Автореферат (Повышение плавности хода транспортных и транспортно-технологических машин внутренним подрессориванием колес), страница 3

Определены оптимальныезначения коэффициента нормальной жесткости упругого элемента КВП и даны рекомендации кпараметрам пневматической шины КВП.В третьей главе определена предполагаемая область применения КВП, приведеноописание разработанной конструкции КВП, разработана технологическая оснастка дляизготовления КВП, описана технология изготовления КВП, выполнен расчет упругого элементаКВП и приведена техническая характеристика изготовленных натурных образцов КВП.Для достижения цели по повышению плавности хода транспортных средств на основаниипроведенного анализа, теоретических и кинематических исследований разработанаоригинальная конструкция КВП.

Разработка включала проектирование, расчет и изготовлениенатурного образца КВП, а также подбор материалов, технологий изготовления и монтажа.Колесо с внутренним подрессориванием (рисунок 4) состоит из раздельно выполненныхдиска 1 и обода 2, соединённых между собой упругим элементом 3. Упругий элемент 3изготовлен из полимерного материала в виде замкнутого кольца с торцевой перфорацией, приэтом поперечное сечение упругого элемента может отличаться от прямоугольного (например,быть трапециевидным, бочкообразным или др.), а торцевая перфорация упругого элемента можетиметь различную геометрию, в зависимости от того какая цель преследуется в первую очередь:или оптимальное распределение напряжений по объему упругого элемента, или достижениетребуемого значения коэффициента нормальной жесткости упругого элемента, или созданиеэстетичного вида упругого колеса, или иное.

Крепление упругого элемента 3 к диску 1 и ободу 2колеса обеспечивается за счет адгезии материала упругого элемента 3 с материалами диска 1 иобода 2 колеса, что предотвращает смещение упругого элемента 3 относительно диска 1 и обода112. Для осуществления адгезии могут быть применены различные адгезивы, праймеры и т.п. Наободе 2 установлена пневматическая шина 4.Рисунок 4 – Колесо с внутренним подрессориванием:1 – диск колеса; 2 – обод колеса; 3 – упругий элемент; 4 – пневматическая шинаПосле проведенных исследований на моделях КВП с полиуретановыми эластомерамиСУРЭЛ ТФ – 228, СУРЭЛ ТФ – 235, СКУ-Ф-Э4, Дуотан QA980 и др., для изготовления упругогоэлемента был выбран литьевой полиуретановый эластомер горячего отверждения СКУ-Ф-Э4Марка В.Геометрические размеры и форма торцевой перфорации упругого элемента КВПрассчитывались методом конечных элементов с использованием программного обеспеченияSolidWorks Simulation и COMSOL Multiphysics.В соответствии с техническими и технологическими условиями были разработанытехнология и технологическая оснастка для изготовления КВП.Опытные образцы колес с внутренним подрессориванием имеют следующуютехническую характеристику.Техническая характеристика КВПМасса упругого элемента, кг...............................................................................................................3,8Масса в сборе с пневматической шиной, кг....................................................................................14,5Маркировка пневматической шины.....................................................................................175/70 R13Маркировка обода.................................................................................................5J×13Н2 4×100 ЕТ38Максимальное вертикальное перемещение диска относительно обода, мм...................................35Коэффициент нормальной жесткости, кН/м.....................................................................................330Коэффициент нормальной жесткости пневматической шиныпри давлении воздуха pw= 0,2 МПа, кН/м.........................................................................................135Коэффициент нормальной жесткости в сборе с пневматической шинойпри давлении воздуха pw= 0,2 МПа, кН/м...........................................................................................90Коэффициент демпфирования, Н*с/м.............................................................................................1035Коэффициент демпфирования пневматической шиныпри давлении воздуха pw= 0,2 МПа, Н*с/м.....................................................................................1201Коэффициент демпфирования в сборе с пневматической шинойпри давлении воздуха pw= 0,2 МПа, Н*с/м.......................................................................................84612В четвертой главе приведено описание разработанного, изготовленного ииспользованного для экспериментальных исследований оборудования, подобраннойаппаратуры, а также методики проведения экспериментальных исследований.Универсальный стенд для статических и динамических испытаний колесных движителей(рисунок 5) использовался для экспериментальных исследований в лабораторных условияхупругих и демпфирующих свойств колесных движителей, как при статическом, так и придинамическом режимах нагружения.Рисунок 5 – Универсальный стенд для статических и динамических испытанийколесных движителей с системой сбора данных и лабораторным компьютеромИзмерение нормальной (вертикальной) нагрузки на испытуемый колесный движительосуществляется с помощью тензометрической оси (на вращающемся колесе) или датчика силыLCN-A-10KN (на невращающемся колесе).

