автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Методика расчета и оценка проходимости колесных машин при криволинейном движении по снегу

На правах рукописи

> : - '! у

Макаров Владимир Сергеевич

МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ОЦЕНКА ПРОХОДИМОСТИ КОЛЕСНЫХ МАШИН ПРИ КРИВОЛИНЕЙНОМ ДВИЖЕНИИ ПО СНЕГУ

05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Н. Новгород 2009

1 о ДЕК 2009

003488344

Работа выполнена на кафедре «Автомобили и тракторы» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Беляков Владимир Викторович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Наумов Валерий Николаевич кандидат технических наук Кошурина Алла Александровна

Ведущая организация: ООО «Военно-инженерный центр»,

группы ГАЗ, г. Н. Новгород

Защита диссертации состоится «25» декабря 2009 г. в «14» часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.04 в Нижегородском государственном техническом университете им. P.E. Алексеева по адресу: 603950, г. Н. Новгород, ул. К.Минина, д. 24, ауд. 1258.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес ученого секретаря диссертационного совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Автореферат разослан «24» ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

J1.H. Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Во время эксплуатации колесные машины не всегда передвигаются по специально подготовленным дорогам с высокими тягово-сцепными свойствами. Во многих случаях им приходится работать на бездорожье, которое характеризуется разнообразными дорожно-грунтовыми условиями. Эту способность автомобилей характеризует специальное эксплуатационное свойство - проходимость.

Одним из наиболее тяжелых режимов работы является криволинейное движение машин по снегу. Появление бокового скольжения колес вследствие малого сцепления приводит к увеличению ширины и глубины колеи и, как следствие, к возникновению экскавационно-бульдозерного сопротивления с внешней стороны колеса и росту сопротивления от вертикального смятия снега.

В таких условиях происходит значительный рост сопротивления движению. Поэтому необходим анализ учитывающий режимы криволинейного движения колесной машины но снегу с целью возможности уменьшения потерь и увеличения запаса силы тяги.

Теория движения колесных машин по деформируемым опорным основаниям на сегодняшний день разработана достаточно хорошо как зарубежными, так и отечественными исследователями. Однако в ней вопросы криволинейного движения по снежной целине и оценка режимов движения, требуют уточнения и пересмотра ряда положений, особенно в области геометрии взаимодействия колесного движителя со снегом при возникновении бокового скольжения на зоны подверженные вертикальному и боковому смятию.

Цель работы. Разработка методики расчета и оценка проходимости машин с колесной формулой 4x4 при криволинейном движении по снежной целине с учетом особенностей формирования колеи и режимов движения на основе экспериментально-теоретических исследований.

Научная новизна. Впервые для взаимодействия колеса катящегося в режиме бокового скольжения, с деформируемой опорной поверхностью, учтена особенность геометрии разделения зон вертикального и бокового смятия.

Разработана математическая модель криволинейного движения колеса по снежной целине с учетом бокового скольжения и особенности геометрии зон вертикального и бокового смятия.

Рассмотрены особенности образования колеи и сопротивления при криволинейном движении с учетом расположения колес в движителе машины, режимов работы и особенности геометрии зон вертикального и бокового смятия.

Показаны изменения сопротивлений, сцеплений и запаса силы тяги при различных режимах с учетом особенности геометрии зон вертикального и бокового смятия снега при криволинейном движении.

Объекты исследования. На разных этапах работы в качестве объектов исследования выбирались колесные машины ВАЗ-2121 «Нива», ЭВМ-3966 «Сивер», ТТС-30072 «Кержак».

Общая методика исследований. При проведении теоретических исследований использовались методы аналитической механики, численные методы

решения систем нелинейных уравнений и разнообразные методы математического моделирования. Экспериментальные исследования проводились с использованием измерительных средств и комплексов визуального контроля.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Из теоретических разработок - уточнение модели качения колеса по снегу в режиме бокового скольжения в области геометрии разделения зон, подверженных вертикальному и боковому смятию, математическая модель криволинейного движения машины по снежной целине, учитывающая боковое скольжение колес, оценка проходимости с учетом режима движения по сравнению с прямолинейным.

2. Из научно-методических разработок - методика расчета и экспериментально-теоретическое обоснование проходимости машин с колесной формулой 4x4 при криволинейном движении по снегу.

3. Из научно-технических разработок - обоснованные по результатам исследований рекомендации по выбору конструкции и режимов криволинейного движения машин с колесной формулой 4x4 с целью обеспечения наибольшей проходимости.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в следующем:

- на основе экспериментальных и теоретических исследований сформулирована методика оценки проходимости при криволинейном движении колесных машин по снегу с учетом режимов движения и особенностей формирования колеи колесом в зонах вертикального и бокового смятия;

- получены зависимости для определения глубины погружения, сопротивления от вертикального смятия и от экскавационно-бульдозерных эффектов с внешней стороны колеса при движении колеса с боковым скольжением, учитывающие особенности формирования колеи;

- разработана методика проведения лабораторных и полевых испытаний, позволяющая определить проходимость и режимы движения при криволинейном движении по снегу как существующих колесных машин, так и сократить затраты на разработку новых конструкций.

Реализация работы. Результаты экспериментально-теоретических исследований по теме диссертации внедрены в НИЛ «Транспортных машин и транспортно-технологических комплексов», ЗАО «Завод вездеходных машин», ООО «Трансмаш», а также используются в учебном процессе кафедры «Автомобили и тракторы» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах кафедры «Автомобили и тракторы» (Н.Новгород, НГТУ им. P.E. Алексеева, 2008 -2009 гг.); на 13-14-й нижегородских сессиях молодых ученых (Н.Новгород, 2008 - 2009 гг.); на 7-8-й международных молодежных научно-технических конференциях «Будущее технической науки» (Н.Новгород, НГТУ им. P.E. Алексеева, 2008-2009 гг.); на международной научно-технической конференции, посвященной 45-летию кафедры «Автомобильный транспорт»

(Н.Новгород, НГТУ им. P.E. Алексеева, 2008 г.), на международной научно-технической конференции «Проблемы транспортно-технологических комплексов» посвященной 35-летию кафедры «Строительные и дорожные машины» (Н.Новгород, НГТУ им. P.E. Алексеева, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 19 научно-технических публикаций, в том числе 1 в рецензируемом журнале, рекомендованным ВАК, получено свидетельство на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из четырех глав, общих выводов, приложения, изложена на 161 странице текста, содержит 120 рисунков, 12 таблиц, список использованных источников, включающий 162 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ работы проведен анализ научно-технических источников по теме диссертации и сформулированы задачи исследования.

