Современные научные исследования в дорожном и строительном производс

В заключение следует отметить, что в процессе экспериментов планируется накопление статистических данных, используя которые можно будет прогнозировать наработку агрегата до отказа. В перспективе подобный подход к диагностике заднего ведущего моста автомобиля можно будет реализовать в бортовой системе диагностики трансмиссии автомобиля. Подобно существующим сейчас системам бортовой диагностики, например, двигателей, топливной системы, системы климат-контроля, антиблокировочных систем торможения, автоматических коробок переключения передач и т.п., предлагаемая система сможет самостоятельно оценивать техническое состояние агрегатов трансмиссии и прогнозировать наиболее вероятный момент наступления отказа, с выводом на дисплей компьютера сообщения о состоянии узлов трансмиссии.

202

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНОВОЧНОГО РЕШЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ В АСПЕКТЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ

В.А. Умняшкин, А.В. Полозов, К.С. Ившин, С.В. Овсянников

Ижевский государственный технический университет, Россия

Автомобиль характеризуется множеством показателей качества, по которым поддерживается его конкурентоспособность на рынке. Одним из важных потребительских качеств является обеспечение безопасной эксплуатации автомобиля. К нему относится устойчивость автомобиля как элемент активной безопасности. Автомобиль, обладающий достаточной устойчивостью к изменению условий дорожного движения, создает комфортные условия для водителя (снижает утомление и пр.). Разделяют устойчивость продольную и поперечную. Потеря поперечной устойчивости происходит под действием боковых сил, действующих на движущийся автомобиль. Это может быть центробежная сила на повороте, действие бокового ветра, сила тяжести на косогоре и другое.

Компоновочное решение автомобиля влияет на формирование поперечной устойчивости автомобиля. При прямолинейном движении устойчивость автомобиля зависит от поворачиваемости – свойства изменять направление движения при неизменном угле поворота управляемых колес. Поворачиваемость автомобиля – это результат разного увода передних и задних колес. Шины способны сопротивляться уводу, появляющемуся в результате действия боковой силы, но из-за эластичности увод все же происходит. В зависимости от типа подвески угол увода передних колес φ1 отличается от угла увода задних φ2. При φ1 > φ2 – недостаточная поворачиваемость, φ1 < φ2 – избыточная. Рассмотрим влияние поворачиваемости автомобиля на поперечную устойчивость.

Предположим, что автомобиль, обладающий недостаточной поворачиваемостью, движется прямолинейно, и на него начинает действовать боковая сила Py (рис. 1, а). Из-за разности углов увода передних и задних колес движение автомобиля происходит вокруг мгновенного центра О1. В результате возникает центробежная сила Pц, направленная от центра, и частично или полностью ликвидирует боковую силу Py. Обладая недостаточной поворачиваемостью, автомобиль может двигаться стабильно по прямолинейному участку с любой скоростью без склонности к резкому изменению траектории движения. У малогабаритных автомобилей колесная база меньше относительно других категорий и классов автомобилей. С уменьшением длины колесной базы радиус поворота уменьшается, центр находится в точке О2 (см. рис. 1, а). Так как Pц = mυ2 / R, то центробежная

сила будет расти с уменьшением радиуса траектории.

203

В случае когда автомобиль имеет избыточную поворачиваемость (рис. 1, б), воздействие такой же боковой силы Py приводит к возникновению мгновенного центра О1 с противоположной стороны, т.е. автомобиль поворачивает в сторону действия данной силы. Возникающая центробежная сила содействует боковой Py. Чем меньше колесная база автомобиля, тем больше центробежная сила, увеличивающая нестабильность движения. Данным автомобилем сложнее управлять, приходится постоянно корректировать траекторию движения рулевым колесом, что приводит к быстрому утомлению. Автомобили с избыточной поворачиваемостью более опасны в аспекте безопасности.

Рассмотрим влияние компоновки малогабаритного автомобиля на поворачиваемость. Увод колес зависит от следующих факторов: расположение центра тяжести вдоль оси автомобиля; наличие тягового усилия на колесе, т.е. тип привода автомобиля; наличие дифференциала повышенного трения; жесткость подвески, геометрия и тип подвески; подруливание подвески; угол развала колес; давление в шинах.

