раздачи мощности по ведущим колесам и мостам, сцепные свойства движителей и т.д. В то же время, при разработке сельскохозяйственной техники ведется работа по учету требований сохранения урожайности сельскохозяйственных угодий.

Отличительной особенностью при движении автомобиля вне дорог является то, что при не рациональной работе системы «двигатель -трансмиссия - движитель» происходит «избыточное» разрушение опорной поверхности и как следствие — ухудшение проходимости автомобиля.

Конструкция современного полноприводного автомобиля должна отвечать не только общим требованиям повышения эффективности движения, но и снижению экологического ущерба наносимого движителем автомобиля. Причем данная проблема не может рассматриваться как узкоспециализированная, но стоящая в перспективе развития автомобильного транспорта в целом в свете существующих тенденций его развития.

Необходимо разрешить существующее внешнее противоречие между остро стоящей необходимостью повышения эффективности конструкции полноприводного автомобиля и внутреннее противоречие - отсутствие методов экологической оценки и расчетных зависимостей для определения параметров конструкции автомобиля с точки зрения снижения вредного воздействия на грунт.

Изложенное и определяет актуальность темы диссертации.

Цель работы: На основании теоретических и экспериментальных исследований разработать методы, позволяющие осуществить выбор конструктивных решений систем силового привода ведущих колес и компоновки автомобиля с целью снижения разрушающего воздействия движителя на грунт при обеспечении достаточного уровня проходимости.

Объектом исследования является полноприводный автомобиль.

Методы исследования. Выполненные в работе исследования бази-

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ^

БИБЛИОТЕК^ | 2

ровались на основных положениях фундаментальной теоретической механики, теории грунтов, прикладной теории автомобиля, методах инженерного эксперимента, теории вероятности, математического анализа и проводились на базе общего метода системного анализа. В работе нашли применение логический метод, анализ и синтез, математическое моделирование с использованием аппарата математической статистики.

Автор защищает:

новый экологический критерий оценки конструкции автомобилей, предназначенных для эксплуатации вне дорог с твердым покрытием;

комплекс аналитических зависимостей для определения параметров, характеризующих процесс движения автомобиля по деформируемому грунту (мощность сопротивления качению, глубина колеи, величина буксования каждого из колес и т.д.) а также изменения параметров грунта при последовательном проходе колес по колее;

методику оценки разрушающего воздействия колесного движителя автомобиля на грунт;

математическую модель движения автомобиля по грунтовому маршруту, позволяющей комплексно решить задачу снижения разрушающего воздействия движителей автомобиля на грунт за счет компоновочных решений и распределения мощности по ведущим мостам;

влияние конструктивных параметров на показатели проходимости и воздействия на грунт, влияние типа привода на эти показатели.

Все вышеперечисленное характеризует новизну диссертационной работы.

Квалификационная формула работы. В данной диссертационной работе на основе выполненных автором исследований, осуществлено решение научной проблемы, имеющей важное научно - практическое, народнохозяйственное значение, заключающееся в создании методики оценки воздействия движителя на грунт, позволяющей на стадии проектирования конструкции колесных машин (а также при модернизации существующих образцов) обеспечить существенное повышение экологических характеристик полноприводного автомобиля при движении по грунтам вне дорог.

Достоверность результатов проведенных исследований подтверждается объемными расчетно-экспериментальными исследованиями по проверке теоретических положений, с достаточной для инженерных расчетов сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Практическая ценность. Предлагаемые методы исследований позволяют при проектировании полноприводных колесных машин:

- снизить вредное воздействие на почву, тем самым обеспечить более высокий уровень экологической безопасности автомобилей;

з

- принимать компоновочные решения с учетом наиболее рационального с точки зрения разрушающего воздействия на грунт распределения массы по осям автомобиля и определять передаточные отношения межосевых дифференциалов для машин с механической трансмиссией, а для автомобилей с «гибкими» трансмиссиями — определять алгоритмы системы автоматического управления трансмиссией.

Реализация результатов исследования. Основные результаты диссертационной работы реализованы:

- в техническом проекте создания полноприводного автомобиля 6x6 с гидрообъемной трансмиссией и системой её автоматического управления;

- в РД 37.083.002-2004 Разрушающее воздействие полноприводного автомобиля на грунт. Критерии оценки. Методы определения.

- в ГОСТ Р В 52048-2003 «Автомобили многоцелевого назначения. Параметры проходимости и методы их определения».

Апробация работы. Материалы диссертации в различное время в период с 2000 по 2004 годы были рассмотрены и обсуждены:

- на 37-ой конференции ААИ «Развитие аналитических исследований и конструкции автотранспортных средств», Дмитров. 2002г.- на конференции, посвященной 100-летию ААЛипгарта в МГТУ им. Баумана, 2002 г.;

- на заседании кафедры «Специальные автомобили и бортовые информационно-управляющие системы» МГАПИ 25.10.2002 г.

- на 42-ой международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиль и окружающая среда» г. Дмитров. 4.06.2003 г.

- на постоянно действующих научных семинарах Инновационной фирмы «НАМИ-Сервис»;

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 8 печатных трудах автора.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов к работе, списка использованных источников в количестве 127 трудов и 2 приложения. Работа содержит 189 страниц машинописного текста, включая 24 таблицы и 33 рисунка.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы научная проблема, цель и задачи диссертационной работы.

В первой главе «Состояние вопроса и постановка задач исследования» проводится анализ основных теоретических разработок по направлениям «теория взаимодействия движителя с опорной поверхностью», «теория движения полноприводного автомобиля» и работ, связанных с оценкой разрушающего воздействия колесного движителя на грунт. Данный анализ проводится с целью обоснования исследований, проводимых в диссертационной работе.

Изучению теории движения автомобиля в т.ч. по бездорожью посвящены работы ученых: Е.А.Чудакова, Я.С.Агейкина, ПВ.Аксенова, Л.В.Барахтанова, С.В.Бахмутова, Н.Ф.Бочарова, Б.Н.Белоусова, В.В.Ванцевича, Р.В. Вирабова, О.И.Гируцкого, А.И.Гришкевича, В.Н.Добромирова, Ю.А. Ечеистова, Н.Т.Катанаева, А.Л.Карунина, Н.И.Коротоношко, Г.О. Катаева, Г.М.Кутькова, С.Г. Макарова, В.И.Митрофанова, В.Н.Наумова, ВАПетрушова, Ю.В.Пирковского, В.Ф.Платонова, И.А.Плиева, А.Ф.Полетаева, А.А.Полунгяна, Г.А.Смирнова, А.Ф. Старикова, М.П.Чистова, В.М.Шарипова, СБ. Шух-мана, Н.Н.Яценко и других.

Зарубежную школу представляют М.Г. Беккер, Г.Ситка, Юнг-Вонг, А.Солтинский, Krick G., Margolis D.L., Frank A.A. и др.

Вопросы повышения экологической безопасности также были и остаются в центре внимания отечественных и зарубежных специалистов.

Проблемы негативного воздействия движителей на грунт, нашли отражение в трудах B.C. Гапоненко, А.М. Гуревича, И.П.Ксеневича, Н.П. Липецкого, Н.С. Матюка, М.И. Ляско, Э.Ю. Нугиса, И.С. Рабочева, ВА.Русанова, В.А. Скотникова, Р.Ш. Хабатова, АП. Шехурдина, D.B. Davies, F. Pollard, B.D. Soane, W.B. Voorhees и других отечественных и зарубежных специалистов.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе поставлены следующие основные научно-технические задачи, вытекающие из современного состояния научной проблемы:

1. Получение теоретически обоснованных аналитических и экспериментально подтвержденных зависимостей для оценки величины колее-образования и буксования движителя в процессе движения полноприводного автомобиля по деформируемому грунту.

2. Разработка методики расчетной оценки разрушающего воздействия колесного движителя автомобиля на грунт.

3. Разработка математической модели движения автомобиля по деформируемому грунту с учетом разрушающего воздействия движителя на грунт.

4. Определение наиболее рационального, с точки зрения уровня разрушающего воздействия на грунт автомобиля, соотношения распределения массы и параметров силового привода ведущих колес с учетом назначения и предполагаемых условий его эксплуатации.

5. Оценка различных схем трансмиссий полноприводных автомобилей по сочетанию параметров «проходимость - уровень воздействия на грунт».

Целью второй главы «Качение колеса по деформируемому грунту» является определение аналитических зависимостей, характеризующих величину колееобразования и буксования одиночного колеса с эластичной шиной при качении по деформируемому грунту в функции:

- параметров колеса;

- параметров грунта;

- режимов качения колеса;

- вертикальной нагрузки на колесо,

а также определение зависимостей изменения характеристик грунта после прохода колеса.