Процессам взаимодействия движителя с опорным основанием, в том числе и со снегом было посвящено множество работ. В них рассматривается качение как единичного колеса, так движение многоосной машины. Исследованиями данной темы применительно к движению колесных машин по грунту и снегу в разное время занимались российские ученые:

Агейкин Я.С., Аксенов П.В., Антонов A.C., Антонов Д.А., Бабков В.Ф., Безбородова Б.Г., Бируля А.К., Бочаров Н.Ф., Брянский Ю.А., Бухарин H.A., Горячкин В.П., Гуськов В.В., Забавников H.A., Кацыгин В.В., Кемурджиан Л.А., Кнороз В.И., Кошарный Н.Ф., Крагельский И.В., Крживицкий A.A., Кристи М.К., Ксеневич И.П., Кутьков Г.М., Ларин В.В., Летошнев М.Н., Литвинов A.C., Наумов В.Н., Петрушов В.А., Пирковский Ю.В., Платонов В.Ф., Полетаев А.Ф., Полунгян A.A., Семенов В.М., Скотников В.А., Смирнов Г.А., Софиян А.П., Ульянов H.A., Фаробин Я.Е., Фапькевич Б.С., Хачатуров A.A., Чистов М.П., Чудаков Е.А., Шухман С.Б., Яценко H.H. и многие другие.

Среди зарубежных ученых наиболее известны: М.Г. Беккер, Дж.Вонг, Г. Крик, А.Риис, А.Солтынский, Р.Янг.

Значительный вклад в области исследований процессов передвижения транспортных средств высокой проходимости, а также процессов взаимодействия движителей со снегом внесли ученые и исследователи «Нижегородской научной школы»; Барахтанов Л.В., Беляков В.В., Веселовский М.В., Донато И.О., Кравец В.Н., Куляшов А.П., Малыгин В.А., Николаев Н.Ф., Панов В.И., Рукавишников C.B., Талантова З.И., Шапкин В.А. и их ученики.

В соответствии с поставленной целью и проведенным анализом состояния вопроса были определены следующие основные задачи исследования:

1) разработать математическую модель взаимодействия колесного движителя со снежным полотном пути при криволинейном движении, с учетом бокового скольжения и особенностей геометрии формирования зон вертикального и бокового смятия; выявить закономерности погружения

катящегося колеса в снежный покров и получить зависимость деформации от величины нагрузки на колесо и высоты снега;

2) выявить закономерности формирования колеи колесным движителем автомобиля с колесной формулой 4x4 при различных режимах движения;

3) выявить закономерности для определения сопротивления от вертикального снега с учетом режимах движения и сопротивления от экскаваци-онно-бульдозерных эффектов, возникающих при боковом скольжении; и разработать алгоритмы и методики расчета сил сопротивления движению, силы тяги и оценки проходимости машин по снегу с колесной формулой 4x4 с учетом режимах движения;

4) провести оценку и анализ проходимости при движении по снегу автомобилей повышенной проходимости с колесной формулой 4x4;

5) экспериментально проверить теоретические разработки и методики расчета проходимости при криволинейном движении колесных машин по снегу;

6) практически реализовать результаты исследований при создании и совершенствовании существующих конструкций колесных машин.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ разрабатывается модель взаимодействия колесного движителя со снежным покровом в режиме бокового скольжения; показаны особенности формирования сопротивлений и сцепления для машины в целом при криволинейном движении; производится оценка проходимости при различных режимах: прямолинейное движение; криволинейное движение с 50% перекрытием колей; криволинейное движение без перекрытия колей, без бокового скольжения колес; криволинейное движение без перекрытия колей и с углом бокового скольжения колес 15'.

При построении математической модели взаимодействия колесного движителя со снежным полотном пути и проходимости колесных машин по снегу при криволинейном движении сделаны следующие основные допущения:

1) опорно-рабочая поверхность движения - ровный и горизонтальный многослойный минерально-снежный покров на твердой подстилающей поверхности мерзлой минеральной или ледовой природы; 2) влиянием микропрофиля подстилающей поверхности пренебрегаем ввиду большой сглаживающей способности снежного покрова; 3) настовая корка, образованная в результате ветрового воздействия, не имеет застругов и расположена горизонтально; 4) внут-римассивные ледяные прослойки имеют в недеформированном состоянии горизонтальную ориентацию, а после разрушения (деформации) их влиянием пренебрегаем; 5) считаем, что колесо имеет геометрическую форму цилиндрической поверхности; 6) контактные напряжения по ширине колеса в зоне взаимодействия принимаются пропорциональными величине смятия; 7) связь колес с корпусом машины является абсолютно жесткой во всех направлениях, исключение составляет относительное вращение колес; 8) процесс движения машины установившийся - влиянием реологических и динамических факторов пренебрегаем; 9) принимаем, что все внешние силы, действующие на базовую маши-

ну, лежат в плоскости движения; 10) центр масс расположен в плоскости, проходящей через геометрическую продольную ось симметрии машины, перпендикулярно опорной поверхности; 11) координаты центра масс во всех направлениях системы отсчета, связанной с машиной, при ее движении неизменны.

Разработана математическая модель движения одиночного колеса по снежной целине. Схема формирования колеи одиночным колесом, катящимся с боковым скольжением, представлена на рис. 1. На рис. 2 и 3 показаны эпюра вертикальных и боковых давлений в сечении под колесом и характер изменения напряжений при формировании колеи в поперечном сечении.

Рис. 1. Схема формирования колеи одиночным колесом

Рис. 2. Эпюра вертикальных Рис. 3. Характер изменения напряжений при и боковых давлений в сече- формировании колеи нии под колесом

По линии (1-2) снег движущимся колесом делится на две зоны. На участке (1-2-7) снег сминается вбок. На (1-2-6-5) происходит вертикальное смятие.

Эпюры напряжений в зоне вертикального и бокового смятия приведены на рис. 2 и 3. В связи с тем, что кривая (1-2) является разделом между областями вертикального и бокового смятия, то напряжения в ней будут равны нулю.

Формирование колеи колесами машины может происходить по различным схемам (рис. 4).

нопраблвиие дбижениа д

направление движения

б

Рис. 4. Схемы формирования колеи

а - прямолинейное движение «след в след», б - криволинейное движение при частичном совпадении колей передних и задних колес, в - криволинейное движение при несовпадении колей передних и задних колес без бокового скольжения, г - криволинейное движение при несовпадении колей передних и задних колес с боковым скольжением, д - криволинейное движение при несовпадении колей передних и задних колес с боковым скольжением и смещением клина снега заключенного между колеями

Направление скорости движения

Условная ширина колеи

Продольная ось колеса

Рис. 5. Угол бокового скольжения

Погружение колеса в снег при криволинейном движении определяется из зависимости:

м,

1гю,г-ьг2,та661у|дсо;;(ф)--(б/ыпаг<5)

1 - [йсо5(<(.)-^2 -(В/*татУ ]

- ЖрМ +

;..•»»[(«-<., И , , т[лг -Л(1-со5(ч)))] (1)

Ь Ь 1 - [йг - й (1 - соз(ф))] •

где Р - нагрузка, приходящаяся на колесо, Я - радиус колеса, В - ширина колеса, /г,. - величина осадки, а6б- угол бокового скольжения, /¡т2Л - коэффициент, характеризующий величину максимальной осадки.

При наличии буксования и юзового режима наблюдается экскавационно-бульдозерное погружение.