б

а

Рис. 1. Схемы образования центробежной силы для автомобилей с недостаточной (а) и избыточной (б) поворачиваемостью

Важным фактором является тип привода автомобиля, так как от его выбора зависит компоновка агрегатов и тип подвески. Если автомобиль переднеприводный, то двигатель располагается спереди и центр масс смещен к передним колесам. Более нагруженные передние колеса имеют больший угол увода, чем

204

задние. К тому же нагруженные тяговым усилием колеса имеют больший угол увода, чем у ведомых колес [1]. Это склоняет автомобиль к недостаточной поворачиваемости, излишек которой можно корректировать регулированием задней подвески, меняя ее жесткость, кинематику, обеспечивающую подруливание заднего моста при крене в сторону поворота. Если задняя подвеска независимая, то можно уменьшить увод колес отрицательным развалом.

Взаднеприводном автомобиле сложнее обеспечить недостаточную поворачиваемость, так как задние ведущие колеса имеют больший увод, чем ведомые передние. Необходимо разгружать задние колеса, максимально сближая центр тяжести к переднему мосту. В малогабаритном транспортном средстве этого можно достичь посредством сближения водителя и пассажира к переднему мосту (должны располагаться рядом). Задний мост практически невозможно сделать подруливающим. Регулирование возможно углами развала передних колес

ижесткостью подвесок. Размещение двигателя влияет на положение центра тяжести. Если центр тяжести находится над передними колесами, то увеличивается длина автомобиля. Данное компоновочное решение рационально применить при поперечном расположении водителя и пассажира относительно оси автомобиля. В продольном (тандемном) расположении водителя и пассажира рационально располагать двигатель под сиденьем, так как центр масс нагруженного автомобиля будет ближе к передним колесам.

Вполноприводном автомобиле, где тяга по осям распределяется равномерно, поворачиваемость стремится к нейтральной. Обеспечение достаточного коэффициента поворачиваемости возможно углами развала колес.

При движении автомобиля на повороте поперечная устойчивость может быть утрачена в результате действия инерционных сил, направленных перпендикулярно к продольной оси автомобиля. В определенный момент может произойти занос автомобиля. В большинстве случаев происходит скольжение колес одного моста, переднего или заднего. Занос переднего моста менее опасен, чем заднего. Центробежная сила, возникающая при криволинейном движении, может превысить поперечные составляющие реакций дорожного полотна (рис. 2, а), вследствие чего произойдет срыв колес автомобиля и они продолжат двигаться прямолинейно, независимо от углов их поворота. Данный занос устраняется снижением подачи топлива на переднеприводном и заднеприводном автомобилях. Занос может произойти при прямолинейном движении, когда на автомобиль действует боковая сила, например при движении по колее или при боковом порыве ветра, а также при торможении юзом (рис. 2, б). В данный момент автомо-

биль начинает двигаться криволинейно. Возникает центробежная сила Pц, направленная против действия боковой силы, ликвидируя ее. Происходит самостабилизация автомобиля независимо от типа привода. Чем меньше колесная база автомобиля, тем устойчивее к заносу переднего моста. Потеря сцепления передних колес более вероятна у переднеприводных и полноприводных автомобилей, так как их передние колеса нагружены силой тяги и хуже противостоят заносу, либо при экстренном торможении автомобилей любого типа.

205

Рис. 2. Схема заноса переднего моста автомобиля

Более опасен в аспекте эксплуатации занос заднего моста автомобиля. При движении на повороте, когда сцепление задних колес с полотном дороги теряется из-за большой центробежной силы, задний мост начинает двигаться со скоростью V3 (рис. 3, а). Радиус поворота автомобиля уменьшается, следовательно, увеличивается центробежная сила, увеличивающая занос. Чем меньше колесная база автомобиля, тем больше данная сила, и занос происходит стремительнее. Ликвидировать занос можно выворачиванием передних колес в сторону заноса, увеличивая радиус поворота. При прямолинейном движении (рис. 3, б) воздействие случайной боковой силы может привести к заносу задней оси, который будет прогрессировать аналогичным образом. Чем меньше колесная база автомобиля, тем быстрее произойдет потеря управления автомобилем – это является недостатком малогабаритных транспортных средств. В зависимости от типа привода отличаются и способы ликвидации данного заноса.

Компоновочное решение малогабаритных автомобилей с задним приводом нерационально в аспекте устойчивости, так как сложно добиться идеальной поворачиваемости, а следовательно, устойчивости на больших скоростях. При заносе заднего моста атомобили склонны к быстрому развороту. Рационально в аспекте устойчивости компоновочное решение с передним приводом, так как он более устойчив и прост в управлении. Автомобили с полным приводом обладают лучшей устойчивостью на дороге, но в результате сложного компоновочного решения их габаритные размеры и развесовка по осям не рациональны для малогабаритного автомобиля.

