Диссертация (Повышение плавности хода транспортных и транспортно-технологических машин внутренним подрессориванием колес), страница 7

При этом данное превышение происходит в интервале перемещений неподрессоренных масс= 0,058...0,088 м.52В процессе подбора коэффициента нормальной жесткости упругого элемента КВП минимальное его значение целесообразно ограничивать таким значением,при котором не происходит удара обода о ступицу колеса при движении ТС понеровной дороге. Уменьшение нормальной жесткости КВП приводит к уменьшению динамической нагрузки, действующей на ТС со стороны неровностей дороги,и одновременно приводит к увеличению статического прогиба упругого элементаКВП.

Поэтому оптимальное расчетное значение коэффициента нормальной жесткости упругого элемента КВП cв определяется максимальной нагрузкой Pzmax, придействии которой не происходит удара обода о ступицу колеса при движении ТСпо неровной дороге, следующей формулой:,&где H – ход ступицы относительно обода (ход КВП).в=#$%"Максимальные перемещения неподрессоренных масс, превышающиемаксимальный рабочий ход КВП могут стать причиной удара диска и обода колеса. По этой причине выбор ободьев для КВП производился с учетом полученныхмаксимальных значений перемещений неподрессоренных масс (рисунок 2.6).При использовании стандартного обода 5Jх13 ход КВП составляет H= 58мм.

Увеличить ход КВП возможно применением обода 6,5Jх15 при этом H= 88мм. Предполагается эксплуатация КВП при максимальной деформации упругогоэлемента составляющей 45…55% от максимального хода КВП.При движении по неровной дороге, пневматическая шина испытывает нагрузку, которая не превышает ее удвоенной максимальной грузоподъемности [100]. Для пневматической шины КАМА-205, которая применяется на автомобильном прицепе ЛАВ-81011, максимальная грузоподъемность составляет 475кг при внутреннем давлении воздуха в шине pw= 0,2 МПа.

Следовательно, упругий элемент КВП испытывает нормальную нагрузку Pzmax не превышающую 9320Н. Исходя из этого оптимальные значения коэффициентов нормальной жесткости53упругого элемента КВП составляют cв= 292…357 кН/м при H= 58 мм и cв=192...264 кН/м при H= 88 мм.Диапазон значений коэффициента нормальной жесткости КВП до cв= 98кН/м не представляет интереса при проектировании КВП, поскольку такие значения приведут к высокому статическому прогибу упругого элемента КВП.Если на полученную зависимость (рисунок 2.6) наложить интервалы значений коэффициента нормальной жесткости упругого элемента КВП cв= 292…357кН/м (II) и cв= 192...264 кН/м (I), то видно, что при движении по дороге гармонического профиля=(1 −) с высотой неровности 2q0= 50 мм и частотойвозмущающего воздействия ν= 14 рад/с, перемещения неподрессоренных масс непревышают максимальный ход H= 58 мм лишь в диапазоне коэффициента нормальной жесткости упругого элемента КВП cв= 335…357 кН/м (II’), в то же времяКВП с максимальным ходом H= 88 мм при этих же условиях движения сохраняетнекоторый запас рабочего хода.

Из вышесказанного можно сделать вывод, чтопри проектировании КВП с максимальным рабочим ходом H= 58 мм и H= 88 мм,следует выбирать коэффициент нормальной жесткости упругого элемента КВП вдиапазонах cв= 335…357 кН/м (II’) и cв= 192...264 кН/м (I) соответственно.2.4 Теоретические исследования плавности ходатранспортных средств с внутренним подрессориванием колесДвижение автомобильного прицепа, оснащенного КВП, по изношенной дороге сопровождается вертикальными колебаниями подрессоренной и неподрессоренной масс. Как правило, такая дорога представляет собой ряд обособленныхнеровностей, расположенных друг от друга с большим интервалом, следовательно, оценку плавности хода автомобильного прицепа с внутренним подрессориванием колес целесообразно производить по величине максимальных вертикальныхускорений подрессоренных и неподрессоренных масс [12].По результатам проведенных теоретических исследований (рисунок 2.7)видно, что при проезде единичной неровности высотой q= 50 мм прицепом ЛАВ-5481011 с внутренним давлением воздуха в шине pw= 0,20 МПа, оснащенным стандартной подвеской и традиционными колесами, максимальное вертикальное ускорение подрессоренной массы достигает = 6,77 м/с2.