При движении колесной машины по снегу силу сопротивления качения колеса Рс можно разделить на две составляющие:

Ре = Г,+Р„ (2)

где Р, - сила внутреннего сопротивления; Р{ - сила внешнего сопротивления. В работе принимаем, что внутреннее сопротивление мало по сравнению с внешним, и далее его не учитываем. Внешнее сопротивление включает в себя следующие составляющие:

Р,=Рм + Рм + Р,„ + РЯг, (3)

где Рр - сила сопротивления, обусловленная деформацией снежного полотна пути колесом машины; Рм - приведенная сила сопротивления от экскавацион-но-бульдозерных эффектов с внешней стороны колеса; Р/ы> - сила сопротивления от экскавационно-бульдозерных эффектов; РЯг- сила сопротивления движению от фрезерования настовой корки и внутримассивных ледяных прослоек.

Сила сопротивления, обусловленная деформацией снежного полотна пути колесом машины определяется по зависимости:

^ = 1{!«2 - (й - Лг + ЛУ'Г - (2^ - Л-?5] + Ясо5ая |уЛ/(1 - А/о Л. (4)

Выражение (4) не противоречит зависимости для прямолинейного движения и при аи = О принимает вид:

-1п

У>>„,

1 пих

(5)

Л^гах +9

Сила сопротивления от экскавационно-бульдозерных эффектов с внешней стороны колеса.

Для схемы, показанной на рис. 4, г, приведенная сила сопротивления от экскавационно-бульдозерных эффектов с внешней стороны колеса равна:

Л» = . ?? = С (<>. +*» аа), ак = 0(5агс81п^у-'р-' - /•г)(уК; - Л^/з)]"'], (6)

где Я,56 - радиус приложения равнодействующей силы, с^- коэффициент трения резины о снег, т- масса, приходящаяся на колесо, V- скорость движения, р - радиус поворота, Е- - сила трения колеса о снег.

Взаимодействие колесного движителя со снегом приведено на рис. 6.

Глубина колеи под каждым из колес машины будет различной из-за перераспределения веса, приходящегося на колеса при криволинейном движении.

Сопротивление движению при передвижении машины по снегу включает в себя следующие составляющие:

= Рус + РЪ№ + ^эб + ^фг + Р/зя + РГкр + где Рг^ - сила сопротивления, обусловленная деформацией снежного полотна пути колесами машины; Р^ - сила сопротивления от экскавационно-бульдозерных эффектов с внешней стороны колес; Ру.л - сила сопротивления от экскавационно-бульдозерных эффектов; Ру - сила сопротивления движению от фрезерования настовой корки и внутримассивных ледяных прослоек; Р)ди - сила сопротивления, возникающая при погружении движителя, превышающем дорожный просвет; РГк> - сила сопротивления движению от крюковой нагрузки; Р/а - сила сопротивления разгону, Ры - сила сопротивления воздуха.

Силу сопротивления воздуха /д, и силу сопротивления разгону Р(а можно не учитывать, т.к. движение колесной машины установившееся и происходит с небольшими скоростями.

Силы, входящие в уравнение сопротивления движения машины, определяются в соответствии с погружениями каждого из колес машины.

Расчет сопротивлений для колеса и для машины отличается уравнениями взаимосвязи, накладываемыми особенностями конструкции.

Учет положения центра тяжести определяется из уравнений:

Ягх=Саа11, Яг2=СаЬ/1, (8)

где й21 и - нагрузка, приходящаяся на передний и задний мосты, а и Ь -расстояние от центра тяжести до переднего и заднего мостов, I - база автомобиля.

=^/2-тыУ2/Р1Н&/вк, Нт =Яв/2-та1У11р1Не/в,> (9) где Н7а и Я7л2 - нагрузка, приходящаяся на колесо с внутренней и внешней стороны поворота соответственно, Н,, - высота центра тяжести, - ширина колеи машины, тш - масса, приходящаяся на мост, V - окружная скорость, р, -радиус поворота по центру моста машины.

Уравнения связи р1,р2,о,а6б1,а6б2Д:

р,/р2 = со8(а662)/а»(@-а661), р,зт(0- а^,)+р2зт(а662) = Ь, (10) где р, и р2 - радиусы поворота для первого и второго моста, в - угол поворота управляемых колес.

В качестве критерия для оценки проходимости в работе используется показатель запаса силы тяги Д/>ф, который определяется выражением:

= (И)

Методика оценки проходимости колесных машин при криволинейном движении по снегу в виде укрупненных частей приведена на рис. 8.

Для решения системы уравнений, входящих в алгоритм решения математической модели проходимости машины по снегу, блок-схема которого представлена на рисунке, для получения целочисленных решений необходимо воспользоваться пакетами прикладных программ математического моделирования («МаШсаё», «МаНаЬ» с приложениями и др.).

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ, используя математическую модель, полученную в гл. 2, проводятся: оценка влияния угла бокового скольжения на осадку колеса (рис. 7, а) и силы сопротивления от смятия (рис.7, б) и приведенную силу сопротивления от экскавационио-бульдозерных эффектов с внешней стороны колеса (рис. 7, в).

1.2

в,a

0,4

о

/

J\

0,05 О,! 0.1S Л,« б

Рис. 7. Графики зависимостей при разных углах бокового скольжения: а - нагрузка на колесо - осадка, б - сопротивление от смятия - осадка, в - приведенная сила сопротивления от экскавационно-бульдозерных эффектов с внешней стороны колеса -осадка

А

/ко.

(Начало)

7

ввод исходит доннах характеристики снега колеса и машина бцеяон,

|Режим движения 1,2Х4\\-| [Гчубина снега -

| Определение погружения колец А

Определение сопротивления ат днища Рд»

Определение сопротивления от вертикального снятии Р/ь

Определение сим тяец Рг

Л*

- *

е7--

1

Определение сопротивления от фрезерования настовой юрт Р.ы л-»1

Определение экскавационно-бульдозерного сопротивлении Ры

тв

Определение сопротивления от бульдозерная эффектов с внешней сторона колеса, Рт ЛшЦ

Определение запаса сила юягц Л Р,

Оценка проходимости по запасу сила тяец г^Р^О

Сравнение различна глл запаса сала тяец для г режинод движения

1--- " -

этическая елубина снега для различных режимов движения, Н&НуН^ падение проходимости по , сравнению с прямолинейном / движением 1

' Скорректированные параметра движения и

конструктивные характеристики машина

СКонец)

Рис. 8. Блок-схема методики определения проходимости

Анализ зависимостей на рис. 7 показывает, что при увеличении угла бокового скольжения до 15° рост осадки колеса составит до 8-10%. Сила сопротивления от вертикально смятия увеличится до 25-27%. приведенная сила сопротивления от экскавационно-бульдозерных эффектов с внешней стороны колеса может принимать значения до 22-30 % от силы сопротивления от вертикального смятия снега

Результатом исследований криволинейного движения колесных машины по снежной целине является получение информации об оценке проходимости колесных машин при различных режимах движения: прямолинейное движение; криволинейное движение с 50% перекрытием колей; криволинейное движение без перекрытия колей, без бокового скольжения колес; криволинейное движение без перекрытия колей и с углом бокового скольжения колес 15*.

Объектами исследований являются полноприводные колесные машины ЭВМ-3966 «Сивер», ТТС-30072 «Кержак», ВАЗ-2121 «Нива» (рис. 9).

Произведен анализ проходимости для различных режимов движения и получены зависимости сопротивления, сцепления и запаса силы тяги для каждого автомобиля (рис. 10, И, 12).