206

Рис. 3. Схема заноса задней оси автомобиля

Малогабаритный автомобиль рационален в аспекте эксплуатации в условиях города. Городской малогабаритный автомобиль характеризуется маневренностью и относительной малоскоростностью. Рациональным в данном случае является компоновочное решение: двухместный четырехколесный автомобиль с комбинированной энергосиловой установкой (КЭСУ) [1–3], с задним расположением силового агрегата и передними управляемыми колесами. Данный автомобиль должен быть маневренным (способность автомобиля изменять свое положение на минимальной площади) и относительно малоскоростным. К критериям, характеризующим маневренность, относят: минимальный радиус поворота наружного управляемого колеса (Rн); минимальная ширина коридора (А), необходимая для движения автомобиля по заданному радиусу.

А = Rн – Rв + а + b,

где Rн – радиус поворота наружного управляемого колеса; Rв – радиус поворота внутреннего неуправляемого колеса; а и b – максимальный вылет отдельных частей автомобиля за пределы траектории движения.

Радиусы поворота колес напрямую зависят от угла поворота управляемых колес и соотношения колеи и базы. Отношение базы к колее для двухместного автомобиля изменяется в зависимости от способа посадки водителя и пассажира. Существуют принципиально два решения посадки: продольная посадка (тандемная) [2, 3] и поперечная посадка относительно оси автомобиля. При продольной посадки автомобиль получается узким и длинным (рис. 4) [2, 3], отношение базы к колее примерно 1,7.

207

Рис. 4. Габаритные размеры двухколесного автомобиля с поперечной посадкой водителя и пассажира

При поперечной посадке водителя и пассажира в автомобиль уменьшается колесная база и увеличивается колея. Отношение базы к колее составляет примерно 1. Для определения общей маневренности необходимо использовать обобщенный критерий – минимальную площадь необходимую для маневра, например для выезда со стоянки (рис. 5). Для двухместного автомобиля с продольной посадкой водителя и пассажира площадь необходимая для совершения данного маневра будет на 6,5 % меньше площади, необходимой аналогичному автомобилю с поперечной посадкой.

Рис. 5. Соотношение площадей необходимых для совершения маневра: 1 – для двухместного автомобиля с продольной посадкой; 2 – для двухместного автомобиля с поперечной посадкой

208

Список литературы

1.Автомобили особо малого класса (квадрициклы) с гибридной энергосиловой установкой / В.А. Умняшкин [и др.] / под общ. ред. В.А. Умняшкина. – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотичная динамика», 2004. – 138 с.

2.Транспортное средство: пат. на полезную модель 84316 Рос. Федерация:

МПК B60N 2/01 (2006.01), В62К 11/14 (2006.01) / В.А. Умняшкин, К.С. Ившин, Н.М. Филькин, В.А. Савельев. 2009106091/22; заявл. 20.02.2009; опубл.

10.07.2009. Бюл. № 19. – 1 с.

3. Транспортное средство: пат. на полезную модель 86532 Рос. Федерация: МПК B60K 5/08 (2006.01) / В.А. Умняшкин, К.С. Ившин, Н.М. Филькин,

В.А. Савельев, И.И. Галлеев. 2009101648/22; заявл. 19.01.2009; опубл. 10.09.2009. Бюл. № 25. – 2 с.

209

РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАСХОДОМЕРОВ

Е.Ю. Утробин, В.И. Кычкин

Пермский государственный технический университет, Россия

Расходомеры – это устройства, необходимые для измерения объема или массы вещества (жидкости, газа), проходящего через заданное сечение трубопровода в единицу времени. Расходомеры применяют во многих отраслях промышленности, а также сферы услуг [1].

Задача настоящей работы – разработка математической модели применения расходомеров для оценки технического состояния гидроприводов строительных и дорожных машин систем жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ), а также для поиска отказавших элементов, к которым предъявляются высокие требования к порядку использования таких приборов, включая учет результатов поверок и разработку рекомендаций по корректировке межповерочных интервалов с учетом типа расходомеров и условий их эксплуатации.

Данная работа связана с диагностикой счетчиков расхода воды (расходомеры), которые нашли широкое применение в ЖКХ. На рис. 1 приведена конструкция одного из типов используемых в практике расходомеров.

Рис. 1. Одноструйный счетчик воды с тангенциальной турбинкой: 1 – сетчатый фильтр; 2 – пружинное кольцо; 3 – пластмассовый кожух; 4 – откидная крышка; 5 – счетный механизм; 6, 8 – магнит; 7 – перегородка; 9 – редуктор; 10 – чашка; 11 – турбинка; 12 – ось; 13 – опорный стержень; 14 – ребра

Турбинка 11 вращается за счет воздействия на нее потока воды, приводит в движение магнитную муфту, в которую входят магниты 6, 8, далее момент передается на счетный механизм.

210