автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Совершенствование рабочего процесса торможения полуприцепа на трехосной рессорной балансирной подвеске

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ТОРМОЖЕНИЯ. ПРИЦЕПНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ БОЛЬШОЙ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ

1.1. Анализ рабочего процесса подвески в тормозном режиме.

1.2. Состояние вопроса теории торможения прицепных транспортных средств и рабочего процесса подвески в тормозном режиме.

1.3. Постановка задачи исследования.

2 ДИНАМИКА ТОРМОЖЕНИЯ АВТОПОЕЗДА

2.1 Физические предпосылки построения модели торможения.

2.2 Математическая модель процесса торможения автопоезда.

2.2.1 Блок определения кинематических параметров звеньев автопоезда

2.2.2 Блок расчета взаимодействия колеса с опорной поверхностью.

2.2.3 Блок расчета параметров, характеризующих рабочий процесс многоопорной рессорной балансирной подвески

2.2.4 Блок формирования управляющих воздействий привода.

3 ФОРМИРОВАНИЕ УСЛОВИЙ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТОРМОЖЕНИЯ ПОЛУПРИЦЕПА НА МНОГООПОРНОЙ РЕССОРНОЙ БАЛАНСИРНОЙ ПОДВЕСКЕ.

3.1 Обоснование параметров рессорной подвески трехосного полуприцепа с целью повышения эффективности торможения.

3.2 Обоснование параметров исполнительных органов тормозного привода и тормозных механизмов.

3.3 Обоснование структуры АБС для трехосных полуприцепов на рессорной балансирной подвеске

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХОСНОГО ПОЛУПРИЦЕПА НА РЕССОРНОЙ БАЛАНСИРНОЙ ПОДВЕСКЕ

4.1 Методика экспериментального исследования.

4.2 Измерительный комплекс, тарировка аппаратуры и обработка результатов измерений.

4.3 Результаты экспериментов, сравнительный анализ результатов расчетов и экспериментальных данных о процессе торможения АБС

На перевозках грузов все больше используются специальные автопоезда и автопоезда-тяжеловозы. Их применение значительно расширило номенклатуру перевозимых грузов и позволило решить проблему интенсификации транспортных работ, проблему, обусловленную необходимостью повышения производительности труда, роста производительных сил - основного критерия общественного прогресса.

Автопоезда-тяжеловозы сложны по конструкции, имеют большую массу, и в то же время передвигаются по дорогам транспортной сети России с высокой максимальной скоростью в общем потоке автомобилей. Поэтому к таким автопоездам предъявляются высокие требования по активной безопасности движения, т.е. к эффективности тормозных систем.

В условиях современного интенсивного движения, торможение становится одной из основных фаз движения автомобиля. При этом, 95ч-100% от полного числа торможений составляют служебные торможения. Однако, специфика процесса торможения такова, что его основные критерии качества характеризует не типичный режим движения, а экстремальный. Пусть вероятность экстренного торможения мала, но, тем не менее, тормозная система в любой момент должна быть готова обеспечить максимальную интенсивность, безопасность остановки автопоезда. Поэтому при проектировании тормозных систем, в отличие от других агрегатов, исходят не из типичных условий работы, а из условий обеспечения эффективности экстренного торможения.

Теоретическим вопросам повышения эффективности тормозных систем посвящены работы Н.А.Бухарина, Б.Б.Генбома, А.Б.Гредескула, Н.К.Дъячкова, В.В.Жесткова, В.А.Иларионова, Н.Ф.Метлюка, Н.К.Пчелина, В.А.Петрова, М.А.Петрова, А.А.Ревина, А.К.Фрумкина, Р.И.Фурунжиева, А.С.Федосова и других авторов.

Задачей теории торможения является разработка методов расчета и проектирования, как основы создания новых, совершенных конструкций. Разработка эффективных тормозных систем автопоездов с пневматическим приводом тормозов является сложной проблемой, особенно для тяжеловозов. Решение ее - необходимое условие успешного создания целого ряда прицепов полуприцепов-тяжеловозов, в конструкции которых применяются новые прогрессивные и оригинальные типы подвесок, в частности, многоопорные рессорные балансирные, спроектированные по модульному принципу (модулем является колесная ось с тормозным механизмом).