Одной из основополагающих зависимостей в теории качения колеса по деформируемому грунту является функция радиуса качения колеса от величины продольной силы и подведенного крутящего момента Распространенный линейный вид вышеупомянутых зависимостей не адекватно характеризует процесс качения колеса по деформируемому грунту в условиях, когда: во-первых, колесом может быть реализована максимальная тяга, а во-вторых, величина буксования может достичь 100%, что ведет к так называемому «буксованию на месте», т.е. потере подвижности.

Сформулируем требования к аналитической зависимости

- адекватность реальному физическому процессу взаимодействия колеса с грунтом в диапазоне - ... О ... 5рма» где значение коэффициента буксования соответствует ведомому режиму качения колеса, а соответствует максимальной силе тяги;

- состав параметров, входящих в зависимость г, = /(Л/,) должен быть ограничен только теми величинами, по которым накоплена достаточная по охвату различных грунтовых оснований экспериментальная база, а именно: Л,^ гт, 5р„шх, Мрмах , где Лщ. - тангенциальная податливость пары «шина-грунт»; радиус качения колеса в ведомом режиме;

буксование колеса, соответствующее моменту реализации максимальной силы тяги Рк Мр^^ — подводимый к колесу крутящий момент в режиме реализации максимальной силы тяги

<ьк

амк

¿гк

ам.

= 00 (при мк=мРтах).

вида:

Данным требованиям удовлетворят предлагаемая зависимость

МР шах ( " ------

м.

Мр

(гК,

(1)

'Ртах /

где радиус качения колеса, соответствующий моменту реализа-

ции максимальной силы тяги;

На рис. 1 отражены экспериментальный и расчетные виды зависимости г, = /(Л/,)для колеса с шиной 12.00-18 при его движении по суглинистой пахоте.

0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20

0.15

ч. '■ Ч в'

1 1

О О 1

ч <

> • '»» ..»ДА

- [с о;!

/ ¡°

9

-200 -100

100 200 300 М„ Нм*10?

400 500

600

Рис.1 Изменение радиуса качения от щтящего момента на колесе с ишной

12.00-18 (рт=1.4 кПа; вг = 12800Н) по суглинистой пахоте (с=0.027, ]х=0.75); .?.......ь... эксперимент;

-------- расчет по зависимости

----- расчет по зависимости (1)

На рис. 1: с — коэффициент пропорциональности (показатель, характеризующий начальное сопротивление грунта на глубине 0,01 м);

¡л - показатель степени, характеризующий закон изменения сопротивления грунта вдавливанию.

Зная радиус качения каждого из колес автомобиля в процессе его движения по деформируемому грунту, а также величину «начального радиуса качения», мы можем определить величину буксования каждого из колес:

здесь Ут и гкн — линейная скорость и радиус качения колеса без буксования, т.е. в начальном режиме;

¥к и гк - фактические значения линейной скорости и радиуса качения колеса;

Величина бусования, является одним из двух осовных факторов, определяющих степень разрушающего воздействия движителя на грунт. Вторым фактором является глубина образуемой колесом колеи. Для ее определения необходимо знать мощность, затрачиваемую на качение эластичного колеса по деформируемому грунту. В диссертации использована зависимость, полученная М.П. Чистовым и Ю.В. Пирковским, которая после преобразований может быть представлена в виде:

= Ю* г^-"^кгэкв (1 - 5)сЬН 1 - -Л- +

^ и +1 2(2« + 1) ' (3)

где Щь - мощность сопротивления качению колеса эквивалентного радиуса по деформируемому грунту;

|г„ — геометрический радиус эквивалентного жесткого колеса; Ь — ширина обода колеса;

пик— коэффициенты, характеризующие траекторию перемещения точек обода жесткого колеса.

Мощность сопротивления качению колеса по деформируемому грунту является составляющей баланса мощности колеса (современные исследования СБ. Шухмана и Ю.В. Пирковского):

+6)к{Рг„+Рк1гкн-Гк)+6)к{Рл,+РкУк, К/к = М/н + ак{р/н + Рк Хг*я " ■»■« ) + »« V«, (4)

где - мощность сопротивления качению колеса в начальном

режиме;

- дополнительная сила, которая, действуя совместно с крутящим моментом, обеспечивает движение колеса в начальном режиме;

Приравняв зависимости (3) и (4), можно получить искомую величину глубины колеи Ндля любого режима качения эластичного колеса по деформируемому грунту из системы уравнений:

здесь: гош- свободный радиус шины; Ьг — нормальный прогиб шины; Сш — радиальная жесткость шины;

На рис.2 представлены результаты расчетов по формуле (5) и экспериментов качения одиночного колеса по суглинистой пахоте (с=0.029; !М=0.75), подтверждающие удовлетворительную точность предложенной формулы.

0.18

0.16

0.14

0.12

0.10

0.08

0.06

0.04

0.02

* //

A Zf // /

▲ / у/ /А

ft ' 1 f

\ i'y. /г

* Г /у

1 я

— эксперимент

\£ -- . - ра счет

-10

10 20 30 40 S,%

SO

Рис. 2. Экспериментальные и расчетные зависимости величины Н при качении по суглинистой пахоте (с = 0.029 МПа, ц = 0.75) колеса с шиной 13.00-18 модели И-112. вк = 10000И. (1: р„ = 0.3 МПа; 2: р„ = 0.2 МПа; 3: рк = 0.1 МПа).

Несовпадение экспериментальной и расчетной величин не превышает 6-8% (при S = 30-35%).

При определении характеристик грунта и характеристик взаимодействия пары «шина-грунт» при последовательных проходах по колее использовалось известное выражение для с, =см(Лм +1)" (где i — индексно-мера последовательных проходов; Ai-i — величина, численно равная относительной глубине колеи, образуемой колесом предыдущего прохода ). В работе предложена теория изменения величины ц, при последовательных проходах колеса по колее.

Исследования, проведенные такими учеными как Беккер М.Г., Чистов М.П. подтверждают, что как для статических, так и для динамических повторных нагрузок на грунт при возрастании д. Здесь: q — величина удельного давления на грунт; «„,» соответствует i-ой повторной нагрузке, а «j» соответствует зависимости «нагрузка-осадка» при непрерывном нагружении.

Для получения зависимости до при последовательных проходах колеса по колее было выдвинуто предположение что для уплотняемых грун-

тов существует некоторое значение для которого:

Исходя из этого было получено выражение для величины /4 при последовательных проходах колеса по колее:

ы

где - соответствуют исходному недеформированному состоянию

грунта;

- соответствуют деформированному предварительно на глубину состоянию грунта;

В последнем разделе второй главы рассмотрены экспериментальные исследования качения одиночного колеса по опорным поверхностям. Удовлетворительное совпадение экспериментальных и теоретических зависимостей подтверждает возможность использования предлагаемых в работе аналитических зависимостей описания процесса качения эластичного колеса по деформируемому грунту при дальнейшем рассмотрении движения многоосного автомобиля в целом.

В третьей главе «Движение автомобиля по деформируемым грунтам» сформулированы закономерности функционирования системы «трансмиссия - движитель», рассмотрены воздействующие на автомобиль силовые факторы, при прямолинейном и криволинейном движении

При рассмотрении криволинейного движения автомобиля получены аналитические выражения для определения мощности сопротивления качению автомобиля в повороте на грунте, сопротивления качению колеса при наличии бокового увода; работы силы сопротивления грунта сдвигу или бульдозерного сопротивления; работы сил трения боковины колеса о грунт в процессе поворота. Рассмотрен весь комплекс параметров, которые необходимо учитывать в условиях частичного совпадения колеи колес последовательных мостов автомобиля.

Разработана имитационная математическая модель движения автомобиля по грунту.

Предложена типизация параметров грунтов для описания грунтового маршрута движения.

Для определения степени разрушающего воздействия на грунт, в третьей главе разработаны и обоснованы представительные маршруты, состоящие из типовых грунтовых поверхностей.

Полученные в третьей главе диссертационной работы закономерности и алгоритмы позволили создать аналитическую базу для проведения расчетных исследований влияния рассматриваемых конструктивных фак-

Я.

ю

торов (распределение массы по осям и параметры трансмиссии) на глубину образуемой колесами автомобиля колеи, затрачиваемую на движение мощность двигателя и величину буксования колес движителя при движении по заданному, представительному для данного автомобиля, маршруту.

В четвертой главе диссертационной работы «Воздействие движителя автомобиля на грунт» разработан критерий, позволяющий уже на стадии проектирования количественно оценить с экологической точки зрения процесс движения по деформируемому грунту автомобилей с различными схемами трансмиссий и распределением массы по осям.

Наиболее комплексным показателем, поддающимся количественной оценке и характеризующим результат воздействия движителей автомобиля на грунт является снижение репродуктивных возможностей почвы (как синонимы - «угнетение растительности» или, в частном случае, уменьшение биологической урожайности). Эти проблемы изучались специалистами в области сельскохозяйственной мобильной техники, а также, частично, при проектировании транспортных средств, предназначенных для эксплуатации на Крайнем Севере.