Для измерения нормальной (вертикальной)деформации шины, используется потенциометрический датчик линейных перемещений DTJ-A200. Данные с упомянутых датчиков поступают на систему сбора данных PCD-300B, после чего– на компьютер с программным обеспечением DCS-100A.Устройство для импульсного воздействия на колесо в контакте его с дорогой (рисунок 6)предназначено для обособленного воздействия только на колеса буксируемого прицепа безвоздействия на колеса автомобиля-тягача, а также позволяет изменять высоту неровности.Рисунок 6 – Устройство для импульсного воздействия на колесов контакте его с дорогой, смонтированное для исследований13Экспериментальный комплекс для исследования колебаний масс на колесных движителяхвключал в себя автомобильный прицеп ЛАВ-81011, оснащенный датчиками перемещений иускорений (рисунок 7), подъемное портальное устройство, самосбрасывающий механизм,опорное устройство, набор пружин (в автореферате не показаны), а также устройствопозволяющее блокировать работу подвески и автомобиль-тягач.

Экспериментальный комплекспредназначен для проведения лабораторных и дорожных испытаний автомобильного прицепа сустановкой на него КВП, а также для оценки его плавности хода и закономерностей колебанийподрессоренных и неподрессоренных масс.Рисунок 7 – Экспериментальный прицеп и автомобиль-тягач,сформированные для проведения экспериментальных исследованийВ назначение комплекса включается обеспечение одновременного нагружениянормальной силой, как соответствующей нормальной нагрузке, так и инерционной отподдерживаемой массы, а также нагружение, соответствующее качению колесного движителя введомом режиме.

Одновременно дополнительное оборудование экспериментального комплексапредназначается для непрерывных в эксперименте наблюдений и записи переменных параметровдинамических процессов колебаний. Виброграммы свободных затухающих колебаний массрегистрируются ЭВМ с помощью системы сбора данных PCD-300B. Вертикальные ускоренияизмеряются с помощью малогабаритного датчика ускорений AS-2GA.В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований упругих идемпфирующих свойств колесных движителей, а также плавности хода автомобильного прицепаЛАВ-81011 с внутренним подрессориванием колес.Статические испытания КВП проводились в сборе с автомобильной пневматическойшиной КАМА – 204 175/70 R13. Оценка упругих свойств осуществлялась при нагружениивертикальной нагрузкой от величины Pz= 0 Н до Pz= 4000 Н.

При этом варьируемым параметромявлялось внутреннее давление воздуха в шине, которое изменялось от минимального pw= 0,15МПа до максимального pw= 0,35 МПа значений с шагом варьирования 0,05 МПа. Характеристикиупругости КВП в сборе с пневматической шиной КАМА – 204 175/70 R13 при различномвнутреннем давлении воздуха pw показаны на рисунке 8.14Рисунок 8 – Характеристики нормальной упругости КВП в сборе с пневматическойшиной КАМА – 204 175/70 R13 при различном внутреннем давлении воздуха pw:1 – 0,10 МПа; 2 – 0,15 МПа; 3 – 0,20 МПа; 4 – 0,25 МПа; 5 – 0,30 МПа; 6 – 0,35 МПаАнализ экспериментальных результатов показал, что внутреннее подрессоривание колесаприводит характеристику нормальной упругости системы «шина – внутреннее подрессоривание»к линейному виду.Рисунок 9 – Зависимости коэффициента нормальной жесткости (c) колес в сборес пневматической шиной КАМА – 204 175/70 R13 от внутреннего давления воздуха pw:1 – традиционное дисковое колесо; 2 – колесо с внутренним подрессориваниемПосле оценки коэффициента нормальной жесткости по каждой характеристике упругостипостроен обобщающий график зависимости его от внутреннего давления воздуха в шине pw(рисунок 9).По результатам экспериментальных исследований упругих свойств установлено, чтокоэффициент нормальной жесткости разработанных для автомобильного прицепа ЛАВ-81011натурных образцов колесных движителей с внутренним подрессориванием в сборе спневматической шиной КАМА - 204 175/70 R13 меньше, чем у традиционных дисковых колес всборе с этой же шиной, и разница составляет от 18 до 67% на всем периоде варьированиявнутреннего давления воздуха в шине, причем изменение давления воздуха в шине на 0,05 МПаприводит к соответствующему изменению этой разницы в среднем на 10%.Коэффициенты демпфирования традиционных автомобильных колес и КВП определялисьпо кривым свободных затухающих колебаний масс, сосредоточенных на колесе.

