УДК 629.33 ББК 39.12

Факультет «Специальное машиностроение» Кафедра «Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы»

Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия

Горелов, В.А.

Многозвенные автопоезда: учебное пособие: в 2 ч. / В.А. Горелов, О.И. Чудаков. – Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018.

Ч.1: Решение задач прямолинейной динамики с помощью имитационного моделирования. – 107 с. : ил.

АННОТАЦИЯ

Изложены теоретические сведения по конструктивным особенностям и актуальности использования автопоездов, в том числе многозвенных, используемых для перевозки КТГ. Раскрыты основные виды транспортных задач, решаемых с помощью автопоездов в современных условиях. Представлены методы решения задач прямолинейной динамики автопоездов в среде имитационного математического моделирования динамических систем Simulink программного комплекса MATLAB. Подробно рассмотрены математические модели динамики автопоездов, позволяющие прогнозировать их эксплуатационные характеристики в различных внешних условиях.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям «Наземные транспортно-технологические средства» и «Транспортные средства специального назначения», а также по направлению подготовки магистров «Наземные транспортно-технологические комплексы».

2

3

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дисциплина «Многозвенные автопоезда» включает два модуля, изучаемых последовательно в течение одного семестра:

Модуль 1 «Общие вопросы актуальности применения автопоездов. Математическое моделирование динамики прямолинейного движения автопоездов» посвящен особенностям использования автопоездов в современных условиях, различным типам конструктивного исполнения, а также теоретическим аспектам создания математических моделей динамики прямолинейного движения автопоездов по недеформируемым и деформируемым опорным основаниям, включая их программную реализацию в MATLAB/Simulink.

Модуль 2 «Математическое моделирование динамики криволинейного движения автопоездов» посвящен вопросам маневренности автопоездов, теоретическим аспектам создания математических моделей динамики криволинейного движения автопоездов по недеформируемым опорным основаниям и их программной реализации, а также исследованиям маневренности автопоездов на основе вычислительных экспериментов.

Всоответствии с модульным принципом организован материал в предлагаемом учебном пособии. Цель учебного пособия – изложение теоретического раздела дисциплины и помощь студентам в приобретении практических навыков построения моделей движения автопоездов в среде

MATLAB/Simulink.

Вданном пособии изложены материалы модуля 1. После их изучения студенты получат знания, необходимые для выполнения следующих действий:

1) разработки математических моделей прямолинейного движения автопоездов по недеформирумому и деформируемому опорным основаниям;

2) моделирования различных конструктивных схем трансмиссии;

3) исследования тягово-динамических свойств автопоездов.

Вконце каждой главы учебного пособия приведены контрольные

5

вопросы, дающие возможность студенту контролировать степень усвоения материала и подготовиться к сдаче контрольных мероприятий, предусмотренных рабочей программой учебной дисциплины.

В приложении приведено содержание файлов исходных данных, которые позволят студенту воспроизвести результаты моделирования, представленные в учебном пособии.

Список литературы содержит перечень источников, позволяющих студенту расширить знания в области конструкции и теории движения автопоездов.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям «Наземные транспортно-технологические средства» и «Транспортные средства специального назначения», а также по направлению подготовки магистров «Наземные транспортно-технологические комплексы».

6

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

g– ускорение свободного падения, м/с2; i – номер оси автопоезда;

C1, C2 , C3 – ЦМ тягача, полуприцепа и прицепа, соответственно, м; m1, m2 , m3 – масса тягача, полуприцепа и прицепа, соответственно, кг; mо1сн – нагрузка на переднюю ось при снаряженной массе, кг;

mо23сн – нагрузка на заднюю тележку при снаряженной массе, кг; mоi – нагрузка на i-ую ось при полной массе, кг;

G1, G2 , G3 – вес тягача, полуприцепа и прицепа, соответственно, Н;

V1, V2 , V3 – продольное ускорение ЦМ тягача, полуприцепа и прицепа, соответственно, м/с2;

V1, V2 , V3 – продольная скорость ЦМ тягача, полуприцепа и прицепа, соответственно, м/с;

Vxк – скорость ЦМ колеса в направлении оси Х, м/с; Vxк – ускорение ЦМ колеса в направлении оси Х, м/с2; ωкi – угловая скорость колес i-ой оси, рад/с;

ωкi – угловое ускорение колес i-ой оси, с-2;

ωдв – угловое ускорение коленчатого вала ДВС, с-2; Jкi – момент инерции колес i-ой оси, кг·м2;

Jдв – момент инерции коленчатого вала ДВС, кг·м2; JГ – момент инерции вала генератора, кг·м2;

JТ – момент инерции валаi-го ТЭД, кг·м2;

Mкi – крутящий момент, подводимый к колесам i-ой оси, Н·м; M дв max – максимальный крутящий момент ДВС, Н·м;

M двj – крутящий момент ДВС на j-ой частоте вращения, Н·м; MТЭДi – крутящий момент на выходном валу i-го ТЭД, Н·м;

MСi – момент сопротивления движению, приведенный к i-ой оси, Н·м;