В основе предлагаемой методики оценки лежит коэффициент воздействия колесного движителя на почву учитывающий влияние как уплотнения почвы в вертикальном направлении, так и сдвиг и вынос части грунта вследствие буксования движителей, т.е.

где Кн - составляющая коэффициента, зависящая от глубины прокладываемой колесным движителем автомобиля колеи (Н);

составляющая коэффициента, характеризующая разрушающее воздействие от буксования движителей (в). Получены следующие выражения для Кн и К,:

где - коэффициенты, характеризующие деформационные

свойства грунта;

Лн1 и Р - корреляционный коэффициент и показатель степени, полученные в результате анализа влияния глубины, образуемой колесом колеи на последующее развитие основных видов дерновых покровов среднеевропейской части РФ и ряда сельскохозяйственных культур.

По результатам обработки массива экспериментальных данных, накопленных специалистами в области сельского хозяйства, диапазон изменения принят А/,/ - 8.5 10"9... 2.510"8, м2/Н; /?- 2.7 ... 3.2.

А/,2 - величина, численно равная глубине прокладываемой автомобилем колеи, м.

К$=1, при

и

_1-----г, при Я0< Я

■^лЛ^-М йо)

К8=0, при«>5и;

где ха - принятое условное пороговое значение буксования движителя, превышение которого ведет к существенному увеличению показателя Кте.

зм - величина буксования движителя, соответствующая 100%-му срезу слоев грунта грунтозацепами.

Для определения величины Ктв как функции двух составляющих — уплотняющего воздействия на почву и разрушающего эффекта вследствие буксования колеса в диссертационной работе была использована логика максимально возможного ущерба в формулировке «снижение репродуктивных возможностей почвы» после воздействия на неё движителем автомобиля.

Тогда для каждого из колес автомобиля:

Рис. 3. Общий вид зависимости коэффициента К^от буксования ($) и от глубины прокладываемой колеи (Н).

Физическим смыслом полученного оценочного показателя является его взаимосвязь со снижением репродуктивных возможностей почвы по сравнению с ее естественным природным состоянием при отсутствии всякого механического воздействия на нее. Таким образом: Кт, = 0 - отсутствие воздействия; Кпчв = 1 - воздействие движителя на грунт несовместимо с восстановлением нормальных процессов жизнедеятельности в следе в течение как минимум одного года. Следует отметить, что оценка, в данном случае, с экологической точки зрения комплексная, и, что очень важно, степень разрушающего воздействия движителя автомобиля на грунт оценивается с помощью общепринятых в теории движения автомобиля по грунту показателей системы «Движитель - Опорная поверхность» Коэффициент Кт1, учитывает режимы работы автомобильного колеса, оценивая влияние величины буксования на степень разрушающего воздействия на грунт. Это дает возможность сравнения, например, показателя проходимости автомобиля Кт „ш и данного экологического показателя в единой системе координат.

На рис. 4 приведены результаты расчета Кпчв и Кттах, для автомобиля ВАЗ-2121 с шинами ВлИ-5, движущегося равномерно с малой скоростью по среднесуглинистому грунту с блокированным межосевым приводом, иллюстрирующий один весьма важный вывод: при незначительное (до 7%) увеличение силы тяги ведет к существенному (в 1.5 раза и более) росту показателя Ктв. Здесь отчетливо проявляется влияние приоритетности задачи, которая может быть сформулирована так: какой уровень проходимости нужен для конкретного автомобиля? Если автомобиль - армейского назначения, то ясно, что превалирует показатель проходимости, т.е. Ктмах и «экологией» придется поступиться; если же он предназначен для работы в лесном, сельском хозяйстве или для использования в качестве массового вседорожного полноприводного автомобиля, то весо-

мость показателя экологичности (Кте) важнее.

0.6

0.4

0.2

* • - — - '"s.

У _ X У

0.6

0.4

0.2

О 0.05 0.10/0.15 0.20 0.25 0.30 0.35

Ло s t

Рис. 4. Сравнение показателей КТтах и Кпче в зависимости от ветчины буксования движителя.

Расчетные значения коэффициента Л"„чв некоторых колесных машин типа 4x4 приведены в таблице 1.

Таблица 1

Модель Размер- Марка шины Полная Рас- К-Ц4в

автомобиля ность ши- масса преде-

ны авто- ление

моби- масс,

ля, кг G,/G„

ВАЗ-2121 (Нива) 175/70 RI 6 ВлИ-5 1550 0.483 0.108

УАЗ 3165 215/75 RI 6 Я 484 2530 0.420 0.151

УАЗ 3162 215/75 R16 Я 484 2820 0.418 0.176

Toyota Land Cruiser 100 275/70 RI 6 Bridgstone D693 3260 0.394 0.140

BMW X5 4.4i 235/65 RI7 Michelin Alpin 2650 0.520 0.153

FORD Maverick 215/65 RI 6 Pirelli Scorpion А/Г 1970 0.495 0.111

HUNDAI Terracan 255/70 RI 6 Michelin 4x4 XPC 2550 0.448 0.113

Range Rover 255/55 RI 8 Fulda Yykon 3050 0.393 0.150

Land Rover Defender 245/75 RI 6 Bridgstone D693 2950 0.407 0.148

FORD Explorer 255/70 RI 6 Bridgstone Dueler 2649 0.457 0.121

Примечание: условия движения - суглинистый грунт средней влажности (20%). (с =

0.035, ц = 0.77; Ам = 1.331СГ2; р = 2.9);

В пятой главе диссертационной работы «Изменение параметров трансмиссии и распределения массы по осям, обеспечивающее снижение разрушающего воздействия на грунт» найдены оптимальные значения указанных параметров с точки зрения минимизации разрушающего воздействия движителя автомобиля на грунт при обеспечении достаточного уровня проходимости. Рассмотрены автомобили с механическими и «гибкими» трансмиссиями. Результаты получены с использованием разрабо-

тайной имитационной математической модели движения автомобиля по представительному грунтовому маршруту.

В пятой главе сформулирована следующая цель повышения эффективности конструкции полноприводного автомобиля (в свете решаемых в данной работе задач): обеспечить в имеющихся условиях движения (характеристики опорной поверхности) устойчивую заданную скорость движения, при этом снизив до минимально возможного значения степень разрушающего воздействия на грунт, которая может быть оценена предлагаемым критерием

Были проанализированы возможности снижения разрушающего воздействия на грунт автомобилей с механическими трансмиссиями. В качестве базовых использованы параметры автомобилей типа 4x4 УАЗ-3162, Урал-43206 и ЗИЛ-4327.

Первоначальный расчет проводился по выявлению степени влияния каждого из двух основных рассматриваемых в работе параметров автомобиля на степень разрушающего воздействия на грунт по отдельности, т.е. влияние распределения массы по осям и влияние характеристик механической раздаточной коробки.

Таблица 2

Влияние распределения массы по осям автомобиля типа 4x4 с механической трансмиссией на степень разрушающего воздействия на грунт.

Параметр ' УАЭ-3162 Урал-43206 ЗИЛ-4327

Существующие

/ъ 0.418 0.381 0.392

Кпчвт 0.176 0.313 0.287

Рекомендуемые

опт / А 0.341 0.368 0.366

Кпчв(С) 0.152 0.291 0.254

Таблица 3

Влияние передаточных отношений механизмов межосевого привода ав-

томобилей типа 4x4 на степень разрушающего воздействия на гоунт

Автомобиль Параметр ' ■___ УАЭ-3162 Урал-43206 ЗИЛ-4327

1 2 3 4

Существующие

т2/ /а, 1.000 1:1.000 1.000

Продолжение таблицы 3

1 2 3 4

Кпчй(0) 0.176 0.313 0.287

Рекомендуемые

&г/ /т, 0.898 1:0.921 0.890

^пчв(ео) 0.164 0.301 0.260

Проведен комплексный расчет по определению наиболее благоприятного с точки зрения разрушающего воздействия на грунт сочетания

исследуемых параметров: Результаты расчета приведены в таб-

лице 4.

Таблица 4

Снижение разрушающего воздействия на грунт полноприводных автомобилей типа 4x4 с механическими трансмиссиями за счет изменения передаточных отношений механизмов межосевого привода и распределения

массы по осям

__Автомобиль Параметр ~~~— УАЭ-3162 Урал-43206 ЗИЛ-4327

Ом1 опт/ 0.362 0.370 0.369

<о2/ /т, 0.882 0.917 0.887

Кпчв(в.а) 0.146 0.272 0.250

Снижение Кпчв по сравнению с существующими конструкциями, % 17.0% 13.1% 12.9%

Полученные результаты могут быть использованы при проектировании последующих образцов автомобилей с механическими трансмиссиями подобного типа и модификаций существующих образцов. К числу последних могут относиться автомобили, специализированные для перевозки конкретного оборудования со стабильными весовыми характеристиками и в этом случае распределение массы по осям автомобиля в целом может зависеть только от схемы расположения перевозимого оборудования. Эта задача является гораздо менее сложной в конструктивном исполнении, чем изменение компоновки существующих образцов автомобилей.

