Тема лекции 11 Основы общей компоновки грузовых автомобилей (продолжение)

11.1 Влияние параметров компоновки автомобиля на его проходимость

Условие возможного движения автомобиля (автопоезда) без буксова­ния ведущих колес может быть записа­но в виде

G_сц G_а , (11.1)

где G_сц - сцепной вес автомобиля; - коэффициент сцепления шин с дорогой; G_а - полный вес автомобиля (авто­поезда); - коэффициент суммарного дорожного сопротивления: = ; f - коэффициент сопротивления качению; i — угол подъема дороги.

Из формулы следует, что

G_сц/ G_а ( )/ . (11.2)

Левая часть этого неравенства опре­деляется компоновкой автомобиля и называется коэффициентом сцепного веса:

= G_сц/ G_а. (11.3)

Для обеспечения удовлетворитель­ной проходимости автомобиля (авто­поезда) без груза на скользкой дороге рекомендуется при компоновке автомо­биля не допускать, чтобы коэффици­енты сцепного веса были ниже указан­ных в «Показателях и нормативах про­ходимости».

11.2 Влияние параметров компоновки на плавность хода автомобиля

Плавность хода автомобиля и вибронагруженность рабочего места води­теля во многом определяются компо­новкой автомобиля. Влияние парамет­ров компоновки автомобиля на плав­ность его хода выражается коэффици­ентом распределения подрессоренной массы:

(11.4)

где - центральный момент инерции массы относительно горизонтальной поперечной оси автомобиля; - под­рессоренная масса автомобиля; - координаты центра массы относи­тельно осей передних и задних колес.

Если коэффициент равен единице или близок к этому зна­чению (0,9... 1,1), то колебания передней и задней подвесок автомобиля можно рассматривать независимо друг от дру­га. При этом можно считать, что колебания перед­ней подвески практически не вызывают колебаний задней, и, наоборот, чем больше коэффициент е отличается от единицы, тем больше влияние колеба­ний одной подвески на колебания дру­гой.

Вибронегруженность рабочего места водителя оценивается среднеквадратическим значением вертикальных ускорений колебаний.

Так, например, по данным расчетов для бортового автомобиля типа МАЗ при =0,8 среднеквадратичное значе­ние вертикальных ускорений колеба­ний рамы над передним мостом при движении по реальной дороге на 15 % больше ускорений колебаний при =1, а при =0,6 они больше на

50 %.

Следовательно, необходимо опреде­лить зависимость показателей плавно­сти хода от коэффициента и влияние отдельных компоновочных параметров на его значение.

Для этого представим подрессоренную мас­су груженого автомобиля как состоя­щую из подрессоренной массы автомо­биля в снаряженном состоянии с эки­пажем массой и массой полезного груза . Момент инерции подрессо­ренной массы груженого автомобиля определяется по формуле:

(11.5)

где - центральные моменты инерции масс и относительно горизонтальной поперечной оси автомо­биля; - расстояния от центра масс и до центра подрессоренной массы груженого автомобиля.

Предполагая, что полезный груз равномерно распределен по длине платформы, определяем момент инер­ции полезного груза:

(11.6)

где - внутренняя длина плат­формы.

По данным экспе­риментов, радиус инерции подрессорен­ной массы грузового автомобиля боль­шой грузоподъемности с кабиной над двигателем в снаряженном состоянии и с экипажем из трех человек составляет примерно 1,33 м, следовательно, мож­но записать

где - радиус инерции массы .

Соответственно для самосвала с экипажем из двух человек

Все величины, входящие в выра­жения (4.7)...(4.9), легко определяются из каталогов. После подстановки их в выражение (4.6) получим, что значе­ния коэффициента для двухосных грузовых автомобилей находятся в пределах 0,6... 1.

Результаты расчетов с использованием математической модели движения автомобиля по реальной дороге показывают, что значения среднеквадратичных ускорений во всех точках с уменьшением коэффициента увеличиваются, причем среднеква­дратичные значения вертикальных ускорений колебаний рамы над перед­ним мостом значительно меняются при <0,9, а продольно-угловые колеба­ния - во всем диапазоне значений . При проведении расчетов все параметры автомобиля остаются неизменными, кроме , который изменяется в заданных пределах.

Для оценки влияния отдельных компоновочных параметров на коэф­фициент и определения условий, которым должна удовлетворять компоновка автомобиля с точки зрения хо­рошей плавности хода, рассмотрим влияние изменения следующих компо­новочных параметров на коэффи­циент : колесной базы L₁, распределе­ния веса автомобиля по мостам (G₁ и G₂), длины платформы L₁₂ и расстоя­ния l_п от переднего моста до задней стенки кабины.

При изменении колесной базы L₁ в широких пределах значение меняется незначительно.

При возрастании грузо­подъемности автомобиля с увеличе­нием передней осевой нагрузки значе­ния коэффициента быстро уменьша­ются, следовательно, плавность хода ухудшается.