Pr«iH

7,5

5

0,5 0,75 / H,м Рис. 10. Зависимости сопротивления движения от глубины снега

г 1

__

0,5

0,75

I

Н,н

Рис. 11. Зависимости сцепления от глубины снега

а б в

Рис. 9. Полноприводные машины с колесной формулой 4x4:

а - 3966 «Сивер», б-TTC 2901 «Кержак», в, г-ВАЗ-2121 «Нива»

На рис. 10, 11, 12 цифрами показаны зависимости для различных режимов движения: 1 -прямолинейное движение; 2 -криволинейное движение с 50% перекрытием колей; 3 - криволинейное движение без перекрытия колей, без бокового скольжения колес; 4 - криволинейное движение без перекрытия колей и с углом бокового скольжения колес 15".

В результате анализа графиков были получены следующие результаты (табл. 1).

_Предельные значения глубин снега_Таблица 1

Машина Режим движения Мах глубина снега, м

Нива 1 0,40-0,48

2 0,36-0,48

3 0,32-0,40

4 0,26-0,31

Кержак 1 0,63-1,0

2 0,42-0,67

3 0,3-0,5

4 0,24-0,34

Сивер 1 0,7-0,92

2 0,51-0,83

3 0,39-0,72

4 0,33-0,42

Для автомобиля «Кержак» при «снеге-4» глубина снега может быть любой.

Снижение проходимости при криволинейном движении без перекрытия колей, без бокового скольжения и с боковым скольжением принимает значения,

приведенные в табл. 2.

Потеря проходимости при появлении бокового скольжения Таблица 2

Тип снега Нива Сивер Кержак

снег-1 17% 15% 20%

снег-2 19% 20% 22%

снег-3 21% 27% 32%

снег-4 24% 43% -

Рассогласование колей машины и боковое скольжение колес приводит к значительному падению проходимости. Но поворотов, в том числе с малыми

Рис. 12. Зависимости запаса силы тяги от глубины снега

радиусами, избежать нельзя, однако движение без бокового скольжения вполне возможно. Для этого нужно выбирать соответствующий режим движения.

Пример соотношения радиуса поворота и скорости движения при различных углах бокового скольжения приведен далее (рис. 13). Данные соотношения можно рекомендовать при проектировании интеллектуальных систем подержания подвижности (проходимости, курсовой устойчивости, поддержания скорости) транспортных средств.

Анализ показывает, что предельные значения скорости по бо- Зависимость скорость двнже-ковому скольжению при движении с иия " РаДиУс поворота при различны* минимальным радиусом поворота Углях бокового скольжения при дви-равны 11,2-12,9, 16,6-24,6, 17-22,4 женин автомобиля «Нива» км/ч для автомобилей «Нива», «Кержак» и «Сивер» соответственно, причем меньшее значение соответствует снегу с меньшей плотностью, большее - с большей.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ проведено сравнение данных полученных в ходе эксперимента с теоретическими результатами из главы 3. Представлена программа-методика исследовательских испытаний оценки проходимости колесной машины при криволинейном движении по снегу.

Объектом исследовательских испытаний является полноприводная колесная машина (ВАЗ-2121). Исследования проводились на заранее подготовленной местности в Павловском районе Нижегородской области.

Испытания проводились в несколько этапов для проверки адекватности математической модели для разных типов снега. Так, 05.01.08 и 18.01.09 были произведены замеры плотности, начальной жесткости, сцепления и угла внутреннего трения снега. Полученные значения наиболее соответствовали типам снега «снег-4» и «снег-2» соответственно.

а б

Рис. 14. Зависимость сопротивления среза от перемещения штампа при разных нагрузках: а - данные по состоянию на 18. 01 .09, б - данные по состоянию на 05.01 .08 без нагрузки, с нагрузкой 1 кН, с нагрузкой - 1,5 кН

Рис. 15. Момент замера геометриче- Рис. 16. Момент замера радиуса по-

ских размеров колеи

ворота

ИГ? '

' -Ш'-М

й б Рис. 17. Определение скорости машины:

а - заезд машины на мерный участок, б - проезд машины по мерному участку

При проведении эксперимента машина двигалась с различными радиусами при постоянной скорости. В результате были получены зависимости «скорость движения - радиус поворота» для различных углов бокового скольжения. По результатам десяти заездов (для каждого типа снега) были получены средние значения. Графики зависимостей приведены на рис.18. Точками указаны экспериментальные значения.

12,5

У

с

у У

У У

У у У

5' У г А У V" А С1"

( у у у А у

и у У У\ [у у

у у у У

у У

/

14,5

15,5

4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,Я 4,9

а

/

У ✓ У

У /

10 у У У у У к У у

У У у У У У У У У

у У У У У У У у

У У

4.3 4,4 43 4,6 4,? 4,8 4,9^>,м б

Рис. 18. Зависимость «скорость движения от радиуса поворота» при различных углах бокового скольжения: <з-«снег-2», б-«снег-4»

Все значения полученных углов бокового скольжения были сведены в три характерные группы. Так, для исследований на «снеге-2» значения, показанные кружком, соответствуют значениям 14-15°, треугольником - 6-7°, ромбом 4-4,5°. Для «снега-4» 10-11°, 5-5,5°, 3 -4° соответственно.

По результатам заездов составлена таблица значений критической глубины преодолеваемого снежного покрова (табл. 3). Так как невозможно было получить чисто третьего и четвертого режимов движения, то величины преодолеваемого снежного покрова указаны для промежутка значений, соответствующих этим режимам.

Сравнение теории и эксперимента_Таблица 3

Тип снега Режим движения Мах глубина снега, м

Теоретическая Экспериментальная

Снег-2 1 0,42 0,36-0,45

3-4 0,28 - 0,38 0,32-0,40

Снег-4 1 0,48 0,45-0,50

3-4 0,28-0,40 0,3-0,37

Данные, полученные в ходе эксперимента, не противоречат выводам, полученным в третьей главе работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе экспериментально-теоретических исследований разработана математическая модель взаимодействия колесного движителя со снежным полотном пути при криволинейном движении, а также выявлены закономерности погружения катящегося колеса в снежный покров и получены зависимости деформации от величины нагрузки, позволяющие учесть боковое скольжение и особенности геометрии формирования зон вертикального и бокового смятия. При увеличении угла бокового скольжения до 15° рост осадки колеса составит до 8-10%.

2. Описаны закономерности формирования колеи колесным движителем автомобиля с колесной формулой 4x4 при различных режимах: прямолинейное движение, криволинейное движение при частичном совпадении колей передних и задних колес, криволинейное движение при несовпадении колей передних и задних колес без бокового скольжения, криволинейное движение при несовпадении колей передних и задних колес с боковым скольжением, криволинейное движение при несовпадении колей передних и задних колес с боковым скольжением и смещением клина снега заключенного между колеями.

3. Разработан алгоритм и методика расчета сил сопротивления движению, силы тяги и запаса силы тяги как оценки проходимости машин по снегу с колесной формулой 4x4, при различных режимах движения, учитывающие закономерности для определения сопротивления от вертикального смятия снега и экскавационно-бульдозерных эффектов возникающих при боковом скольжении колеса. При увеличении угла бокового скольжения до 15° рост силы сопротивления от смятия снега увеличится до 25-27%. приведенная сила сопротивления от экскавационно-бульдозерных эффектов с внешней стороны колеса вырастет до 22-30 % от силы сопротивления от вертикального смятия снега.