В главе также рассмотрены возможности «гибкой» трансмиссии, не связанной внутренними ограничениями.

Принципиальная расчетная схема по определению эффективности использования «гибкой» трансмиссии с точки зрения разрушающего воздействия автомобиля на грунт была основана на расчете среднего отклонения критерия автомобиля с механической трансмиссией (базовые схемы - автомобили УАЗ-3162, Урал-43206 и ЗИЛ-4327) в сравнении с Кте того же автомобиля, но с «гибкой» трансмиссией.

В отличие от модели движения автомобиля по маршруту с заранее известными характеристиками опорного основания, на практике необходимо реализовать закон управления «гибкой» трансмиссией по комплексу наблюдаемых в процессе движения параметров.

В работе рассмотрен следующий критерий, по которому может быть реализован алгоритм управления трансмиссией по комплексу наблюдаемых параметров:

Зависимость при условии постоянства линейной скорости

(У„ = const) была представлена как:

здесь гт — начальный радиус качения колеса - единственный ненаблюдаемый в процессе движения автомобиля (реальные условия) параметр.

Общая ошибка в расчетах, полученная при замене величины гт свободным радиусом шины не превысила 4%.

Результаты расчетов, полученные для автомобилей с трансмиссиями, управляемыми по закономерности (14) показали близость значений минимума разрушающего воздействия на грунт и минимума величины мощности, необходимой для движения^^^обиля с заданной скоростью. Расчетное отклонение соотношения не превысило 6%.

Мк{1-1)

Шестая глава посвящена экспериментальным исследованиям. При постановке экспериментальных исследований ставились следующие задачи:

1. Подтвердить достоверность аналитических исследований изменения параметров грунта при последовательном проходе колес по колее.

2. Подтвердить достоверность аналитических исследований влияния алгоритмов управления трансмиссией на глубину прокладываемой автомобилем колеи.

3. Подтвердить достоверность аналитических исследований влияния алгоритмов управления трансмиссией на величины буксования каждого из колес автомобиля.

Объектом испытаний явился макетный образец автомобиля «Гидро-ход - 49061», оборудованный полнопоточной гидрообъемной трансмиссией и системой управления, состоящей из блока электропропорционального управления гидромашинами, контроллера системы управления и джойстика изменения передаточного отношения трансмиссии (рабочих объемов гидромашин). Данный автомобиль создан фирмой «НАМИ-Сервис» совместно с АМО ЗИЛ.

Основная функция сбора, регистрации, отображения и обработки информации была возложена на бортовой подсоединяемый портативный компьютер, подключаемый к контроллеру системы управления гидрообъемной трансмиссии автомобиля. Программное обеспечение составляет специализированная программа «Н-мобиль» для считывания параметров с контроллера системы управления.

Испытания проводились на Центральном Полигоне (НИЦИАМТ) в г. Дмитров, Московской области.

Для проведения экспериментальных исследований при движении по деформируемым грунтам выбирался грунтовый мерный зачетный участок протяженностью ~100 м, на котором непосредственно велись измерения и запись параметров.

Движение осуществлялось по трем алгоритмам управления трансмиссией - «условно дифференциальному» (клапана кольцевания открыты), «условно блокированному» и по комбинированному алгоритму с ручным управлением распределением величин крутящих моментов.

В случае движения автомобиля с комбинированными типами межосевого привода распределение момента между мостами определялось соотношением величины токов управляющих воздействий на агрегаты управления соответствующих гидромашин, что аналогично передаточному отношением межосевого дифференциала.

На рис. 6 представлен общий вид автомобиля «Гидроход-49061» в ходе проведения экспериментальных исследований по деформируемому грунту.

рис. 6. Испытания автомобиля «Гидроход - 49061» на суглинистом грунте.

По результатам проведенных экспериментальных исследований были сделаны выводы о достоверности проведенных в работе аналитических исследований изменения параметров грунта при последовательном проходе колес по колее, влиянии алгоритмов управления трансмиссией на глубину прокладываемой автомобилем колеи, и на величины буксования каждого из колес автомобиля. Также экспериментальные исследования автомобиля Гидроход-49061 подтвердили основные выводы, сделанные в процессе расчета наиболее благоприятных с точки зрения разрушающего воздействия на грунт параметров автомобилей с механическими трансмиссиями, полученные в главе 5 настоящей работы.

Выводы

1. Получены теоретически обоснованные аналитические, экспериментально подтвержденные зависимости для оценки величины колееоб-разования и буксования движителя в процессе движения полноприводного автомобиля по деформируемому грунту, позволяющие повысить точность проводимых расчетов. Так, при значениях силы тяги близких к максимальным по условиям сцепления повысилась точность расчетов по величине радиуса качения колеса (г„) и, соответственно, величина буксования - на различных грунтах от 10 до 15%, а по величине глубины колеи (Н„) - до 12%.. В основе уточненных зависимостей лежит полученная формула для определения радиуса качения колеса, которая учитывает режим реализации максимальной силы тяги автомобиля, а состав входящих параметров ограничен величинами, по которым накоплена достаточная по охвату различных грунтовых условий экспериментальная база: это радиус качения колеса (гто) и тангенциальная податливость пары «шина-грунт» в ведомом режиме качения, а также две величины, характе-

ризующие момент реализации максимальной силы тяги по сцеплению -соответствующий ему радиус качения колеса и подводимый крутящий момент (r^, МРтш).

2. На основе анализа исследований в области качения колеса с эластичной шиной по деформируемому грунту предложен расчетный метод определения величины тангенциальной податливости пары шина-грунт (Ушг) для начального и свободного режимов качения колеса, что позволяет осуществлять моделирование процесса движения автомобиля по различным грунтам при отсутствии экспериментальных данных по исследуемому параметру.

3. При многократных проходах колеса по следу предложена зависимость для расчета изменения деформационного параметра грунта характеризующего закон изменения сопротивления грунта вдавливанию. Данная зависимость позволила повысить точность расчетов показателей мощности сопротивления качению до 16%, глубины образуемой колеи -до 17%, радиус качения колеса—до 6%.

4. Предложен комплексный критерий оценки воздействия движителя автомобиля на грунт, учитывающий два основных, разрушающих фактора - уплотнение и сдвиг вплоть до фрезерования. Критерий позволяет количественно оценить и сравнить по уровню вредного воздействия на грунт автомобили с различными

- схемами трансмиссий или алгоритмами управления гибкими трансмиссиями;

- компоновками, т.е. распределением масс по осям;

- рисунками протектора шины;

- давлением воздуха в шинах;

и рядом других конструктивных параметров.

5. Разработана и реализована математическая модель движения автомобиля по деформируемому грунту, позволяющая комплексно оценить степень влияния того или иного конструктивного решения на уровень разрушающего воздействия автомобиля на грунт и проходимость. Рассмотрены математические модели полноприводных автомобилей с дифференциальной, блокированной и «гибкой» трансмиссией.

6. Для автомобилей с механическими трансмиссиями определены наиболее рациональные с точки зрения снижения разрушающего воздействия на почву сочетания распределения вертикальных нагрузок по осям автомобиля и передаточное число механизма межосевого привода в зависимости от назначения транспортного средства и предполагаемых условий его эксплуатации.

автомобили 4x4 - G,/Ga = 0.368 - 0.377; Ms/Ma = 0.43 - 0.46;

автомобили 6x6 - G,/Ga = 0.270 - 0.280; Mj/Ma = 0.29 - 0.32;

Рекомендуемые значения позволяют снизить вредное воздействие на грунт до 17%.

7. Показано преимущество гибких трансмиссий, по сравнению с

механическими, которые на современном этапе развития не могут обеспечить постоянное изменение величины передаточного отношения механизмов, распределяющих крутящих момент по ведущим мостам и колесам в соответствии с постоянно меняющимися условиями и режимами движения. Использование «гибкой» трансмиссии позволяет снизить вредное воздействие на грунт до 21%

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Шухман СБ., Переладов А.С. Аналитическое определение коэффициента сопротивления качению автомобиля при движении по грунту // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. № 1(42). М.: Машиностроение, 2001. С.106-113.

2. Шухман СБ., Переладов А.С. Оценка воздействия движителей автомобиля на почву // Автомобильная промышленность, 2002. №6. С.16-19.

3. Митрофанов В.И., Переладов А.С Сопротивление качению шины // Сб. науч. тр. III Междунар. научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы Приборостроения, Информатики, Экономики и Права". Кн. «Приборостроение». М.: 2000. С. 123127.

4. Пирковский Ю.В., Шухман СБ., Переладов А.С. Оценка вредного воздействия автомобиля на почву и растительный покров на стадии проектирования // Сб. науч. тр. III Междунар. научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы Приборостроения, Информатики, Экономики и Права". Кн. «Информатика». М.: 2000. С.116-124.