В процессе разработки и создания таких машин выявилось, что основные закономерности теории торможения автомобиля, раскрывающие картину динамического перераспределения нагрузки при торможении между осями, не объясняют структуру взаимодействия систем торможения и подрессоривания. Как показали факты испытаний первых опытных машин, такое взаимодействие существенно влияет на тормозную динамику. Однако, мелкосерийный характер производства автопоездов большой грузоподъемности является препятствием для проектирования эффективных тормозных систем, из-за невозможности проведения соответствующих экспериментов по экономическим причинам.

Поэтому возникла необходимость в разработке методики выбора взаимосвязанных параметров рессорной ходовой части и тормозной системы, обеспечивающей научно-обоснованное проектирование полуприцепов и прицепов с высокой эффективностью и устойчивостью торможения.

Указанные вопросы имеют несомненную актуальность и в то же время не нашли должного отражения в современной литературе по теории, конструированию и расчету автомобилей и автопоездов.

Цслыо настоящей работы является совершенствование рабочего процесса торможения полуприцепа на трехосной рессорной балансирной подвеске на основе определения закономерностей выбора взаимосвязанных параметров подвески, тормозной системы и структуры АБС.

Для достижения цели исследования решаются следующие задачи:

1. Разработка математической' модели процесса торможения трехосного полуприцепа и методики расчета критериев эффективности торможения, учитывающих влияние рессорной балансирной подвески, параметров тормозной системы и особенностей работы АБС;

2. Обоснование выбора параметров и разработка рекомендаций по проектированию многоопорной рессорной балансирной подвески, тормозной системы и установке АБС трехосного полуприцепа.

11. Результаты работы использованы ОАО "УРАЛАВТОПРИЦЕГГ при проектировании и изготовлении трехосной тележки полуприцепа цистерны. Проведены дорожные испытания полуприцепа и получены результаты, подтвердившие эффективность и устойчивость процесса торможения с АБС. В настоящее время семейство трехосных прицепных транспортных средств проходит сертификационные испытания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Установлено, что конструктивная схема трехосной многоопорной рессорной подвески из-за перераспределения нагрузок между осями при торможении имеет существенное негативное влияние на качество процесса торможения, вследствие неполного использования тормозного момента, развиваемого механизмами передней оси и блокирования колес задней оси полуприцепа. Существующие методы расчета процесса торможения автомобиля не позволяют определить закономерности взаимодействия тормозной системы и указанной системы подрессоривания, условия выбора рациональных параметров.

2. Предложены математическая модель процесса торможения полуприцепа в трехмерном пространстве и методика расчета критериев V эффективности торможения, учитывающие влияние трехосной рессорной балансирной подвески, параметры тормозной системы и особенности работы антиблокировочной системы.

3. Установлено, что ориентация продольных рычагов подвески средней колёсной оси практически не влияет на эффективность торможения трехосного полуприцепа с рессорной балансирной подвеской, но меняет картину перераспределения осевых вертикальных нагрузок. Это обстоятельство должно учитываться, при установке АБС.

4. При креплении продольных рычагов подвески над рессорами полуприцепа, для уменьшения перераспределения вертикальных нагрузок, целесообразно использовать следующую схему расположения рычагов относительно середины рессоры: на передней оси-справа, на средней и задней оси - слева.

5. Если продольные рычаги крепятся под рессорами, следует применять конструктивную схему, где каждый из них находится слева от колесной оси, причем, положение рычага на передней оси должно быть горизонтальным.

6. Нормативная величина степени торможения трехосного полуприцепа с рессорной балансирной подвеской и с унифицированными тормозными механизмами, рассчитанными на среднюю вертикальную нагрузку, достигается при высоте крепления нижних осей качания продольных рычагов подвески, не превышающей 50% рабочей длины рессоры.

7. На трехосных полуприцепах с рессорной балансирной подвеской и колёсными осями со статической нагрузкой порядка 80-И 00 кН необходимо устанавливать тормозные камеры и регулировочные рычаги, которые характеризуются следующими конструктивными параметрами: передняя ось

- камера тип 24, рабочая длина регулировочного рычага 125мм; средняя и задняя оси - камеры тип 30, рабочие длины регулировочных рычагов, соответственно, 150 и 175мм.