У прицепа без подвескиоснащенного традиционными колесами – = 10,9 м/с2. Максимальное вертикальное ускорение подрессоренной массы прицепа, оснащенного КВП взамен подвески – = 8,5 м/с2, что на 28% ниже, чем у прицепа без подвески с традиционнымиколесами, однако, на 25% выше чем у прицепа оснащенного стандартной подвеской и традиционными колесами (программы расчета приведены в Приложении А,Б).Рисунок 2.7 – Виброграммы затухающих колебаний подрессоренной массыавтомобильного прицепа ЛАВ-81011 при проезде одиночной неровности высотойq= 50 мм и внутреннем давлении воздуха в шине pw= 0,20 МПа, оснащенного:1 – КВП взамен подвески; 2 – без подвески с традиционными колесами;3 – стандартной подвеской и традиционными колесами55Анализ теоретических виброграмм затухающих колебаний подрессоренноймассы автомобильного прицепа ЛАВ-81011 (рисунок 2.8) при проезде одиночнойнеровности высотой q= 50 мм, показал, что с целью сохранения величин возникающих ускорений на уровне эксплуатации автомобильного прицепа с подвескойи традиционными колесами ( = 6,77 м/с2) при эксплуатации прицепа с КВП взамен подвески необходимо устанавливать внутреннее давление воздуха в шинеpw= 0,15 МПа ( = 6,57 м/с2) (таблица 2.2).Рисунок 2.8 – Виброграммы затухающих колебанийподрессоренной массы автомобильного прицепа ЛАВ-81011при проезде одиночной неровности высотой q= 50 мм, оснащенного:1 – КВП взамен подвески при внутреннем давлении воздухав шине pw= 0,15 МПа; 2 – стандартной подвеской и традиционнымиколесами при внутреннем давлении воздуха в шине pw= 0,20 МПа56Таблица 2.2 – Параметры колеса с внутренним подрессориваниемНаименование параметраЗначение параметраМасса обода, кг10Коэффициент нормальной жесткости330000упругого элемента, Н/мКоэффициент демпфирования1035упругого элемента, Н·с·м-1Коэффициент нормальной жесткости шины, Н/м94000-1Коэффициент демпфирования шины, Н·с·м1260Анализ амплитудно-частотных характеристик вертикальных ускоренийподрессоренных масс автомобильного прицепа ЛАВ-81011 в разных снаряженныхсостояниях при движении по дороги гармонического профиля=(1 −)с высотой неровности 2q0= 50 мм (рисунок 2.9) показал, что резонансные частотыподрессоренных масс автомобильного прицепа во всех снаряженных состоянияхнаходятся в интервале 14…20 рад/с (программы расчета приведены в Приложении В, Г).Применение КВП взамен подвески позволяет снизить резонансную частотуколебательной системы прицепа без подвески с 20 рад/с до 15 рад/с, а также значительно снизить максимальные вертикальные ускоренияподрессоренной мас-сы в диапазоне частот от 15 до 105 рад/с.Также по амплитудно-частотным характеристикам видно, что ускоренияподрессоренной массы прицепа, оснащенного КВП взамен подвески ниже, чем устандартного прицепа с традиционными колесами при частотах возмущающихвоздействий в диапазоне 27…72 рад/с.Кроме того, в диапазоне ν= 25…100 рад/с максимальные вертикальные ускоренияподрессоренной массы прицепа, оснащенного КВП взамен подвески, непревышает 9,81 м/с2, что подтверждает возможность их применения взамен стандартной подвески, так как при данных ускорениях перевозимые грузы не будутотрываться от поверхности кузова прицепа.

При этом вертикальные ускоренияподрессоренной массы прицепа в низкочастотном диапазоне можно не учитывать,57поскольку такие колебания возникают при очень низких скоростях движения илипри движении по неровностям со значительной длиной профиля.Рисунок 2.9 – Амплитудно-частотные характеристикивертикальных ускорений подрессоренных массавтомобильного прицепа ЛАВ-81011, оснащенного:1 – КВП взамен подвески; 2 – без подвески с традиционными колесами;3 – стандартной подвеской и традиционными колесамиПрименение КВП взамен подвески позволит эксплуатировать прицеп по дорогам, имеющим значительные неровности, например, грунтовые дороги и т.п. вшироком диапазоне возмущающих частот ν без опасности повреждения перевозимого груза.Дальнейший анализ колебательной системы показал, что для получениязначений максимальных вертикальных ускоренийподрессоренной массы при-цепа, оснащенного КВП взамен подвески, эквивалентным вертикальным ускорениям при использовании стандартной подвески и традиционных автомобильных58шин, значение коэффициента нормальной жесткости упругого элемента КВП следует выбирать равным cв= 110 кН/м.Проведенные теоретические исследования по составленным математическим моделям позволили оценить особенности колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс прицепа, оснащенного КВП, и вместе с тем показали, чтоприменение КВП на автомобильном прицепе ЛАВ-81011 взамен подвески позволяет:•снизить вертикальные ускоренияподрессоренной массы прицепа вдиапазоне возмущающих частот ν от 15 до 105 рад/с;•эксплуатировать автомобильный прицеп ЛАВ-81011 с коэффициен-том нормальной жесткости внутреннего подрессоривания колес cв= 330 кН/м взамен подвески на дорогах имеющих значительные неровности, например, грунтовые дороги и т.п.