5. Переладов А.С. К вопросу об аналитическом определении параметров эластичного колеса при движении по грунтам // Сб. науч. тр. IV Меж-дунар. научно-практической конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы Приборостроения, Информатики, Экономики и Права". Кн. «Информатика». М.: 2001. С.190-196.

6. Шухман СБ., Переладов А.С Методика оценки разрушающего воздействия полноприводного автомобиля на почву // Тезисы докладов XXXVII конференции ААИ «Развитие аналитических исследований и конструкции автотранспортных средств». Дмитров, 2002. С.25-27.

7. Шухман СБ., Переладов А.С Проходимость автомобиля и снижение вредного воздействия на почву // Сб. трудов кафедры «Колесные машины». М., МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003. С.17-22.

8. Shukhman S.B., Pereladov A.S. Fundamentals ofthe tire-ground interaction for designing vehicle autonomous systems // International Journal of Vehicle Autonomous Systems, Volume 1, Nos. 3/4,2003. p. 309-315.

9. Патент РФ №53140. Колесная машина. 2003. (в соавторстве).

Принято к исполнению 29/10/2004 Исполнено 01/11/2004

Заказ № 415 Тираж: 75 экз.

ООО «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 Москва, Балаклавский пр-т, 20-2-93 (095) 747-64-70 (095)318-40-68 www.autoreferat.ru

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Эффективность использования автомобиля вне дорог с твердым покрытием.

1.2. Анализ работ, посвященных оценке разрушающего воздействия движителя на грунт.

1.3. Анализ теории движения автомобиля по деформируемому грунту 16 ВЫВОДЫ к главе I и постановка задач исследования

ГЛАВА 2. КАЧЕНИЕ КОЛЕСА ПО ДЕФОРМИРУЕМОМУ ГРУНТУ

2.1. Основные зависимости

2.2. Изменение параметров грунта после прохода колеса

2.3. Экспериментальные исследования качения одиночного колеса по опорным поверхностям

ВЫВОДЫ к главе

ГЛАВА 3. ДВИЖЕНИЕ АВТОМОБИЛЯ ПО ДЕФОРМИРУЕМЫМ

ГРУНТАМ

3.1. Прямолинейное движение

3.2. Движение в повороте

3.3. Расчетная модель движения автомобиля по деформируемому грунту

ВЫВОДЫ к главе

ГЛАВА 4. ВОЗДЕЙСТВИЕ ДВИЖИТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ НА ГРУНТ 103 4.1. Исследования механического воздействия движителей автомобилей на грунт

4.2. Коэффициент воздействия колесных движителей на грунт (Кпчв) 111 ВЫВОДЫ к главе

ГЛАВА 5. ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСМИССИИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ ПО ОСЯМ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ СНИЖЕНИЕ РАЗРУШАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГРУНТ

5.1. Снижение разрушающего воздействия на грунт автомобилей с механическими трансмиссиями

5.2. Возможности снижения разрушающего воздействия на грунт автомобилей с «гибкими» трансмиссиями

ВЫВОДЫ к главе

ГЛАВА 6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

6.1. Цель экспериментальных исследований

6.2. Информационно-измерительная система для экспериментальных исследований

Развитие мирового автомобилестроения обусловлено неуклонно возрастающим уровнем требований, предъявляемым к современным транспортным средствам. При этом если речь заходит об автомобиле, предназначенном к эксплуатации вне дорог с твердым покрытием, то при основном требовании - выполнить транспортную работу, первым показателем эффективности является проходимость. Однако в последнее время рассмотрение вопросов первого приоритета невозможно без учета экологической безопасности автомобиля. Для внедорожного транспорта - это требования по снижению уровня разрушающего воздействия на грунт.

Необходимо отметить общую тенденцию, когда требования эффективности и экологической безопасности, как правило, противоречивы по своей сути. Однако комплексный подход к решению данной проблемы позволяет находить компромиссные решения и двигаться вперёд.

Отметим ряд действующих нормативных документов, содержащих в себе отмеченные выше требования, предъявляемые сегодня к различным типам внедорожных автомобилей и мобильной колесной техники:

Проходимость:

- РТМ 37.001.053-2000 «Методы определения параметров проходимости военной автомобильной техники».

- ГОСТ РВ 52048-03 «Автомобили многоцелевого назначения. Параметры проходимости и методы их определения», распространяемый на автомобили многоцелевого назначения и автопоезда на их базе, специальные колёсные шасси и устанавливающий показатели их проходимости и методы определения при проведении испытаний.

Воздействие на грунт:

- ГОСТ 26953-86 "Методы определения воздействия движителей".

- ГОСТ 26954-86 "Методы определения нормальных напряжений в почве".

- ГОСТ 26955-86 "Нормы воздействия движителей на почву". Особые экологические требования предъявляются также и к технике, эксплуатируемой в лесном хозяйстве, а также в условиях Севера [86].

Созданию высокоэффективных автомобилей, предназначенных к эксплуатации вне дорог с твердым покрытием уделяется большое внимание.

Отечественную школу теории движения полноприводных автомобилей представляют М.Н. Летошнев, Е.А. Чудаков, Г.В. Зимелев, Я.С. Агейкин, П.В. Аксенов, А.С. Антонов, В.Ф. Бабков, С.В. Бахмутов, Г.Б. Безбородова, А.К. Бируля, Н.Ф. Бочаров, Б.Н. Белоусов, Н.А. Бухарин, В.В. Ванцевич, А.Н. Вержбицкий, Р.В. Вирабов, С.Г. Вольский, М.С. Высоцкий, О.И. Гируцкий, А.И. Гришкевич, В.Н. Добромиров, Ю.А. Ечеистов, Н.Т. Катанаев, АЛ. Карунин, Н.Г. Ковалев, К.С. Колесников,

Н.И. Коротоношко, Г.О. Котиев, Н.Ф. Кошарный, Г.М. Кутьков, С.Г. Макаров, В.И. Митрофанов, В.Н. Наумов, В.А. Петрушов, Ю.В. Пирковский, В.Ф. Платонов, И.А. Плиев, А.Ф. Полетаев,

A.А. Полунгян, Г.А. Смирнов, М.П. Чистов, B.C. Фалькевич, Я.Е. Фаробин,

B.М. Шарипов, С.А. Шуклин, С.Б. Шухман, Н.Н. Яценко и другие ученые. Отдельно следует отметить исследователей, чьи работы посвящены совершенствованию методик комплексной оценки полноприводных автомобилей: В.П. Антипцев, В.А. Резниченко, Р.А. Розов, В.И. Сальников, B.C. Устименко, В.П. Шалдыкин и др.

Зарубежную школу представляют М.Г.Беккер, Г.Ситка, Юнг-Вонг, А. Солтинский, Дж. Крик (G. Krick), Д.Л. Марголис (D.L. Margolis), А.А. Франк (А.А. Frank) и др.

Вопросы повышения экологической безопасности также были и остаются в центре внимания отечественных и зарубежных специалистов.

Проблемы негативного воздействия движителей на грунт нашли отражение в трудах В.Ф. Бабкова, Л.В. Барахтанова, Г.Д. Белова, Ю.В. Будько, О.А. Виссера, И.В. Гавалова, B.C. Гапоненко, В.А. Гарбара, A.M. Гуревича,

A.В. Денисова, Е.П. Камчадалова, В.Х. Каца, А.М. Кононова, И.П. Ксеневича, И.В. Кузнецовой, Л.И. Кутина, Н.П. Липецкого, Н.С. Матюка, Э.Ю. Нугиса, И.С. Рабочева, В.А. Русанова, М.М. Танкилевского, Р.Ш. Хабатова, А.П. Шехурдина, В.Я. Шнейсера,

B.А. Челозерцева, D.B. Davies, Ф. Полард (F. Pollard), Б.Д. Соан (B.D. Soane), В.Б. Bypxec (W.B. Voorhees) и других отечественных и зарубежных специалистов.

Несмотря на достигнутые успехи, задачи конструирования и оценки автомобилей высокой проходимости требуют дальнейшего развития и углубления.

Следует особо отметить тот факт, что до настоящего времени исследования по снижению вредного воздействия движителей на почву проводились, в основном, лишь применительно к сельскохозяйственной мобильной технике.

В настоящее время происходит интенсивное развитие различных систем автоматического регулирования, которые внедряются, прежде всего, для легковых полноприводных автомобилей. Данные системы позволяют регулировать соотношения крутящих моментов между ведущими мостами автомобилей с механической трансмиссией. Еще большее преимущество с точки зрения возможностей регулирования имеют электрические и гидрообъёмные трансмиссии.

Данная работа содержит комплексное теоретическое исследование возможностей снижения разрушающего воздействия движителей автомобиля на почву и растительный покров, путем выбора наиболее рационального соотношения распределения массы и характеристик механизмов межосевого привода трансмиссии. В работе приводятся экспериментальные исследования, используемые для проверки теоретической части.