8. При установке АБС на трехосные полуприцепы с рессорной балансирной подвеской не должно быть косвенно регулируемых колёс, режим работы которых определяется показаниями датчиков угловых скоростей средней оси.

9. Для наилучшего обеспечения безопасности процесса торможения трёхосных полуприцепов с рессорными балансирными подвесками необходимо использовать АБС конфигурации 48/ЗМ, в которой: датчики попарно устанавливаются на передней и задней осях; первый и второй модуляторы регулируют давление в тормозных камерах передней и средней оси, соответственно, со стороны левого и правого борта; третий модулятор регулирует давление в тормозных камерах расположенных на задней оси подвески.

105

10. Выполнение нормативных требований Правил №13 ЕЭК ООН, касающихся АБС категории "А", может быть обеспечено и при наличии на трехосных полуприцепах с рессорной балансирной подвеской конфигурации 2Э/2М, в которой: применено диагональное размещение датчиков на передней и задней осях; первый модулятор регулирует давление во всех тормозных камерах передней и средней оси; второй модулятор - в тормозных камерах задней оси. Однако, при использовании такой структуры АБС, происходит блокирование косвенно регулируемых колес, находящихся на поверхности с низким коэффициентом сцепления во время торможения на дорогах, с различными адгезионными свойства со стороны левого и правого борта.

1. Акивис M.А., Гольдберг B.B. Тензорное счисление.-M.: Наука, 1972.-352 с.

2. Алышев И.И. Модель торможения седельного автопоезда с пневматическим приводом/МАДИ- M., 1984.-15с.-Деп. в НИИавтопрома 07.05.84, №1037-Д 84.

3. Антонов Д. А. Расчет устойчивости движения многоосных автомобилей М. Машиностроение, 1984-164 с.

4. Бартош П.Р., Капустин Н.М., Гиль C.B. Математическая модель пневматического тормозного привода прицепа/ Белорусская государственная политехническая академия.- Минск, 1997.-6с.-Деп. в ВИНИТИ 08.05.1997, № 1553—В 97.

5. Бухарин H.A., Прозоров B.C., Щукин М.М. Автомобили,- Л.: Машиностроение, 1973.- 504с.

6. Брянский Ю.А. Управляемость большегрузных автомобилей.-М.: Машиностроение, 1983.-176 с.

7. Ванцевич В.В., Харитончик C.B. Моделирование динамических нормальных реакций колес автопоездов/ Белорусская государственная политехническая академия,- Минск, 1996.- 14с.- Деп. в ВИНИТИ 25.06.1996, № 2085-В 96.

8. Виттенбург Й. Динамика систем твердых тел/ Пер. с английского В.И. Рубановского и др.- М.: Мир, 1980.-292 с.

9. Генбом Б.Б. и др. Об устойчивости движения прицепного автопоезда при торможении/Б.Б.Генбом, В.А. Демьянюк, А.Б. Разумов и др.//Автомобильная промышленность 1977- № З.-С. 22-25.

10. Гуревич Л.В. Современные методы дорожных испытаний автомобильных антиблокировочных систем.-М.: НИИавтопром, 1978-98с.

11. Гуревич Л.В., Спирин А.Р. Экспериментальная оценка схем применения антиблокировочных тормозных систем//Автомобильная промышленность 1981г. - № 3. - С. 15-17.

12. Дик A.B. Исследование динамических характеристик тормозящего колеса// Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин: Сборник научных трудов,- Омск: ОмПИ, 1983,- С.38-53.

13. Динамика системы дорога-шина-автомобиль-водитель/ Под общей редакцией А.А.Хачатурова.-М.: Машиностроение, 1975,- 525 с.

14. Жестков В.В., Литке П.Е. Особенности торможения прицепа-тяжеловоза на четырехрессорной подвеске// Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин: Сборник научных трудов Челябинск: ЧПИ, 1984 - С. 105-110,

15. Жестков В.В., Литке П.Е., Харин Е.С. Балансирная подвеска прицепа и эффективность его торможения// Автомобильная промышленность,- 1997 № 9 - С.10-12.

16. Жестков В.В., Литке П.Е., Харин Е.С. Динамика торможения автопоезда с полуприцепом на многоопорной рессорной балансирной подвеске // Динамика и прочность мобильных машин: Тезисы докладов научно-техничекой конференции,- Кутаиси: КПИ, 1989.-с.29.