в диапазоне возмущающих частот ν от 25 до 100 рад/с без опасности повреждения перевозимого грузаЦелесообразным считается продолжить теоретические исследования по составленным математическим моделям, при этом дополнить их с учетом сил сухого трения в материале рессоры, шины и упругого элемента, а также сглаживающей способности пневматической шины.593 ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯКОЛЕС С ВНУТРЕННИМ ПОДРЕССОРИВАНИЕМ3.1 Область применения колес с внутренним подрессориваниемКонструкция колес с внутренним подрессориванием имеет ограничения поусловиям эксплуатации.

Проведенный анализ литературных источников позволилопределить предполагаемую область применения таких колес.•транспортные средства с повышенной виброзащищённостью для пе-ревозки легкоповреждаемых грузов, таких как радиоаппаратура, электронныеприборы, стеклянные изделия и т.п.;•транспортные средства повышенной проходимости, эксплуатируемыев тяжёлых дорожных условиях;•транспортные средства высокой проходимости с шинами сверхнизко-го давления без подвески;•транспортные средства без подвески, которые не служат для перевоз-ки людей и предназначены для эксплуатации на дорогах со сравнительно ровнымпокрытием. Например, напольные транспортные средства [115, 120], работающиевнутри цехов, складов, в портах воздушного и морского сообщения, а также прицепной состав;•многоосные транспортные средства с установкой подвески только накрайней передней и крайней задней осях [123];•гусеничные транспортные средства (в качестве опорных катков с ши-нами из сплошной резины) [79];•сверхтяжёлые транспортные средства с шинами из сплошной резины;•транспортные средства, эксплуатируемые в условиях, которые не по-зволяют использовать резинотехнические материалы;•мотоциклы;•сельскохозяйственные и специальные транспортные средства, напри-мер, дождевальные машины.603.2 Основные требования к конструкцииколеса с внутренним подрессориваниемДля достижения цели по повышению плавности хода транспортных средствна основании проведенного анализа, теоретических и кинематических исследований разработана оригинальная конструкция колеса с внутренним подрессориванием.

Разработка включала проектирование, расчет и изготовление натурного образца КВП, а также подбор материалов, технологий изготовления и монтажа.Следует отметить, что разработка велась с учетом дальнейшей установки и экспериментальных исследований КВП на легковом автомобильном прицепе ЛАВ81011 [95].При изготовлении натурных образцов КВП учитывались требования к конструкции, заложенные на стадии проектирования, а именно:•обеспечение прочной связи упругого элемента с диском и ободом ко-•отсутствие резьбовых и иных разъемных соединений в креплении уп-леса;ругого элемента колеса;•соблюдение соосности упругого элемента, диска и обода колеса;•минимальная неравномерность коэффициента нормальной жесткостипо сечениям колеса;•минимальный боковой увод;•минимальное биение и дисбаланс;•легкость монтажа и демонтажа пневматической шины;•простота конструкции и технологичность изготовления;•соответствие коэффициентов нормальной и крутильной жёсткостейпараметрам транспортного средства;•низкая трудоемкость обслуживания;•минимальная масса и момент инерции;•возможность установки на ступицу серийных транспортных средств;61•габаритные размеры КВП не должны превышать габаритные размерытрадиционных автомобильных колес;•высокое сопротивление раздиру и истиранию материала упругогоэлемента;•низкая относительная остаточная деформация упругого элемента;•высокий предел прочности при сжатии и растяжении упругого эле-мента;•широкий температурный диапазон работы материала упругого эле-мента.3.3 Проектирование, обоснование и определение параметровколеса с внутренним подрессориванием3.3.1 Выбор критериев работоспособности упругого элемента КВПВажной задачей при проектировании упругого элемента КВП, как и многихдругих деталей машин, является выбор оптимальных геометрических размеров,при которых одновременно выполняются условия высокой прочности и экономичности.