В перрую очередь, теоретические исследования основаны на анализе процесса качения колеса по деформируемому грунту и на анализе негативного влияния от воздействия нагрузок, оказываемых колесом на грунт. Также теоретические исследования включали разработку математической модели движения автомобиля по деформируемому грунту.

Экспериментальные исследования содержат в себе данные испытаний одиночного колеса при помощи специальной подвижной установки, а также полноприводных автомобилей типа 4x4 и 6x6 при движении по грунтовым дорогам, на местности, а также данные испытаний, проводившихся на специально оборудованном стенде. Плюс ко всему в работе использованы результаты многолетних экспериментов, проводившихся специалистами в области сельского и лесного хозяйства, а также биологами по влиянию последствий различного механического воздействия на почву и растительный покров.

Автор защищает: новый критерий оценки конструкции автомобилей, предназначенных для эксплуатации вне дорог с твердым покрытием. комплекс аналитических зависимостей для определения параметров, характеризующих процесс движения автомобиля по деформируемому грунту. методику оценки разрушающего воздействия движителя автомобиля на грунт; математическую модель движения автомобиля по деформируемому грунту в составе общей модели движения автомобиля по обоснованному грунтовому маршруту, позволяющей комплексно решить задачу снижения разрушающего воздействия движителей автомобиля на грунт за счет эффективного сочетания таких параметров как статическое распределение масс по осям автомобиля - характеристики трансмиссии (передаточное отношение механизма межосевого привода для автомобилей с механическими трансмиссиями и алгоритм управления для автомобилей с «гибкими трансмиссиями»).

Все вышеперечисленное характеризует новизну диссертационной работы.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору технических наук, С.Б. Шухману, научному консультанту, кандидату технических наук, доценту В.И.Митрофанову, коллективам кафедры ТИ-6 МГАПИ и сотрудникам ОАО «НАМИ-Сервис» за оказанную поддержку и создание благоприятных условий для выполнения работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Получены теоретически обоснованные аналитические, экспериментально подтвержденные зависимости для оценки величины колееобразования и буксования движителя в процессе движения полноприводного автомобиля по деформируемому грунту, позволяющие повысить точность проводимых расчетов. Так, при значениях силы тяги Рк близких к максимальным по условиям сцепления повысилась точность расчетов по величине радиуса качения колеса (гк) и, соответственно, величина буксования (у) — на различных грунтах от 10 до 15%, а по величине глубины колеи (//*) - до 12%. В основе уточненных зависимостей лежит полученная формула для определения радиуса качения колеса, которая учитывает режим реализации максимальной силы тяги автомобиля, а состав входящих параметров ограничен величинами, по которым накоплена достаточная по охвату различных грунтовых условий экспериментальная база: это радиус качения колеса (гко) и тангенциальная податливость пары «шина-грунт» (Лщг) в ведомом режиме качения, а также две величины, характеризующие момент реализации максимальной силы тяги по сцеплению - соответствующий ему радиус качения колеса и подводимый крутящий момент (rKS, МРтах).

2. На основе анализа исследований в области качения колеса с эластичной шиной по деформируемому грунту предложен расчетный метод определения величины тангенциальной податливости пары шина-грунт (уШг) для начального и свободного режимов качения колеса, что позволяет осуществлять моделирование процесса движения автомобиля по различным грунтам при отсутствии экспериментальных данных по исследуемому параметру.

3. При многократных проходах колеса по следу предложена зависимость для расчета изменения деформационного параметра грунта //„ характеризующего закон изменения сопротивления грунта вдавливанию. Данная зависимость позволила повысить точность расчетов показателей мощности сопротивления качению до 16%, глубины образуемой колеи - до 17%, радиус качения колеса-до 6%.

4. Предложен комплексный критерий оценки воздействия движителя автомобиля на грунт, учитывающий два основных, разрушающих фактора -уплотнение и сдвиг вплоть до фрезерования. Критерий позволяет количественно оценить и сравнить по уровню вредного воздействия на грунт автомобили с различными

- схемами трансмиссий или алгоритмами управления гибкими трансмиссиями;

- компоновками, т.е. распределением масс по осям;

- рисунками протектора шины;

- давлением воздуха в шинах; и рядом других конструктивных параметров.

5. Разработана и реализована математическая модель движения автомобиля по деформируемому грунту, позволяющая комплексно оценить степень влияния того или иного конструктивного решения на уровень разрушающего воздействия автомобиля на грунт и проходимость. Рассмотрены математические модели полноприводных автомобилей с дифференциальной, блокированной и «гибкой» трансмиссией.

6. Для автомобилей с механическими трансмиссиями определены наиболее рациональные с точки зрения снижения разрушающего воздействия на почву сочетания распределения вертикальных нагрузок по осям автомобиля и передаточное число механизма межосевого привода в зависимости от назначения транспортного средства и предполагаемых условий его эксплуатации. автомобили 4x4 - Gj/Ga = 0.368 - 0.377; Mj/Ma = 0.43- 0.46; автомобили 6x6 - Gi/Ga = 0.270 - 0.280; Mt/Ma = 0.29 - 0.32;

Рекомендуемые значения позволяют снизить вредное воздействие на грунт до 17%.

7. Показано преимущество гибких трансмиссий, по сравнению с механическими, которые на современном этапе развития не могут обеспечить постоянное изменение величины передаточного отношения механизмов, распределяющих крутящих момент по ведущим мостам и колесам в соответствии с постоянно меняющимися условиями и режимами движения. Использование «гибкой» трансмиссии позволяет снизить вредное воздействие на грунт до 21%

177

1. Автомобильные шины: Конструкция, расчет, испытания, эксплуатация. Бидерман В.Л., Р.Л.Гуслицер, С.П.Захаров и др. М.:Госхимиздат, 1963. -383 с.

2. Агейкин Я.С. Вездеходные колесные и комбинированные движители (теория и расчет). М.: Машиностроение, 1972. -184 с.

3. Агейкин Я.С. Исследование работы шин переменного давления на деформируемом грунте. Сб. Проблемы повышения проходимости колесных машин. М. АН СССР, 1959.

4. Агейкин Я.С. Определение деформаций и параметров контакта шины с мягким грунтом, «Автомобильная промышленнось» № 3, 1959.

5. Агейкин Я.С. Проходимость автомобилей. М.: Машиностроение, 1981. -232 с.

6. Агротехническая оценка АТС сельскохозяйственного назначения. Отчет ЦНИАП НАМИ (Тема 215-87, этап I) 1987.

7. Аксенов П.В. Многоосные автомобили. М.: Машиностроение, 1980. - 207 с.

8. Аксенов П.В., Папенко Т.Р. О передаточном отношении межосевых дифференциалов полноприводных автомобилей//Труды НИИ-21, Сб. № 3 1985.-с.23-31.

9. Андреев А.Ф., Ванцевич В.В., Лефаров А.Х. Дифференциалы колесных машин. М., Машиностроение, 1987.

10. Ю.Андреев А.С. Исследование некоторых вопросов проходимости активных поездов. Диссертация на соиск. учен. стен. канд. техн. наук: 05.05.03 -М.,1963.

11. Антонов А.С., Запрягаев М.П. Гидрообъемные передачи транспортных и тяговых машин. М.Машиностроение, 1968. - 209 с.

12. Антонов Д.А., Беспалов С.И. и др. Теория движения боевых колесных машин. М., Изд. Академии БТВ им.Р.Я.Малиновского, 1993.

13. Бабков В.Ф. и др. Проходимость колесных машин по грунту/ Бабков В.Ф., Бируля А.К., Сиденко В.М. М.:Автотрансиздат, 1959.-189 с.

14. Бабков В.Ф. Сопротивление грунтов деформированию с разными скоростями. Труды МАДИ, вып. 16, М., 1955.

15. Бабков В.Ф. О сопротивлении движению колесных повозок по деформируемому грунту. Труды МАДИ, вып. 18, М., 1956.

16. Бабков В.Ф. и др. Дорожные условия и режимы движения автомобилей. -М., Транспорт, 1967.

17. Бахмутов С.В. и др. «Многокритериальная оптимизация как важный инструмент для создания и совершенствования автомобиля», Труды конгресса ФИЗИТА, Париж №F98T232, 1998г.

18. Балабин И.В. и др. Упругие и сцепные характеристики автомобильных шин// Балабин И.В., Конороз А.В., Ракляр A.M. М.: НИИавтопром, 1979. -61 с.

19. Барахтанов JI.B., Беляков В.В., Кравец В.Н. Проходимость автомобиля. Нижегород. гос. техн. ун-т. Н. Новгород, 1996. 200с.

20. Безбородова Г. Б. Исследование проходимости автомобилей: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. докт. техн. наук МАДИ. 1970. - 18 с.