17. Жестков В.В. и др. Электропневматическое управление тормозной системой полуприцепа/ В.В. Жестков," A.B. Жестков, A.A. Логиновский, Е С. Харин// Автомобильная промышленность.- 1997,- №5- С.35-36.

18. Закин Я.Х. Маневренность автомобиля и автопоезда.-М.: Транспорт, 1986.-135с.

19. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров: Определения, теоремы, формулы/ Перевод с английского И.Г. Арамановича и др.- М.:Наука, 1974.-832с.

20. Литке П.Е. Повышение эффективности торможения полуприцепов-тяжеловозов на четырехрессорной балансирной подвеске: Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук., Челябинск, 1987.-161с.

21. Литке П.Е., Жестков В.В. Математическая модель торможения автопоезда с полуприцепом на трехопорной рессорной балансирной подвеске/ЧПИ Челябинск, 1987.-13с - Деп. в НИИТЭИавтопром 29.07.87, №1583АП.

22. Марциновский Л.Я., Сорочан Ю.П. Подвески прицепного состава зарубежных фирм// Автомобильная промышленность.-1976.-№2-С.35-39.

23. Мельниченко Г.Г., Петров В.П. О реализации сцепного веса при торможении полуприцепа с балансирной подвеской// Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин Новосибирск, 1978.-С.32-36.

24. Мусарский P.A., Фуфаев H.A. Концепция твердого тела в теории движения колесных экипажей// Известия АН. Механика твердого тела.-1995,- № 3,- С.65-74.

25. Никульников Э.Н., Барашков A.A., Маркарян Г.А. Некоторые особенности испытаний АБС прицепов// Автомобильная промышленность,- 1997,-№10.-С. 34-35.

26. Новицкий П.В.,Зограф И.А. Оценка погрешности результатов измерений.- Л.:Энергоатомиздат,1991.-247 с.

27. Определение некоторых характеристик шин при одновременном действии на них вертикальных, боковых и продольных сил/ A.C. Литвинов, Ю.Б. Беленький, А. Б. Азбель и др.//Автомобильная промышленность,- 1979 №2,- С. 17-20.

28. О расчете экстренного торможения автомобиля с учетом параметров подвесок/ Б.И. Морозов, Н.Т. Катанаев, Е.К. Ащеульников, A.A. Игнатьев// Научные труды. Кафедра «Автомобили».- М.: МАМИ, 1975,- С.214-217.

29. Пархиловский И.Г. Автомобильные листовые рессоры: Теория, расчет и испытания.-М. Машиностроение, 1978.-227 с.

30. Петров В.А. Противоблокировочные системы и алгоритмы ихфункционирования //Автомобильная промышленность-1979.-№7.-С.20-24.

31. Петров М.А. Работа автомобильного колеса в тормозном режиме.-Омск: 3-е Сибирское кн. изд., 1973.-224 с.

32. Ревин A.A. Автомобильные автоматизированные тормозные системы: Техническое решение, теория свойства- Волгоград: Изд. Ин-та качеств, 1995,- 157 с.

33. Ревин A.A. Колебания автомобиля с антиблокировочной системой при торможении //Автомобильная промышленность.-1976.-№9,- С. 14-17.

34. Ревин A.A., Мартинсон П.Н. Тормозные свойства трехосного автомобиля с АБС//Автомобильная промышленность,- 1983.-№ 6,- С.20-22.

35. Ревин A.A., Мартинсон П.Н., Кранцов Г.П. Моделирование взаимодействия колеса с дорогой/ ВПИ.-Волгоград,1992.-5с.-Деп. в НИИинформАвтопроме 16.06.92, №2157-ап92.

36. Сисин С.А., Жестков В.В., Харин Е.С. Устройство для стабилизации поперечной устойчивости прицепа-тяжеловоза// Автомобильная промышленность,- 1993.-№1-С.16.

37. Федосеев A.C. Динамические характеристики тормозных механизмов легковых автомобилей с АБС// Автомобильная промышленность.- 1983.-№ 6.-С.19-20.

38. Фрумкин А.К., Каландаров А.Х., Лигай В.В. Исследование влияния типа подвески тележки многоосных автомобилей на их тормозную динамику/ МАДИ М.,1978.-30 с.-Деп. в НИИавтопром 19.02.85., №Д355.