Длина платформы L₁₂, при задан­ных колесной базе и распределении осевых нагрузок, определяется разме­ром l_п. С его уменьшением длина плат­формы увеличивается. Так как момент инерции полезного груза является функцией квадрата размера L₁₂, то сравнительно небольшое изменение l_п заметно сказывается на коэффициен­те .

Смещение задней стенки кабины вперед нельзя рассматривать отдельно от возможного смещения сиденья води­теля и, следовательно, удаления сиде­нья водителя из зоны комфорта. При этом среднеквадратические значения вер­тикальных ускорений основания си­денья водителя возрастают, поэтому применяют подвеску кабины и подвеску сиденья.

Снижение передней осевой нагруз­ки с целью повышения плавности хода является нежелательным, так как при этом снижается грузоподъемность, а следовательно, и производительность автомобиля.

11.3 Влияние параметров компоновки автомобиля на его устойчивость и управляемость

Основными компоновочными пара­метрами, определяющими устойчивость автомобиля против поперечного опро­кидывания, являются высота центра масс и ширина колеи. Если пренебречь податливостью подвески и шин, коэф­фициент поперечной устойчивости про­тив опрокидывания можно опреде­лить по формуле, приведенной ранее.

Изменяя колею колес и высоту центра масс в допустимых пределах, обеспечивают требуемую устойчивость автомобиля против поперечного опро­кидывания. Для современных грузовых автомобилей = 0,6...0,9.

Устойчивость управления автомо­билем зависит от распределения осе­вых нагрузок и коэффициентов сопро­тивления уводу шин передних и задних колес. Измерителем устойчивости авто­мобиля в зависимости от этих пара­метров является коэффициент повора­чиваемости, значения которого опреде­ляются из выражения:

(11.7)

где G₁, G₂ - соответственно передняя и задняя осевые нагрузки; - коэффициенты сопротивления уводу соответственно передних и задних ко­лес.

При < 1 автомобиль имеет недо­статочную поворачиваемость, а при > 1 - избыточную. Чем больше зна­чение коэффициента поворачиваемости автомобиля, тем больше его предрас­положенность к заносам.

Движение автомобиля с недостаточ­ной поворачиваемостью, когда управляемые колеса находятся в нейтраль­ном положении, показано на рисунке 11.1. В этом случае центробежная сила F_c противодействует случайной попереч­ной внешней силе , уводы середин мостов ( и ) уменьшаются, что спо­собствует выравниванию направления движения автомобиля.

Рисунок 11.1. Схема движения автомобиля с недостаточной поворачиваемостью при действии поперечной силы	Рисунок 11.2. Схема движения автомобиля с избыточной поворачиваемостью при действии поперечной силы

Движение автомобиля с избыточной поворачиваемостью, когда управляемые колеса находятся в нейтральном положении, показано на рисунке 11.2. В этом случае центробежная сила F_c действует в том же направлении, что и случайная поперечная внешняя сила , и в результате увеличиваются углы увода середин мостов. При этом нара­стание углов увода может повлечь за собой занос задних колес и потерю устойчивости автомобиля. Чем выше скорость движения автомобиля, тем больше центробежная сила и скорость ее нарастания, тем труднее предотвра­тить занос автомобиля своевременным поворотом передних колес в сторону заноса.

При компоновке автомобиля необ­ходимо учитывать согласование кине­матики рулевого привода и подвески управляемого моста.

Несоответствие кинематики подвес­ки и рулевого привода вызывает изме­нение углов установки шкворней, колеи и плоскости вращения колес при деформации подвески, в результате че­го нарушается устойчивость и ухудшается управляемость автомобиля.

Шаровой палец, закрепленный на поворотном рычаге управляемого мо­ста, кинематически связан, с одной стороны, с центром качания рессоры, а с другой - с центром качания про­дольной рулевой тяги относительно шарового пальца рулевой сошки. Если эти центры не совпадают, не совпадают дуги ММ и NN, проведенные из этих центров (рисунок 11.3). Поэтому при де­формациях рессор произойдет поворот передних колес. Сравнивая компонов­ку автомобиля с расположением руле­вого механизма перед управляемым мостом (рисунок 11.3, а) с компоновкой, в которой рулевой механизм расположен за управляемым мостом (рисунок 11.3, б), видим, что компоновка с расположе­нием рулевого механизма перед управляемым мостом обеспечивает меньшее несоответствие кинематики рулевого управления и подвески. Следователь­но, при этой компоновке будет обеспе­чена лучшая устойчивость и управля­емость автомобиля.

Рисунок 11.3. Компоновка относительного расположения рулевого механизма и

управляемого моста

В практике проектирования обычно допускается некоторый уровень несоот­ветствия кинематики подвески и руле­вого привода, который принимается из анализа аналогов автомобилей, име­ющих хорошую устойчивость и управ­ляемость.

Литература: 2[106-111]

Контрольные вопросы:

1) Как влияет параметры компоновки автомобиля на его проходимость?

2) Как влияет параметры компоновки автомобиля на его плавность хода?

3) Как влияет параметры компоновки автомобиля на его управляемость?

4) Как влияет параметры компоновки автомобиля на его устойчивость?

5) Как определяется коэффициент поворачиваемости?