21. Белоусов Б.Н. Основы теории системы общих проектировочно-конструктивных решений колесных транспортных средств особо большой грузоподъемности: Дис. докт. техн. наук: 20.02.14. Бронницы, 1997.-380 с.

22. Беккер М. Г. Введение в теорию систем местность-машина. -М.: Машиностроение, 1973. 520 с.

23. Бируля А.К. К теории качения пневматического колеса по деформируемой поверхности. Труды ХАДИ. 1958. - Вып. 21.

24. Бочаров Н.Ф. и др. Распределение крутящих моментов по ведущим осям автомобиля о блокированным типом привода с учетом КПД отдельных механизмов трансмиссии// Известия ВУЗов:Машиностроение. 1972. - №9. -с.86-90.

25. Бочаров Н.Ф., Гусев В.И., Крадинов Е.Б., Макаров С.Г., Семенов В.М. Распределение крутящих моментов в трансмиссии многоприводных автомобилей на пневмокатках. Автомобильная промышленность № 2, 1965.

26. Бочаров Н.Ф., Семенов В.М. Влияние шин на неравномерность распределения крутящих моментов в трансмиссии многоприводных автомобилей. Известия ВУЗов СССР, Машиностроение № 6,1965.

27. Бочаров Н.Ф. Распределение крутящих моментов в трансмиссии многоприводных колесных машин на твердых дорогах. Известия ВУЗов СССР, Машиностроение № 12, 1964.

28. Будько Ю.В. Допустимые давления колес машин на торфяно-болотных почвах// Механ. и электр. соц. сельск. хоз-ва, 1977, №5. -С. 22-23.

29. Бухарин Н.А. и др. Автомобили// Бухарин Н.А., Прозоров B.C., Щукин М.М. М-Л.: Машгиз, 1973. - 501 с.

30. Ванцевич В.В. Синтез характеристик межколесных дифференциалов внедорожных машин // Конструирование и эксплуатация автомобилей и тракторов: Респ. Межвед. Сб. Мн., 1989. Вып. 4. С.47-51.

31. Вирабов Р.В. Об оценке сопротивления качению упругого колеса по жесткому основанию// Известия вузов: Машиностроение. -1967. № 7.

32. Влияние массового туризма на биоценозы леса. Издательство МГУ 1978 г.

33. Водяник И.И. Оценка деформируемости грунта// Известия Вузов. 1980. -№ 6. - с.78-82.

34. Вонг Дж. Теория наземных транспортных средств. М.: Машиностроение, 1982.-284 с.

35. Гапоненко B.C., Федотов Б.Т. Зависимость уплотнения почвы от нагрузки и скорости перемещения пневматического колеса: На-330 учн. тр. Укр. с.-х. акад. 1975. - Вып. 148. - с. 17-20.

36. Горячкин В.П. Собрание сочинений, т.п. Земледельческая механика.

37. Теория колес. -М., Сельхозгиз, 1937.

38. Гребенщиков В.И. Экспериментальные исследования проходимости автомобиля по мягким грунтам. Труды МАДИ, вып. 1, М., Автотрансиздат, 1954.

39. Егоров А. И. Исследование влияния распределения нормальных нагрузок по осям полноприводного автомобиля на некоторые показатели его проходимости по деформируемым грунтам: Автореф. дис.на соиск.учен. степ. канд. техн. наук. -М., 1977. 20 с.

40. Егоров А.И., Петрушов В.А. О радиусе качения и коэффициенте буксования эластичного колеса на грунте// Автомобильная промышленность. 1976. -№ 9. - с. 17-18.

41. Зим ел ев Г.В. Теория автомобиля. -М.:Машгиз, 1959.

42. Иларионов В.А. Эксплуатационные свойства автомобиля. М., Машиностроение, 1970.

43. Карунин А.Л. Конструкция автомобиля. Шасси М.: МАМИ, 2000. - 528 с.

44. Коротоношко Н.И. Автомобили высокой проходимости. М.: Машгиз, 1957. - 228 с.

45. Кошариый Н.Ф. Технико-эксплуатационные свойства автомобилей высокой проходимости. Киев: Вища школа, 1981. - 288 с.

46. Кравченко В. И., Тян В.А. К вопросу уплотнения почв ходовыми аппаратами тракторов// Вест. с.-х. науки Казахстана, 1975, №11. с. 109112.

47. Ксеневич И.П. и др. Ходовая система почва-урожай// Ксеневич И.П., Скотников В.А. Ляско М.И.- М.:Агропромиздат, 1985.

48. Кузнецова И.В. Уплотняющее воздействие трактора «Беларусь» на черноземы Курской области// Почвоведение, 1978, №10. с. 53-58.

49. Кузнецова И.В. Данилова В.И. Саморазрыхление различных типов почв под влиянием процессов набухания-усадки// Переуплотнение пахотных почв. М.: Наука, 1987. - С. 182-194

50. Кутенёв В.Ф., Безверхий С.Ф. Пути эффективного снижения сроков доводочных испытаний автотранспортных средств// Труды НАМИ.-1984. -с.21-25.

51. Куров Б.А. и др. Испытания автомобилей/Куров Б.А., Лаптев С.А., Балабин И.В. М.: Машиностроение, 1976. - 208 с.

52. Ланин В.И. Качение автошины. ОНТИ НКТП СССР. Л., 1937.

53. Летошнев М.Н. Взаимодействие конной повозки и дороги// НКПС. М., 1929.

54. Лефаров А.Х., Высоцкий М.С., Ванцевич В.В., Кабанов В.И. Энергонагруженность и надежность дифференциальных механизмов транспортно-тяговых машин. Мн.: Наука и техника, 1991. 240с.

55. Липецкий Н.П. Влияние уплотнения почвы движителями тракторов на урожайность сельскохозяйственных культур// Биологические основы повышения урожайности сельскохозяйственных культур. М., 1979. - с. 37-39.

56. Липецкий Н.П. Влияние уплотнения почвы движителями тракторов на агрофизические свойства дерново-подзолистой средне-суглинистой почвы и урожайность полевых культур: Автореф. дис. канд. с.-х. наук. М., 1982. -24 с.

57. Литвинов А. С. О причинах потерь мощности при качении ведущего колеса// Автомобильная промышленность. 1972. - № 5. -с.12-16.

58. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств. М.: Машиностроение, 1989.

59. Макаров С.Г. Особенности работы автомобиля 4x4 с блокированным приводом. Диссертация канд. техн. наук: 05.05.03-М.,1973.

60. Макаровский О.Д. Исследование тяговых качеств автопоездов высокой проходимости: Автореф. дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. -МАМИ. 1962. - 22 с.

61. Матюк Н.С. Эффективность агротехнических приемов уменьшения отрицательного действия тракторов на дерново-подзолистую почву: Дис. канд. с.-х. наук: М., 1984. -235 с.

62. Матюк Н.С. «Ресурсосберегающие технологии снижения переуплотнения почв в современных системах земледелия нечерноземной зоны России» Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук. М., 1999.

63. Московкин В.В. МВК — программный пакет для комплексных исследований автомобиля. // Московкин В.В., Парыгин С.П., Вохминов Д.Е. М. «ААИ ПРЕСС», ААИ №1(24) 2004. - с. 56-57.

64. Нугис Э.Ю. К методике оценки качественного уровня степени механического воздействия мобильных технических средств на почву// Переуплотнение почв и пути его ликвидации. Таллин, 1983, с. 8-13.

65. Петрушов В.А., Леонов В.И. Определение констант связи между свободным радиусом колеса, внутренним давлением воздуха в шине, радиусом качения в ведомом режиме и нормальной нагрузкой. Труды НАМИ. Выпуск 69, 1964.

66. Петрушов В.А. и др. Сопротивление качению автомобилей и автопоездов/ЯТетрушов В.А., Шуклин С.А., Московкин В.В. М.Маши-ностроение, 1975. - 255 с.

67. Петрушов В. А. и др. О различии тягово-динамичеоких показателей автомобилей с дифференциальным и блокированным приводом// Петрушов В. А., Пирковский Ю.В., Шуклин С. А.//Автомобильная промышленность 1967 - № 5.

68. Петрушов В.А. Колесо с эластичной шиной как передаточный механизм. Труды НАМИ. Выпуск 106, 1969.

69. Петрушов В.А. Современные решения задач прикладной теории качения автомобильного движителя, сформулированных акад. Е.А.Чудаковым // Труды НАМИ Вып. 103. 2001.

70. Пирковский Ю.В. Общая формула мощности сопротивления качению полноприводного автомобиля/Автомобильная промышленность. 1973. -№ 1. - с.34-35.

71. Пирковокий Ю.В., Чистов М.П. Расчетные зависимости для определения мощности сопротивления качению глубины колеи при движении жесткого колеса по деформируемому грунту//Труды НАМИ. -1974. Вып. 150. -с.42-17.

72. Пирковский Ю.В. Сопротивление качению многоприводных автомобилей и автомобильных поездов по твердым дорогам и деформируемому грунту.