4. Проведена оценка и анализ проходимости при движении по снегу автомобилей повышенной проходимости с колесной формулой 4x4 в соответствии с которыми сделан рад выводов:

4.1. Предельная глубина снега, преодолеваемого автомобилем «Нива», принимает значения 0, 40-0,48 м; потери проходимости при криволинейном движение с 50% перекрытием колей составили 0-12%, при криволинейном движении без перекрытия колей, без бокового скольжения колес - 5-12%, при криволинейном движении без перекрытия колей и с углом бокового скольжения колес 15° - 24-33%. При этом снижение проходимости при криволинейном движении без перекрытия колей, без бокового скольжения и с боковым скольжением составляет 17-24%. Первое значение соответствует снегу с меньшей плотностью, второе - с большей.

4.2. Предельная глубина снега, преодолеваемого автомобилем «Кержак», принимает значения 0,63-1,0 м; потери проходимости при криволинейном движение с 50% перекрытием колей составили 31-33%, при криволинейном движении без перекрытия колей, без бокового скольжения колес -50-52%, при криволинейном движении без перекрытия колей и с углом бокового скольжения колес 15°- 60-66%. При этом снижение проходимости при криволинейном движении без перекрытия колей, без бокового скольжения; и с боковым скольжением составляет 20-32%. Первое значение соответствует снегу с меньшей плотностью, второе - с большей, причем для «снега-4» преодолеваемая глубина снежного покрова может быть любой;

4.3. Предельная глубина снега, преодолеваемого автомобилем «Сивер», принимает значения 0,7-0,92 м; потери проходимости при криволинейном движении с 50% перекрытием колей составили 10-27%, при криволинейном движении без перекрытия колей, без бокового скольжения колес -20-44%, при криволинейном движении без перекрытия колей и с углом бокового скольжения колес 15° - 50-54. При этом снижение проходимости при криволинейном движении без перекрытия колей, без бокового скольжения и с боковым скольжением составляет 15-43%. Первое значение соответствует снегу с меньшей плотностью, второе - с большей;

4.4. Предельные значения скорости по боковому скольжения при движении с минимальным радиусом поворота равны 11,2-12,9,16,6-24,6,17-22,4 км/ч для автомобилей «Нива», «Кержак» и «Сивер» соответственно, причем меньшее значение соответствует снегу с меньшей плотностью, большее - с большей;

4.5. Получены зависимости показывающие влияние режима движения (сочетание скорости и радиуса поворота), конструкции колес (диаметра, ширины, типа и размеров шипы) и самого транспортного средства (размеры базы, колеи, дорожного просвета, а также массы, развесовки и положения центра тяжести) на проходимость и дающие возможность использовать эти данные при проектировании автоматических систем поддержания подвижности (проходимости, курсовой устойчивости и скорости движения) и конструкции транспортных средств высокой проходимости.

5. Экспериментальные исследования подтвердили удовлетворительную сходимость предложенной методики расчета и оценки проходимости при криволинейном движении колесных машин по снегу. Погрешность измерений составила 15-21%. Отклонения экспериментальных данных от теоретических составили 18-23%.

6. Теоретические разработки, методики расчетов, результаты экспериментальных исследований, технические предложения, практические рекомендации повышения проходимости колесных машин внедрены в НИЛ «Транспортных машин и транспортно-технологических комплексов», ЗАО «Завод

вездеходных машин», ООО «Трансмаш», используются в учебном процессе кафедры «Автомобили и тракторы» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Публикации с изложением основных положений диссертации

Статьи

1. Макаров, B.C. Влияние бульдозерных эффектов возникающих при криволинейном движении колесных машин на нагруженность элементов трансмиссии / B.C. Макаров, К.О. Гончаров, А.Н. Блохин, В. В. Беляков // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. №9, 2008г. с 47-51.

2. Макаров, B.C. Влияние пространственных экскавационно-бульдозерных эффектов на движение колесных мшшт по снегу /B.C. Макаров, Н.Ю. Ломунова, В.В. Беляков // Материалы всероссийской научно-технической конференции «Транспортно-технологаческие машины» ТТМ НН 04, посвященной 30-летнему юбилею кафедры Строительные и дорожные машины / НГТУ-Н.Новгород, 2004 С. 98-104

3. Макаров, B.C. Некоторые явления, возникающие при движении автомобиля по деформируемой опорной поверхности / B.C. Макаров, И.В. Стародубова, В.В. Беляков // Сборник материалов международной научно-технической конференции «Проектирование, испытания, эксплуатация транспортных машин и транс-портно-технологических комплексов», посвященной 70-летию кафедры автомобили и тракторы. / НГТУ - Н.Новгород, 2005. с.204-207

4. Макаров, B.C. Характер протекания экскавационно-бульдозерного эффекта при движении машины по деформируемому грушу / B.C. Макаров, К.О. Гончаров, А.Н. Блохин, В. В. Беляков // Известия Академии инженерных наук РФ им. акад. A.M. Прохорова. Транспортно-технологические машины и комплексы. Под ред. Ю.В Гуляева/НГТУ -Москва -Н. Новгород, 2008. Т. 21 с. 153-160

5. Макаров, B.C. О возникновении дополнительного сопротивления при криволинейном движении транспортно-технологических машин по снегу вследствие экскавационно-бульдозерных эффектов / B.C. Макаров, К.О. Гончаров, А.Н. Блохин, A.C. Молодцов, В.В. Беляков // Материалы докладов ШП нижегородская сессия молодых ученых: Технические науки. Татинец- Н.Новгород, изд-во. Гладкова О.В.

6. Макаров, B.C. Сопротивление от бульдозерных эффектов возникающих при повороте машины оснащенной колесным движителем / B.C. Макаров, К.О. Гончаров, А.Н. Блохин, В. В. Беляков // Тезисы докладов VII международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». НГТУ им. P.E. Алексеева - Н.Новгород, 2008. с. 88.

7. Макаров, B.C. Результаты испытаний колесных машин при криволинейном движении на косогоре / B.C. Макаров, К.О. Гончаров, У.Ш. Вахидов, В.В. Беляков // Материалы всероссийской научно-технической конференции «Транспортно-технологические машины» ТТМ НН 08. НГТУ - Н.Новгород, 2008

8. Макаров, B.C. Динамика возникновения экскавации и бульдозерного переноса материала основания при криволинейном движении машины с эластичными движителями / B.C. Макаров, К.О. Гончаров, А.Н. Блохин, В. В. Беляков //Тезисы докладов VII международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». - Н.Новгород: НГТУ им. P.E. Алексеева, 2008. с. 103

9. Макаров, B.C. Определите осадки цилиндрической поверхности в снег при ее качении без проскальзывания в режиме бокового увода / B.C. Макаров, К.О. Гончаров, А.Н. Блохин, В. В. Беляков // Сборник научных статей Международной научно-технической конференции (18-19 декабря 2008г.) Посвящается 45-летию кафедры «Автомобильный транспорт» НГТУ им P.E. Алексеева. АВТО НН 08 Автомобильный транспорт в XXI веке. с. 131-135

