Диссертация (Методология создания систем управления движением автономных колесных транспортных средств, интегрированных в интеллектуальную транспортную среду), страница 3

Далее крутящий момент передается черезспециальное проходное опорно-сцепное устройство и систему угловых(конических) редукторов и карданных валов на ведущие мосты полуприцепа,ходовая часть которых унифицирована с тягачами (поэтому общеепередаточное число привода для прицепного звена должно быть таким же, каки для тягача). Схема компоновки активного автопоезда (колесная формула10×10) с механическим приводом представлена на Рис. 1.4.Рис. 1.4. Компоновка агрегатов механического привода полуприцепа: 1, 2, 3 –ведущие мосты тягача; 4 – коробка отбора мощности; 5, 6, 7, 8 –угловые редукторы; 9, 10 – ведущие мосты полуприцепа17Для включения привода предусмотрены две муфты – одна на коробкеотбора мощности, другая перед тележкой полуприцепа.

В обычных условияхдвижения обе муфты выключены, в результате чего нет потерь на «холостое»вращение редукторов. Привод необходимо включить для преодоленияавтопоездом особо трудных участков местности, где происходит движение напониженныхпередачах.Послепрохожденияэтихучастковприводнеобходимо отключить для предотвращения циркуляции мощности междутягачом и полуприцепом.Такой тип привода имеет следующие недостатки:• применение нестандартного опорно-сцепного устройства, котороене предусматривает возможность расцепления звеньев автопоезда изамены прицепного состава;• значительное количество угловых редукторов и карданных валов,увеличивающих массу привода.• кинематические несоответствия при вращении колес тягача иприцепного состава и проблемы оптимального перераспределениянеобходимых сил тяги и торможения на каждое колесо автопоезда.Широкое применение для активизации колес прицепных звеньев вотечественном и зарубежном автомобилестроении находит гидрообъемныйпривод.

Для активных автопоездов гидрообъемный привод имеет следующиепреимущества перед механическим [21]:• устойчивость работы при малых скоростях и больших нагрузках;• удобство компоновки агрегатов привода;• легкость и простота реверсирования (позволяет производить«раскачку» застрявшего транспортного средства);• надежная защита от перегрузок (с помощью предохранительныхклапанов и ограничителей давления).ПоданнымфирмыSisuавтопоезд,оснащенныйобъемнойгидравлической трансмиссией, развивает тягу на 25% выше и преодолевает18подъем в 1,5 раза круче, чем без нее [21].Схемы гидрообъемных приводов активных колес прицепных звеньевделятся на два основных типа: «гидровал» и «гидромотор-колесо».

В СССРбыл распространен привод типа «гидровал». Примеры автопоездов,выполненных по такой схеме, представлены на Рис. 1.5.абРис. 1.5. Активные автопоезда с гидрообъемным приводом полуприцепа:а – ЗИЛ-137; б – МАЗ-7410-9988В таких конструкциях гидропривод выполняет функции карданных валов,обеспечивая подвод крутящего момента на ведущие мосты прицепного звена[61]. Компоновка агрегатов привода типа «гидровал» приведена на Рис. 1.6.Рис. 1.6. Компоновка агрегатов гидрообъемного привода полуприцепа типа«гидровал»: 1, 2, 3 – ведущие мосты тягача; 4 – коробка отборамощности; 5 – насос; 6 – гибкие шланги; 7 – гидромотор; 8 – валпривода полуприцепа; 9, 10 – ведущие мосты полуприцепаОсобенностью такого привода является широкое использованиестандартных агрегатов.

Однако из-за малого количества гидроагрегатов (один19насос и один мотор) значительная часть привода приходится на механическиеагрегаты (главные передачи, дифференциалы, карданные передачи). Приданной компоновке для повышения проходимости должна быть реализованавозможность блокировки межколесных дифференциалов в мостах прицепногозвена автопоезда.На современном этапе технического развития реализация гидроприводапроисходит по схеме типа «гидромотор-колесо».

В таком случае гидромоторвстраивается в каждый из движителей. Примеры автопоездов приводом«гидромотор-колесо» представлены на Рис. 1.7.абРис. 1.7. Активные автопоезда с гидрообъемным приводом полуприцепа типа«гидромотор-колесо»: а – FAUN SLT; б – полуприцеп «НАМИСервис» с тягачом КамАЗ-44108В системе гидропривода типа «гидромотор-колесо» один гидронасос«обслуживает» несколько гидромоторов. Компоновка агрегатов привода типа«гидромотор-колесо» приведена на Рис.