39. Фурунжиев Р.И., Бугай О.В. Исследование динамики торможения автомобилей с учетом влияния типа подвески//Автомобильная промышленность.- 1976.-№ 3.-С.22-23.

40. Харин E.C., Литке П.Е. Динамика торможения полуприцепа-тяжеловоза на четырехрессорной подвеске// Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин: Сборник научных трудов Челябинск: ЧПИ, 1985 - С.64-65.

41. Яценко Н.Н., Енаев А.А. Колебания автомобиля при торможении-Иркутск: Иркутский университет, 1989.-246 с.

42. Cole D.,Cebon D. Validation of an articulated vehil simulation// Vehicle Systems Dynamics.- 1992-Vol. 21,No 1.-P. 197-223.

43. Dugoff H., Fancher P., Segel L. Tire perfomance characteristics affecting vehicle responce to steering and braking control inputs// Vehicle Systems Dynamics 1985 -Vol. 84, No. 2.-P. 86-114.

44. Elgeskog E., Brodd S. The influence of wheel slip control dynamics on vehicle stability during braking and steering// Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers 1976 - Vol. 174, No. 8.-P.59-68.

45. Ellis J.R. Vehicle dynamics.-London:Business books,1969.-302 p.

46. Fratila D., Darling J. Simulation of coupled car and caravan handling behavior// Vehicle Systems Dynamics-1996.-Vol. 26, No. 6.-P. 397-429.

47. Harned J., Johnston L., Sharpf G. Measurement of tire brake force characteristics as related to wheel slip control system design// SAE transactions.-1979.-Vol. 64,No. 3.-P. 310-318.

48. Kaminski E., Zaremba Z. Dinamika zawieszen przyczep i naczep du zej ladownosci.-Lodz:Poligraf,1997.-127 p.

49. Regulation No. 13: Reference book-Hannover: WABCOJ998.- 619 p.

50. Sobrino M. Stydio analitiko del comportamento in frenata di alcuni tipi di sospensioni bilancianti dei semirimorchi.-Torino,1976 160 p.

51. Winkler C.B., Bernard J.E., Fancher P.S. Predicting the braking performance of trucks and tractor-trailers// Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers 1982 - Vol. 47,No. 4.-P. 195-202.112

52. Wong J. Y., Guntur R.R. Effects of operational and desing parameters on the sequence of locking of the wheels of tractor-semitrailers// Vehicle Systems Dynamics 1978,-Vol. 7, No. 1.-P.268-272.

53. Zhestkov A., Charin E. Model equipment for imitation of work conditions and adaptation of algorithm of ABS-system// Brakes of road vehicles.-Lodz: Poligraf,1997.-P.291-298.

54. Zhestkov V. Electro-pneumatic brake system of traler with prevention of wheels locking-results of testes Lodz:Poligraf,1997.-P.277-282.

55. ГОСТ 22895-77. Тормозные системы и тормозные свойства автотранспортных средств. Нормативы эффективности. Технические требования.- М.: Издательство стандартов, 1983.-18 с.

56. ГОСТ 4364-81 Приводы пневматические тормозных систем автотранспортных средств. Технические требования,- М.: Издательство стандартов, 1985.-12 с.

57. ОСТ 37.001.067-86 Тормозные свойства автотранспортных средств. Методы испытаний,- М.: НАМИ, 1988,- 62с.

58. АКТ ВНЕДРЕНИЯ результатов диссертационной работы Харина Е.С." Совершенствование рабочего процесса торможения полуприцепа на трехосной рессорнойбалансирной подвеске"

59. Технико-экономические показатели:

60. Обеспечено соответствие полуприщепа-цистерны требованиям международных стандартов в отношении активной безопасности, что подтверждается результатами дорожных испытаний опытного образца на заводе-изготовителе.

61. Полуприцеп-цистерна после проведения испытаний независимой испытательной лабораторией получил "Одобрение типа транспортного средства" Госстандарта РФ.

62. Представители ОАО "УРАЛАВТОПРИЦЕП" Представители ЮУрГУ1. И.А. Жестков В.В.

63. Литке П.Е. "^^^JL^XapHH Е.С.