10. Макаров, B.C. Использование теории множеств для оценки проходимости транс-портно-технолопических машин / B.C. Макаров, М. Е. Бушуева, В. В. Беляков // Материалы докладов /ХЩ нижегородская сессия молодых ученых: Технические науки, Татинец-Н.Новгород, изд-во. Гладкова O.B. Н. Новгород, 2008 С.57

11. Макаров, B.C. Сила сопротивления от экскавационно-бульдозерных эффектов с внешней стороны колеса / B.C. Макаров, К.О. Гончаров, В. В. Беляков // Сборник научных статей Международной научно-технической конференции (18-19 декабря 2008г.) Посвящается 45-летию кафедры «Автомобильный транспорт» НГТУ им P.E. Алексеева. АВТО НН 08 Автомобильный транспорт в XXI веке. с. 135-139

12. Макаров, B.C. Сила сопротивления от бульдозерных эффектов с внешней стороны колеса при проходе второго и последующих колес / B.C. Макаров // Сборник научных статей Международной научно-технической конференции (18-19 декабря 2008г.) Посвящается 45-летию кафедры «Автомобильный транспорт» НГТУ им P.E. Алексеева. АВТО НН 08 Автомобильный транспорт в XXI веке. с. 139-142

13. Макаров, B.C. Динамика эффекта экскавации материала деформируемого дорожно-грунтового основания эластичными движителями при криволинейном движении TIM / B.C. Макаров, К.О. Гончаров, В. В. Беляков // Материалы международной научно-технической конференции «Проблемы транспортно-технологических комплексов» (ТТМиК-НН 08) посвященной 35-летию кафедры «Строительные и дорожные машины».(22 мая 2008 г) Н.Новгород: НГТУ, 2008.С.185-187

14. Макаров, B.C. О бульдозерных эффектах при движении по снежной целине с настовой коркой / B.C. Макаров, К.О. Гончаров, В. В. Беляков // Тезисы докладов VIII международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». (15 мая 2009 г.) - Н.Новгород: НГТУ им. P.E. Алексеева, 2009. С. 153-154

15. Макаров, B.C. Сопротивление движению от экскавации грунта при криволинейном движении машины на эластичных движителях / B.C. Макаров, К.О. Гончаров, В. В. Беляков, A.C. Зайцев // Тезисы докладов VIII международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». (15 мая 2009 г.) - Н.Новгород: НГТУ им. P.E. Алексеева, 2009. С. 158-159

16. Макаров, B.C. Объем грунта, выносимого в межопорную область колесного движителя в результате экскавации / B.C. Макаров, К.О. Гончаров, В. В. Беляков, A.C. Зайцев // Тезисы докладов VIII международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». (15 мая 2009 г.) -Н.Новгород: НГТУ им. P.E. Алексеева, 2009. С. 159-160

17. Макаров, B.C. Влияние эффекта экскавации материала деформируемого дорожно-грунтового основания при криволинейном движении машины с эластичными движителями на проходимость / B.C. Макаров, К.О. Гончаров, В. В. Беляков // Материалы докладов /XIV нижегородская сессия молодых ученых: Технические науки. (Татинец, 15-19 февраля 2009 г.) - Н.Новгород, изд-во. Гладкова O.B. С.4

18. Макаров, B.C. Характер образования колеи при криволинейном по снегу колесных машин / B.C. Макаров, К.О. Гончаров, В. В. Беляков // Материалы докладов /XIV нижегородская сессия молодых ученых: Технические науки. (Татинец, 15 -19 февраля 2009 г.) - Н.Новгород, изд-во. Гладкова О.В. С. 13-14

19. Макаров, B.C. О целесообразности применения подробной модели криволинейного движения колесной машины / B.C. Макаров // Тезисы докладов VIII международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». (15 мая 2009 г.) - Н.Новгород: НГТУ им. P.E. Алексеева, 2009. С. 154

Патент

Аникин A.A., Балов В.В., Зеленое С.Г., Макаров, B.C., Масленников В.А., Перепелов

A.B. Транспортное средство высокой проходимости «Сивер». Свидетельство на полезную модель №82184 от 20.04.2009 г. (Заявка № 2008149165/22 от 12.12.2008 г.)

Подписано в печать 19.11.2009. Формат 60x84 '/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 742.

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева. Типография НГТУ. 603950, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР РАНЕЕ ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

1.1. Модели опорных оснований

1.2. Взаимодействие колесного движителя со снегом

1.3. Криволинейное движение по снегу

1.4. Задачи исследования

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КРИВОЛИНЕЙНОГО 34 ДВИЖЕНИЯ КОЛЕСНОЙ МАШИНЫ ПО СНЕЖНОЙ ЦЕЛИНЕ

2.1. Математическая модель движения одиночного колеса по 35 снежной целине

2.1.1. Формирование колеи одиночным колесом

2.1.2. Погружение колеса в снег

2.1.3. Сопротивление качению колеса

2.1.3.1. Сила сопротивления, обусловленная деформа- 51 цией снежного полотна пути колесом машины

2.1.3.2. Сила сопротивления от экскавационно- 56 бульдозерных эффектов с внешней стороны колеса

2.1.3.3. Сила сопротивления от экскавационно- 75 бульдозерных эффектов

2.1.3.4. Сила сопротивления движению от фрезерования 78 настовой корки и внутримассивных ледяных прослоек

2.1.4. Сцепление колеса с опорной поверхностью

2.2. Математическая модель движения колесной машины по 81 снежной целине

2.2.1. Глубина колеи, образуемая при криволинейном дви- 82 жении машины

2.2.2. Сопротивление движению на передвижение машины 84 по снегу

2.2.3. Сила тяги, развиваемая колесной машиной

2.2.4. Критерий проходимости колесной машины -. •

2.3. Алгоритм решения и программная реализация математиче- 94 ской модели проходимости машины по снегу

2.4. Выводы по главе

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КРИВ О ЛИНЕЙ- 97 НОГО ДВИЖЕНИЯ КОЛЕСНОЙ МАШИНЫ ПО СНЕЖНОЙ ЦЕЛИНЕ

3.1. Оценка осадки, сопротивления качанию и приведенного 98 сопротивления от экскавационно-бульдозеерных эффектов с внешней стороны колеса при боковом скольжении

3.2. Оценка проходимости колесных машин при различных ре- 106 жимах движения

3.3. Влияние режима движения на проходимость колесной ма- 115 шины

3.4. Выводы по главе

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОХОДИМОСТИ 124 КОЛЕСНЫХ МАШИН ПО СНЕГУ

4.1. Программа исследовательских испытаний

4.2. Методика исследовательских испытаний

4.3. Результаты экспериментальных исследований

4.3.1. Анализ физико-механических свойств снега

4.3.2. Анализ изменения размеров колеи образуемой колесом в составе движителя при криволинейном движении машины

4.3.3. Оценка проходимости при разных режимах движения

4.4. Обработка результатов исследований 137 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 140 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 143 Приложение

Актуальность темы. Во время эксплуатации колесные машины не всегда передвигаются по специально подготовленным дорогам с высокими тягово-сцепными свойствами. Во многих случаях им приходится работать на бездорожье, которое характеризуется разнообразными дорожно-грунтовыми условиями. Эту способность автомобилей характеризует специальное эксплуатационное свойство - проходимость.