1.8. Преимуществом такой схемыявляетсявозможностьреализациииндивидуальногоприводаколесдвухтипов:прицепного звена в зависимости от условий движения.Дляприводаколесприменяютгидромоторынизкооборотные высокомоментные радиально-поршневые (например, фирм«Sisu» и «Poclain») и высокооборотные аксиально-поршневые (фирм«Sundstrand» и «Bosch Rexroth»).20Рис.

1.8. Компоновка агрегатов гидрообъемного привода полуприцепа типа«гидромотор-колесо»: 1, 2, 3 – ведущие мосты тягача; 4 – коробкаотбора мощности; 5 – насос; 6 – гибкие шланги; 7, 8 – гидромоторДостоинствомрадиально-поршневыхгидромоторовявляетсявозможность передачи больших крутящих моментов и устойчивой работы поднагрузкой при небольших частотах вращения (7…10 мин-1), что позволяетупростить конструкцию мотор-колеса, поскольку исключается необходимостьв колесном редукторе. Аксиально-поршневые гидромоторы имеют меньшийдиаметр, чем радиально-поршневые, поэтому их используют при маломдиаметре ступицы колеса. Под нагрузкой минимально устойчивые частотывращения такого гидромотора находятся в пределах 100…150 мин-1, поэтомутребуется установка понижающего колесного редуктора.Особенностью гидрообъемной трансмиссии является то, что онаработает в достаточно узком диапазоне скоростей движения машины, чтообъясняется рабочими процессами объемных гидромашин [106].

Скоростнойдиапазон работы гидропривода лесовоза фирмы «Sisu» составляет 10% отвсего скоростного диапазона машины; на автопоезде ЗИЛ-137 гидроприводработает только при движении со скоростью не более 7 км/час. В конструкциитрансмиссийпредусматриваетсяблокированиесистемыуправлениягидрообъемной трансмиссии, исключающее ее работу на более высокихскоростях.21Использованиегидроприводаносит ограниченныйхарактерпоследующим причинам:• КПД меньше, чем у механического привода (вследствие двойногопреобразования энергии);• сложность эксплуатации в условиях низких температур (дляподдержанияпрокачиватьработоспособностирабочуюжидкость,необходимочтоприводитпостояннокбольшимбарботажным потерям);• большая себестоимость по сравнению с механическим приводом;• ограниченнаявозможностьприменениявдлинномерныхавтопоездах (из-за больших потерь в трубопроводах).При создании многоприводных колесных машин (к которым относятсяи активные автопоезда) наиболее рациональным считается применениеэлектрической трансмиссии [108].

Электрической называется передача, вкоторой преобразование факторов силового потока приводного двигателямашины(ДВС)электрическимвовсемдиапазонетрансформаторомрегулированиякрутящегомомента.осуществляетсяПростейшийтрансформатор состоит из двух электрических машин, одна из которыхработает в режиме генератора, а другая – в режиме электродвигателя. Если втакой передаче установлены ступенчатые (фрикционно-зубчатые) редукторыили другие механические распределяющие механизмы, то она называетсяэлектромеханической.Основныепреимуществаэлектромеханическойтрансмиссии:• характеристикатяговогоэлектродвигателяобеспечиваетреализацию бесступенчатой передачи мощности на колеса ивозможность движения на «ползущих скоростях»;• значительно сокращается количество механических элементовтрансмиссии (отсутствуют коробка передач и раздаточная коробка,уменьшается количество карданных валов и т.д.);22• легкость реверсирования;• появляется возможность индивидуального распределения мощностипо колесным движителям (КД) в соответствии с внешнимиусловиями, в которых они находятся.Передачаэлектроэнергииктяговымэлектродвигателям(ТЭД)осуществляется значительно проще, чем механической энергии посредствомвращающихся деталей.

Вследствие этого для транспортных машин сэлектромеханическойтрансмиссиейнесуществуетограниченийпоколичеству звеньев и числу ведущих осей, что дает возможность созданиямногозвенных транспортных машин с индивидуальным приводом всех колес,обладающих большим сцепным весом, грузоподъемностью и высокойпроходимостью (Рис. 1.9).абРис. 1.9.