Кривые15записывались в результате сбрасывания рамы стенда после ее подъема на величину деформациишины колеса.На рисунке 10 приведена кривая свободных затухающих колебаний, полученная присбрасывании рамы стенда с установленным колесом с внутренним подрессориванием.Исследования демпфирующих свойств традиционного автомобильного колеса и КВПпроводились в сборе с пневматической шиной КАМА – 205 175/70 R13 при внутреннем давлениивоздуха в шине от минимального pw= 0,1 МПа до максимального pw= 0,3 МПа с шагомварьирования 0,05 МПа.Рисунок 10 – Кривая свободных затухающих колебаний рамы стенда на КВПв сборе с пневматической шиной КАМА – 205 175/70 R13при внутреннем давлении воздуха в шине pw= 0,20 МПаНа рисунке 11 дано обобщение проведенных динамических экспериментальныхисследований демпфирующих свойств традиционного колеса с пневматической шиной КАМА –205 175/70 R13 и КВП в сборе с этой же шиной.Анализ показывает, что с увеличением внутреннего давления воздуха в шине pwкоэффициент неупругого сопротивления ɳ уменьшается, как традиционного колеса содержащегостандартную шину, так и КВП, что в полной мере согласуется с физическим процессомформирования неупругого сопротивления.Вместе с тем из рисунка 11 видно, что коэффициент демпфирования колеса с внутреннимподрессориванием меньше на 28...30%, чем традиционного колеса и разница сохраняется на всемпериоде варьирования давления воздуха в шине pw от 0,1 до 0,3 МПа.16Рисунок 11 – Зависимости коэффициентов демпфирования традиционного колеса и КВПв сборе с пневматической шиной КАМА – 205 175/70 R13от внутреннего давления воздуха pw:1 – традиционное дисковое колесо; 2 – колесо с внутренним подрессориваниемДорожные испытания автомобильного прицепа на обособленных неровностях имелицелью представить отличия вертикальных колебаний подрессоренной массы на колесе свнутренним подрессориванием и на автомобильной пневматической шине в разныхснаряженных состояниях прицепа.Результаты таких испытаний показаны на образце виброграммы (рисунок 12), полученнойпо итогам наезда автомобильного прицепа ЛАВ-81011, оснащенного КВП в сборе спневматической шиной КАМА – 205 175/70 R13 при внутреннем давлении воздуха в шине pw=0,20 МПа взамен подвески на неровность высотой 50 мм со скоростью Va= 5 км/ч.Экспериментальные исследования показали, что для сохранения значений максимальныхвертикальных ускорений подрессоренной массы автомобильного прицепа, оснащенного КВПвзамен подвески на уровне ускорений получаемых со стандартной подвеской и традиционнымидисковыми колесами с внутренним давлением воздуха в шине pw= 0,2 МПа следует снизитьвнутреннее давление воздуха в шине КВП до значения pw= 0,15...0,175 МПа (рисунок 13).Среднее квадратическое значение (СКЗ) максимальных вертикальных ускоренийподрессоренной массы автомобильного прицепа, оснащенного КВП взамен подвески на всемдиапазоне скоростей при внутреннем давлении воздуха в шине pw= 0,175 МПа не превышаетболее чем на 4%, а при pw= 0,15 МПа – ниже на 7% ускорений подрессоренной массы прицепа состандартной подвеской и традиционными дисковыми колесами при внутреннем давлениивоздуха в шине pw= 0,2 МПа.17Рисунок 12 – Кривая свободных затухающих колебанийподрессоренной массы прицепа ЛАВ-81011, оснащенного КВП взамен подвескипри внутреннем давлении воздуха в шине pw= 0,20 МПапри наезде на неровность высотой 50 мм со скоростью Va= 5 км/чРисунок 13 – Зависимости СКЗ максимальных вертикальных ускорений подрессоренноймассы автомобильного прицепа ЛАВ-81011 от скорости наезда на неровность Va:1 – оснащенный КВП взамен подвески при pw= 0,175 МПа;2 – оснащенный стандартной подвеской и традиционными колесами при pw= 0,2 МПа;3 – оснащенный КВП взамен подвески при pw=0,15 МПаНа этих графиках отчетливо видно, что при использовании КВП взамен подвески СКЗмаксимальных вертикальных ускорений колебаний подрессоренной массы экспериментального прицепане превышают 9,81 м/с2 на всем диапазоне варьирования, как скоростью движения, так и внутреннимдавлением воздуха в шине, что подтверждает возможность применения КВП взамен стандартнойподвески.Экспериментальные исследования плавности хода автомобильного прицепа ЛАВ-81011проводились, как при проезде одиночной неровности, так и при прямолинейном равномерномдвижении по дороге схожей по своим характеристикам с дорогой I категории.