Одним из наиболее тяжелых режимов работы является криволинейное движение машин по снегу. Появление бокового скольжения колес вследствие малого сцепления приводит к увеличению ширины и глубины колеи и, как следствие, к возникновению экскавационно-бульдозерного сопротивления с внешней стороны колеса и росту сопротивления от вертикального смятия снега.

В таких условиях происходит значительный рост сопротивления движению. Поэтому необходим анализ учитывающий режимы криволинейного движения колесной машины по снегу с целью возможности уменьшения потерь и увеличения запаса силы тяги.

Теория движения колесных машин по деформируемым опорным основаниям на сегодняшний день разработана достаточно хорошо как зарубежными, так и отечественными исследователями. Однако в ней вопросы криволинейного движения по снежной целине и оценка режимов движения, требуют уточнения и пересмотра ряда положений, особенно в области геометрии взаимодействия колесного движителя со снегом при возникновении бокового скольжения на зоны подверженные вертикальному и боковому смятию.

Цель работы. Разработка методики расчета и оценка проходимости машин с колесной формулой 4x4 при криволинейном движении по снежной целине с учетом особенностей формирования колеи и режимов движения на основе экспериментально-теоретических исследований.

Научная новизна. Впервые для взаимодействия колеса катящегося в режиме бокового-скольжения, с деформируемой опорнойповерхностью, учтена-■•» особенность геометрии разделения зон вертикального и бокового смятия.

Разработана математическая модель криволинейного движения колеса по снежной целине с учетом бокового скольжения и особенности геометрии зон вертикального и бокового смятия.

Рассмотрены особенности образования колеи и сопротивления при криволинейном движении с учетом расположения колес в движителе машины, режимов работы и особенности геометрии зон вертикального и - бокового смятия.

Показаны изменения сопротивлений, сцеплений и запаса силы тяги при различных режимах с учетом особенности геометрии зон вертикального и бокового смятия снега при криволинейном движении.

Объекты исследования. На разных этапах работы в качестве объектов исследования выбирались колесные машины ВАЗ-2121 «Нива», ЭВМ-3966 «Сивер», ТТС-30072 «Кержак».

Общая методика исследований. При проведении теоретических исследований использовались методы аналитической механики, численные методы решения систем нелинейных уравнений и разнообразные методы математического моделирования. Экспериментальные исследования проводились с использованием измерительных средств и комплексов визуального контроля.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Из теоретических разработок - уточнение модели качения колеса по снегу в режиме бокового скольжения в области геометрии разделения зон, подверженных вертикальному и боковому смятию, математическая модель криволинейного движения машины по снежной целине, учитывающая боковое скольжение колес, оценка проходимости с учетом режима движения по сравнению с прямолинейным.

2. Из научно-методических разработок - методика расчета и экспериментально-теоретическое обоснование проходимости машин с колесной-формулой 4x4 при криволинейном движении по снегу.

3. Из научно-технических разработок - обоснованные по результатам исследований рекомендации по выбору конструкции и режимов криволинейного движения машин с колесной формулой 4x4 с целью обеспечения наибольшей проходимости.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в следующем: на основе экспериментальных и теоретических исследований сформулирована методика оценки проходимости при криволинейном движении колесных машин по снегу с учетом режимов движения и особенностей формирования колеи колесом в зонах вертикального и бокового смятия;

- получены зависимости для определения глубины погружения, сопротивления от вертикального смятия и от экскавационно-бульдозерных эффектов с внешней стороны колеса при движении колеса с боковым скольжением, учитывающие особенности формирования колеи;

- разработана методика проведения лабораторных и полевых испытаний, позволяющая определить проходимость и режимы движения при криволинейном движении по снегу как существующих колесных машин, так и сократить затраты на разработку новых конструкций.

Реализация работы. Результаты экспериментально-теоретических исследований по теме диссертации внедрены в НИЛ «Транспортных машин и транспортно-технологических комплексов», ЗАО «Завод вездеходных машин», ООО «Трансмаш», а также используются в учебном процессе кафедры «Автомобили и тракторы» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах кафедры «Автомобили и тракторы» (Н.Новгород, НГТУ им. P.E. Алексеева,

2008 - 2009 гг.); на 13-14-й нижегородских сессиях молодых ученых . - (Н.Новгород,-2008«- 2009 -гг.); -на 7-8-й международных молодежных научно--— технических конференциях «Будущее технической науки» (Н.Новгород, НГТУ им. P.E. Алексеева, 2008-2009 гг.); на международной научно-технической конференции, посвященной 45-летию кафедры «Автомобильный транспорт» (Н.Новгород, НГТУ им. P.E. Алексеева, 2008 г.), на международной научно-технической конференции «Проблемы транспортно-технологических комплексов» посвященной 35-летию кафедры «Строительные и дорожные машины» (Н.Новгород, НГТУ им. P.E. Алексеева, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 19 научно-технических публикаций, в том числе 1 в рецензируемом журнале, рекомендованным ВАК, получено свидетельство на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из четырех глав, общих выводов, приложения, изложена на 161 странице текста, содержит 120 рисунков, 12 таблиц, список использованных источников, включающий 162 наименований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе экспериментально-теоретических исследований разработана математическая модель взаимодействия колесного движителя со снежным полотном пути при криволинейном движении, а также выявлены закономерности погружения катящегося колеса в снежный покров и получены зависимости деформации от величины нагрузки, позволяющие учесть боковое скольжение и особенности геометрии формирования зон вертикального и бокового смятия. При увеличении угла бокового скольжения до 15° рост осадки колеса составит до 8-10%.

2. Описаны закономерности формирования колеи колесным движителем автомобиля с колесной формулой 4x4 при различных режимах: прямолинейное движение, криволинейное движение при частичном совпадении колей передних и задних колес, криволинейное движение при несовпадении колей передних и задних колес без бокового скольжения, криволинейное движение при несовпадении колей передних и задних колес с боковым скольжением, криволинейное движение при несовпадении колей передних и задних колес с боковым скольжением и смещением клина снега заключенного между колеями.

3. Разработан алгоритм и методика расчета сил сопротивления движению, силы тяги и запаса силы тяги как оценки проходимости машин по снегу с колесной формулой 4x4, при различных режимах движения, учитывающие закономерности для определения сопротивления от вертикального смятия снега и экскавационно-бульдозерных эффектов возникающих при боковом скольжении колеса. При увеличении угла бокового скольжения до 15° рост силы сопротивления от смятия снега увеличится до 25-27%. приведенная сила сопротивления от экскавационно-бульдозерных эффектов с внешней стороны колеса вырастет до 22-30 % от силы сопротивления от вертикального смятия снега.

4. Проведена оценка и анализ проходимости при движении по снегу автомобилей повышенной проходимости с колесной формулой 4x4 в соответствии с которыми сделан ряд выводов:

4.1. Предельная глубина снега, преодолеваемого автомобилем «Нива», принимает значения О,-40-0,48 м; потери ■проходимости- при-криволинейном— -движение с 50% перекрытием колей составили 0-12%, при криволинейном движении без перекрытия колей, без бокового скольжения колес - 5-12%, при криволинейном движении без перекрытия колей и с углом бокового скольжения колес 15° - 24-33%. При этом снижение проходимости при криволинейном движении без перекрытия колей, без бокового скольжения и с боковым скольжением составляет 17-24%. Первое значение соответствует снегу с меньшей плотностью, второе — с большей.