Активные автопоезда с электрическим приводом полуприцепа:а – Terex, транспортер под МБР МХ; б – LeTourneau TC-497К недостаткам электромеханического привода прицепных звеньевавтопоезда относятся:• сравнительно высокая начальная стоимость агрегатов;• в системах электропривода происходит двойное преобразованиеэнергии, что отрицательно сказывается на общем КПД системы(составляет около 80 %);• необходимость применения мощной системы охлаждения;• низкая электробезопасность.23Для активизации колес прицепа или полуприцепа автопоезда с тягачом,обладающим серийным приводом, применяют электрический приводпериодического действия (Рис.

1.10), который используют при движении нанизших передачах коробки передач тягача. Для снижения потерь придвижениинаболеевысокихпередачахнеобходимо«разрывать»кинематическую связь между колесом и звеньями редуктора с тяговымэлектродвигателем.Рис. 1.10. Компоновка агрегатов электрического привода полуприцепа:1, 2, 3 – ведущие мосты тягача; 4 – коробка отбора мощности;5 – генератор; 6 – силовые провода; 7, 8 – электромотор-колесоЭлектрическиетрансмиссиисприводомпостоянногодействияприменяются на полноприводных автопоездах с большим числом ведущих осей.При движении в тяжелых дорожных условиях или с полной нагрузкой всеэлектромотор-колеса реализуют мощность, передаваемую от ДВС и генератора,и сцепные свойства автопоезда используются полностью.

При движении такихавтопоездов по дорогам с усовершенствованным покрытием и с неполнойзагрузкой необходимая сила тяги машины значительно уменьшается. В этихусловиях целесообразно отключать часть электромотор-колес. С учетомсовременного развития науки и техники полуприцепы с электрическимприводом колес полуприцепов целесообразно создавать для седельных тягачей сэлектромеханической трансмиссией, поскольку на автомобиле уже установленмощный генератор, а также есть возможность использования единых (общих)алгоритмов управления электромеханической трансмиссией автопоезда.24Анализ математических моделей взаимодействия колесногодвижителя с деформируемым грунтом1.2.Разработкаавтопоездапоаналитическихиматематическоймоделипрямолинейногодвижениядеформируемомугрунтупредусматриваетполучениерасчетно-эмпирическихзависимостей,описывающихпроцесс взаимодействия ее движителя с грунтом и позволяющих расчетнымпутем определять показатели опорной проходимости.К настоящему времени разработано большое число математическихмоделей взаимодействия колесного движителя с деформируемым грунтом.Они отличаются друг от друга различными моделями деформируемостигрунта, т.е.

механическими параметрами, вводимыми в расчетные системы вкачестве характеристик грунта; формой пятна контакта и т.д.Известно несколько методов подхода к исследованию процессавзаимодействия колеса с грунтом.1.Выводэмпирических,иполуэмпирическихзависимостей,описывающих этот процесс на основании теории подобия и размерностей [99].2. Замена пневматической шины фиктивным жестким колесом большегодиаметра [12, 82].3. Создание конкретной расчетной схемы для данного колеса и данноготипа грунта по результатам испытаний [16, 29].4.Исследованиеобщихзакономерностейвзаимодействияпневматической шины с деформируемым грунтом [2, 4].Важно определить, насколько та или иная модель взаимодействияколеса с деформируемой опорной поверхностью (ОП) подходит длямоделирования. Необходимо получить значения величин сопротивлениякачению колеса, которые входят в уравнения динамики:гдеmк ⋅ Vxк = Rx − Pсопр ;(1.1)J⋅ω=M−M, к кксопр̇mк – масса колеса; Vxк – ускорение центра масс колеса в продольном25направлении; Rx – продольная реакция колеса с опорным основанием; Pсопр –сила сопротивления движению колеса; Jк – момент инерции колеса; ω к – угловоеускорение колеса; Mк – крутящий момент, подводимый к колесу; Mсопр – моментсопротивления движению колесаПрактически все исследователи, занимающиеся проблемами оценкипроходимостиКМ,изучаютпроцессвзаимодействияколесасдеформирующимся грунтом в статической постановке, вертикальныенагрузки по осям автомобиля определяются из его развесовки.