7

MСД – момент сопротивления, приведенный к коленчатому валу ДВС, Н·м; M fi – момент сопротивления качению колес i-ой оси, Н·м;

Nдв max – максимальная мощность ДВС, Вт; Nmax – максимальная мощность ТЭД, Вт;

nдвN – частота вращения ДВС при максимальной мощности, мин-1;

nдвM – частота вращения ДВС при максимальном крутящем моменте, мин-1; nmax – максимальная частота вращения ТЭД, мин-1;

rdi – расстояние от i-ой оси движущихся колес до опорного основания, м; rкi – радиус качения колес i-ой оси, м;

rк0i – радиус чистого (без скольжения) качения колес i-ой оси, м; rк0в – радиус колеса в ведомом режиме качения, м;

rкс – радиус колеса в свободном режиме качения, м; rс – свободный радиус колеса, м;

rст – статический радиус колеса, м;

α – угол наклона опорной поверхности, град;

Rxi – продольная реакция колес i-ой оси с опорным основанием, Н;

Rzi – нормальная реакция в пятне контакта колес i-ой оси с опорным основанием, Н;

RОСУz – нормальная реакция от ОСУ, Н; Pwx – сила сопротивления воздуха, Н;

Pax1, Pax2, Pax3 – сила инерциитягача, полуприцепа и прицепа, соответственно, Н; Px – продольная сила, действующая на ось колеса, Н;

Pz – вертикальная сила, действующая на ось колеса, Н; PОСУz – нормальная составляющая нагрузки на ОСУ, Н; PОСУx – продольная составляющая силы в ОСУ, Н; Pкрx – продольная составляющая силы в ТСУ, Н;

Pxi′ – продольная составляющая силы, действующей на корпус звенаавтопоезда

8

со стороны колес i-ой оси, Н;

Pzi′ – нормальная составляющая силы, действующей на корпус звена автопоезда со стороны колес i-ой оси, Н;

cx – коэффициент аэродинамического сопротивления; Fлоб – площадь лобового сечения тягача, м2;

ρw – плотность воздуха, кг/м3;

φxi – коэффициент взаимодействия колес i-ой оси с опорным основанием;

φx100% – коэффициент взаимодействия колеса с опорным основанием при

100% буксовании;

Sбi – коэффициент буксования колес i-ой оси;

S0 и S1 – коэффициенты, определяющие вид кривой φx (Sбi ); fi – коэффициент сопротивления качению колес i-ой оси;

f0 – коэффициент сопротивления качению в ведомом режиме; γ – константа, зависящая от модели шины;

pw – внутреннее давление воздуха в шине, Мпа;

λM – коэффициент тангенциальной эластичности шины, Н-1; Xкi – координата колес i-ой оси относительно ЦМ, м;

Lкi – расстояние от ЦМ до точки крепления подвески по оси Х, м; lОСУ1 – расстояние от 3 оси автопоезда до ОСУ, м;

lОСУ2 – расстояние от 4 оси автопоезда до ОСУ, м;

X S1 и X S 2 – координата ОСУ относительно ЦМ тягача и полуприцепа, соответственно, м;

XC1, XC 2 , XC3 – координата по оси Х ЦМ тягача, полуприцепа и прицепа, соответственно, м;

O1, O2 , O3 – проекция на опорное основание ЦМ тягача, полуприцепа и прицепа, соответственно, м;

O1′, O2′ – проекция ЦМ на линию, соединяющую центры колес тягача и полуприцепа, соответственно, м;

9

BТ – колея тягача, м

HТ – высота тягача, м

kт – удельная свободная тяга;

kт100% – удельная свободная тяга при 100% буксовании; fw – удельные потери энергии;

fw0 – начальное значение энергетических потерь; K f – коэффициент пропорциональности;

hC1, hC 2 , hC3 – высота ЦМ тягача, полуприцепа и прицепа, соответственно, м; hОСУ – расстояние от опорного основания до ОСУ по оси Z, м;

hкр – высота ТСУ, м;

hC′1 – расстояние по оси Z от оси колес тягача до ЦМ тягача, м; hОСУ1 – расстояние от оси колес тягача до ОСУ по оси Z, м;

hC′ 2 – расстояние от оси колес полуприцепа до ЦМ полуприцепа по оси Z, м; hОСУ2 – расстояние от оси колес полуприцепа до ОСУ по оси Z, м;

С0 – коэффициент жесткости ОСУ в продольном направлении, Н/м; B0 – коэффициент сопротивления демпфера ОСУ, кг/с;

Скр – коэффициент жесткости ТСУ в продольном направлении, Н/м; Bкр – коэффициент сопротивления демпфера ТСУ, кг/с;

Сп – коэффициент жесткости подвески в продольном направлении, Н/м;

Bп – коэффициент демпфирования подвески в продольном направлении, кг/с; UТР – передаточное число трансмиссии;

Uкр – передаточное число колесного редуктора;

UКП – передаточное число текущей передачи в коробке передач; UГП – передаточное число главной передачи;

ηТР – КПД трансмиссии; ηкр – КПД колесного редуктора.

10