4.2. Предельная глубина снега, преодолеваемого автомобилем «Кержак», принимает значения 0,63-1,0 м; потери проходимости при криволинейном движение с 50% перекрытием колей составили 31-33%, при криволинейном движении без перекрытия колей, без бокового скольжения колес -50-52%, при криволинейном движении без перекрытия колей и с углом бокового скольжения колес 15°- 60-66%. При этом снижение проходимости при криволинейном движении без перекрытия колей, без бокового скольжения; и с боковым скольжением составляет 20-32%. Первое значение соответствует снегу с меньшей плотностью, второе — с большей, причем для «снега-4» преодолеваемая глубина снежного покрова может быть любой;

4.3. Предельная глубина снега, преодолеваемого автомобилем «Сивер», принимает значения 0,7-0,92 м; потери проходимости при криволинейном движении с 50% перекрытием колей составили 10-27%, при криволинейном движении без перекрытия колей, без бокового скольжения колес -20-44%, при криволинейном движении без перекрытия колей и с углом бокового скольжения колес 15° - 50-54. При этом снижение проходимости при криволинейном движении без перекрытия колей, без бокового скольжения и с боковым скольжением составляет 15-43%. Первое значение соответствует снегу с меньшей плотностью, второе — с большей;

4.4. Предельные значения скорости по боковому скольжения при движении с минимальным радиусом поворота равны 11,2-12,9, 16,6-24,6, 17-22,4 км/ч для автомобилей «Нива», «Кержак» и «Сивер» соответственно, причем - -- меньшее значение- соответствует снегу-с-меньшей-плотноетью^болыпее—с -большей;

4.5. Получены зависимости показывающие влияние режима движения (сочетание скорости и радиуса поворота), конструкции колес (диаметра, ширины, типа и размеров шины) и самого транспортного средства (размеры базы, колеи, дорожного просвета, а также массы, развесовки и положения центра тяжести) на проходимость и дающие возможность использовать эти данные при проектировании автоматических систем поддержания подвижности (проходимости, курсовой устойчивости и скорости движения) и конструкции транспортных средств высокой проходимости.

5. Экспериментальные исследования подтвердили удовлетворительную сходимость предложенной методики расчета и оценки проходимости при криволинейном движении колесных машин по снегу. Погрешность измерений составила 15-21%. Отклонения экспериментальных данных от теоретических составили 18-23%.

6. Теоретические разработки, методики расчетов, результаты экспериментальных исследований, технические предложения, практические рекомендации повышения проходимости колесных машин внедрены в НИЛ «Транспортных машин и транспортно-технологических комплексов», ЗАО «Завод вездеходных машин», ООО «Трансмаш», используются в учебном процессе кафедры «Автомобили и тракторы» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

143

1. Агейкин Я.С. Вездеходные колесные и комбинированные движители. Теория и расчет. М.: Машиностроение, 1972. — 184 с.

2. Агейкин Я.С. Проходимость автомобилей. — М.: Машиностроение, 1981.-230 с.

3. Аникин A.A., Беляков В.В., Донато И.О. Теория передвижения колесных машин по снегу. М.: Изд — во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006.- 240 с.

4. Антонов A.C. Теория гусеничного движителя. М.: Машгиз, 1949. — 200 с.

5. Антонов Д.А. Расчет устойчивости движения многоосных автомобилей. -М.: Машиностроение, 1984.- 163 с.

6. Армейские автомобили / Под ред. A.C. Антонова, в трех частях. — М.: Изд-во МО, 1970. -4.1 543 с.

7. Бабков В.Ф. Напряжения в грунтовых основаниях дорожных одежд // Тр. ДОРНИИ М. 1941. - Вып. 111.- 128 с.

8. Бабков В.Ф. Образование колеи при движении автомобиля // Труды совещания по проходимости колесных и гусеничных машин по целине и грунтовым дорогам. М.: Изд-во АН СССР, 1950. - С. 94 - 115.

9. Бабков В.Ф., Безруков В.М. Основы грунтоведения и механика грунтов.- М.: Высшая школа, 1976. 328 с.

10. Бабков В.Ф., Бируля А.К., Сиденко В.М. Проходимость колесных машин по грунту. М.: Автотрансиздат, 1959. — 189 с.

11. Бабков В.Ф., Гербурт-Гейбович A.B. Основы грунтоведения и механики грунтов. — М.: Автотрансиздат, 1956. — 301 с.

12. Барахтанов Л.В. Повышение проходимости гусеничных машин, по снегу: Дисс. докт. техн. наук: 05.05.03. — Горький, 1988 г. — 352 с.

13. Барахтанов JI.B., Беляков В.В., Кравец В.Н. Проходимость автомобиля.

14. Н. Новгород: HTTY, 1996. -200 с. . .

15. Беккер М.Г. Введение в теорию систем местность-машина: Пер. с англ. / Под ред. В.В. Гуськова. М.: Машиностроение, 1973. - 520 с.

16. Беляков В.В. Взаимодействие со снежным покровом эластичных движителей специальных транспортных средств: Дисс. .докт. техн. наук: 05.05.03. НГТУ, Н.Новгород,!999. 485 с.

17. Беляков В.В. Методика расчета и анализ путей повышения проходимости многоосных колесных машин по снегу: Дисс. канд. техн. наук: 05.05.03. -Н. Новгород, 1991 г. 307 с.

18. Бируля А.К. Проходимость автомобилями черноземных грунтов // Труды совещания по проходимости колесных и гусеничных машин по целине и грунтовым дорогам. — М.: Изд-во АН СССР, 1950. — С. 122 — 128.

19. Бируля А.К. Сцепление пневматической автомобильной шины с грунтом // Труды совещания по проходимости колесных и гусеничных машин по целине и грунтовым дорогам. — М.: Изд-во АН СССР, 1950. -С. 15-20.

20. Бойков В.П., Белковский В.Н. Шины для тракторов и сельскохозяйственных машин. — М.: Агропромиздат, 1988. — 240 с.

21. Бойков В.П., Левин H.A. Определение некоторых показателей взаимодействия колесного движителя трактора с почвогрунтом // Тракторы и сельхозмашины. 1986. — № 6. - С.6 — 10.

22. Вездеходные транспортно-технологические машины // Под редакцией В. В. Белякова и А. П. Куляшова. Н. Новгород.: ТАЛАМ, 2004. -960 с.

23. Вейнберг Б.П. Снег, иней, град, лед и ледники. — М.: ОКТИ, 1936. — 236 с.

24. Водяник И.И. Сопротивление качению гусениц от деформации грунта при образовании колеи // Известия вузов. Машиностроение. 1980. - № 2. - С.96 — 100.

25. Войтковский К.Ф. Механические свойства снега. — М.: Наука,1977. —128 с.

26. Вольская Н.С. Оценка проходимости колесных машин при движении по неровной грунтовой поверхности — М.: Изд-во'МГИУ, 2007. 215 с.27