73. Дисс. на соиск. учен. степ, д-ра техн. наук // МВТУ. 1974. -32 с.

74. Пирковский Ю.В., Бочаров Н.Ф., Шухман С.Б. Влияние конструктивных показателей полноприводных автомобилей на сопротивление движению по деформируемому грунту. М., МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1996г.

75. Пирковский Ю.В., Шухман С.Б. Теория движения полноприводного автомобиля. Прикладные вопросы оптимизации конструкции шасси. М., 2001.

76. Пирковский Ю.В., Яценко Н.Н. Исследование конструктивной схемы привода к передним мостам автомобилей на их тяговые и экономические качества// Автомобильная промышленность. 1963. -№ 1. -с. 15-17.

77. Платонов В.Ф. Полноприводные автомобили. М.: Машиностроение, 1981.-278с.

78. Платонов В.Ф. и др. Оценка проходимости полноприводных автомобилей// Платонов В.Ф., Чистов М.П., Аксенов А.И.//Автомобильная промышленность. 1980. - № 3. - с. 10-12.

79. Полетаев А.Ф. Основы теории сопротивления качению и тяги жесткого колеса по деформируемому основанию. М. Машиностроение, 1971. - 68 с.

80. Покровский Г.И. Трение и сцепление в грунтах. М. Стройиздат, 1941.

81. Пупонин А.И. Обработка почвы в интенсивном земледелии нечерноземной зоны. М.: Колос, 1984. - 184 с.

82. Рабочев И.С., Бахтин П.У. Индустрализация земледелия и плодородие почв// Проблемы земледелия. М.: Колос, 1978. - с. 156-160.

83. Решение Госкомэкологии РФ о «Концепции технической политики в транспортном комплексе в отношении транспортных средств» от 01.09.1998 г.

84. Розов Р.А., Шухман С.Б. Установка для оценки параметров грунта при проведении испытаний авто м о б ил ей//К он струк ци и автомобилей. 1983. -№10. -с.14-17.

85. Русанов В.А. Механико-технологические решения проблемы воздействия движителей полевой техники на почву: Автореф. дис. докт. техн. наук: 05.20.01.-М., 1996.-55 с.

86. Русанов В.А. "Проблема переуплотнения почв движителями и эффективные пути её решения", М.: ВИМ, 1998.

87. Русанов В.А., Бондарев А.Г., Медведев В.В., Пупонин А.И. и др. "Методика определения показателей эффективности снижения воздействия на почву движителей техники, перемещающейся в технологическом цикле по полям." М.: ВИМ,1994.

88. Савельев С. В. Влияние числа расположения осей и распределения нагрузки по осям на тяговые качества многоосных колесных тягачей//Труды НИИ-21. 1961. - с 6 - 8.

89. Сапожников П.М. Физические параметры плодородия почв при антропогенных воздействиях. Автореф. дис. д-ра с.-х. наук: 03.00.27, М., 1994.-48 с.

90. Скойбеда А.Т. Автоматизация ходовых систем колесных машин. Мн.: Наука и техника, 1979. 280с

91. Слесарев В.Н., Батехин Ю.Ф. Методы агрофизических исследований в земледелии. Новосибирск, 1977. - 52 с. 344

92. Смирнов Г.А., Леликов С.П. Влияние схемы силового привода на тягово-сцепные качества автомобиля 8x8// Автомобильная промышленность. -1967. -№6. -с.14-18.

93. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин. М. Машиностроение, 1981.-270 с.

94. Степанов Ю.А. Бесступенчатая коробка передач// Автомобильная промышленность. 1985. - № II. - с.20-22.

95. Фаробин Я.Е. Теория поворота транспортных машин. М., Машиностроение, 1978.

96. Федотов Б.Т. Результаты исследований уплотнения почвы ходовыми устройствами системы машин, применяемой при возделывании картофеля// Научн. тр. Украинской с.-х акад., 1978. Вып. 212. - С. 31-33.

97. Хабатов Р.Ш. «Эксплуатация машинно-тракторного парка», М., 1999.

98. Ходыкин В.Т. Методика исследований влияния движителей трактора МТЗ-50 на уплотнение почвы// Научн. тр. ТСХА, 1976. -Вып. 224. С. 127-134.

99. Ховленд Х.Дж. Механика взаимодействия колеса с грунтом/ Всесоюзный Центр Переводов. Перевод Ц-81502. М., 1976. - 136 с.

100. Хлебников A.M. и др. Исследование механизмов блокировки дифференциалов// Хлебников A.M., Крестовников Г.А., Лунев И.С.// Труды НАМИ. Вып.4. - М., 1956.

101. Цытович Н.А. Механика грунтов (издание 3-е, дополненное). — М.: Высшая школа, 1979.

102. Челозерцев В.А., Злобин Г.П. Влияние типа движителей тракторов на уплотнение почвы// Тр. ВНИИ мех. сел. хоз-ва, 1970. -Т. 50. С. 70-75.

103. Чистов М.П. Исследование сопротивления качению при движении полноприводного автомобиля по деформируемым грунтам: Дисс. на соиск. учен. стен. канд. техн. наук МВТУ им. Баумана. -М.,1971. -534 с.

104. Чистов М.П. Математическое описание качения деформируемого колеса по деформируемому грунту // Известия ВУЗов, Машиностроение, 1986, №4.

105. Чистов М.П. Лильбок А.Э., Острецов А.В. Математические модели прямолинейного качения колесных машин по деформируемым грунтам. Научно-технич.сб., в/ч 63539, №4, 1993.

106. Чудаков Е.А. Теория автомобиля. М.:Машгиз, 1950. -341 с.

107. Шухмаи С.Б. Снижение сопротивления качению путем оптимального распределения массы и подводимого крутящего момента по мостам полноприводного автомобиля. Диссертация канд. техн. наук: 05.05.03-М.,1988.

108. Шухман С.Б. Исследование и разработка метода повышения эффективности колесных машин за счет рационального типа силового привода. Диссертация докт. техн. наук: 05.05.03-М.,2001.

109. Энциклопедия Машиностроения. Раздел IV. Расчет и конструирование машин. Том IV-15 Колесные и гусеничные машины. М:, «Машиностроение», 1997г.

110. Яценко Н.Н. и др. Выборочная оценка грунтовой дороги по результатам режимометрирования полноприводных автомобилей// Яценко Н.Н., Розов Р.А., Слыхов А. А.//Автомобильная промышленность. 1973.

111. Dalleinne Е. Mauveises herbes apreschisel // Fermes modernes.-1977, N56.-P. 12-14.

112. Dalleinne E. La compaction du sol et ses remedes // Fract. Mach, 347 agr.-1977.-Vol.53, №9.- P. 35-37.

113. Davies D. В., Finney J. В., Richardson S. I. Relative effects of tractor weight and wheelslip in causing soil compaction // J. Soil Sci.- 1973.-Vol.'24, N3.-P. 399-409.

114. Haas J., Simon W. Einflussvon Roddruck und Freibradschlupt bei differenzierter Rodenfeuchte auf Zuzemegrass // Archiv fur Askes und Pflanzenbau und Bodenmnde.-1975.-Bd.20, H.12.-S. 905-915.

115. Korczewski T. The influence of deformation speed on soil compaction // Lesz. probl. postepov nauk roln.- 1977. N 197.- P. 99-113.

116. Korezewski T. Wpiyw predcosci przejazdu na zmiany zagesczenia gleby przez kola maszyn rolmiczych // Lesz. probl. postepow nouk roln.-1978. N201.-S. 69-74. 348

117. Raghavan G. McKyes E. Laboratory study to determine the effect of sli pgenerated schear on soil compaction 7/ Canad. Agr. Eng.- 1977.-Vol. 19, N1.-P. 40-42.

118. Raghavan G., Mckyes E., Chasse M. Effect of weel slip on soil compaction //J. Agr. End. Res.-1977.- Vol. 22, Nl.-P. 79-83.

119. Soltynski A. Zarys funkcjonal nejanalizy sprawnosci ruchn pojazdow terenovvych. Techn. motoryz. -1964.-N12.-14.

120. Willis B.M.D. The Lood Sinkage Equation in Theory and Practice. Proceeding of the Second Intern. Conf. of the Soc. for Terrain — Vehicle Systems.- 1966.

121. Robertson L., Erickson A. Soil compaction: symptoms causes remedies // Crops and soil magazine.- Vol 30, N4.-P.I 1-14. 236.SarmaK., Rao Y. Relationship between bulk density and pore-size 349

122. Shukhman S. В., Solovyev V.I. Minimization of power loss of a fully-driven wheeled transport vehicle. Vehicle design №1 2004.

123. Shukhman S.B., Pereladov A.S. Fundamentals of the tire-ground interaction for designing vehicle autonomous systems // International Journal of Vehicle Autonomous Systems, Volume 1, Nos. 3/4, 2003. p. 309-315.