Теория подвижного состава. Ч. 1. Колесный движитель. Тягово-скоростные и тормозные свойства

Продифференцировав уравнения (2.13), получим скорости середин осей сочленённого троллейбуса в проекциях на оси неподвижной системы координат Х и Y:

Для обобщённой силы Qус1 выражения (2.14) с учетом виртуальных перемещений по обобщённым координатам ус1 0, а хс1 = β1 = = β2 = 0, примут вид

Таким образом, учитывая проекции сил на оси координат и виртуальные перемещения, после преобразования получим окончательный вид выражения для определения обобщенной силы Qyc1:

Выражения (2.14) для обобщённой силы Qφ1 с учетом, что β1 0, а хс1 = ус1 = β2 = 0, примут вид

70

С учетом виртуальных перемещений, выражение для обобщённой силы Qφ1 запишем

Ff 2 1 cos 1 b1 sin 1 Fк3 1 cos 2 lсц sin 1

Ff 3 1 cos 2 lсц sin 1 Ff 1 1 sin 1 a1 cos 1

Fк2 1 sin 1 b1 cos 1 Ff 2 1 sin 1 b1 cos 1

Fк3 1 sin 2 lсц cos 1 Ff 3 1 sin 2 lсц cos 1

sign VAx Fб1 sin 1 a1 sin 1 1

sign VBx Fб2 sin 1 b1 sin 1 1

sign VEx Fб3 sin 2 lсц sin 1 1

sign VAy Fб1 cos 1 a1 cos 1 1

sign VBy Fб2 cos 1 b1 cos 1 1

Определим обобщённую силу Qφ2. Виртуальные перемещения (2.14) при β2 ≠ 0 и хс1 = ус1 = β1 = 0 примут вид

После подстановки полученных соотношений для виртуальных перемещений в выражение (2.15) получим

Ff 3 2 sin 2 L2 cos 2 Fк3 sin 2 L2 cos 2 2

sign VEx Fб3 sin 2 L2 sin 2 2

sign VEy Fб3 cos 2 L2 cos 2 2 .

После преобразований этого выражения получим окончательный вид выражения для определения обобщённой силы Q 2:

Таким образом, определены функции Лагранжа и обобщённые силы по всем обобщённым координатам, необходимые для представления уравнений движения сочленённого троллейбуса при разгоне в виде уравнений Лагранжа второго рода. Окончательно система дифференциальных уравнений движения звеньев сочленённого троллейбуса запишется в следующем виде:

72

Причем, чтобы уменьшить громоздкость окончательной системы дифференциальных уравнений, описывающих разгон сочленённого троллейбуса, обобщённые силы в системе уравнений (2.22) записаны в общем виде, а их значения при решении системы уравнений определяются выражениями (2.17), (2.19)–(2.21).

Для решения системы уравнений (2.22) необходимо знать продольные и боковые силы, действующие на колёса сочленённого троллейбуса и входящие в выражения для определения обобщённых сил. Получим эти выражения.

Силы сопротивления качению Ffi, как и ранее, находим по формуле

Ffi fGi ,

где f – коэффициент сопротивления качению; Gi – вес, приходящийся на i-й мост.

Касательные силы тяги ведущих мостов

Для определения касательных сил тяги среднего Fк2 и третьего Fк3 ведущих мостов, представим динамическую систему трансмиссии сочленённого троллейбуса с двумя ведущими мостами, рис. 2.5.

73

где – коэффициент сцепления ведущих колёс с дорогой; Gi – нормальная нагрузка на i-й мост троллейбуса;

k – коэффициент, зависящий от состояния дороги;

i – буксование ведущих колёс i-го моста.

Буксование ведущих колёс i-го моста определяется из решения системы уравнений (2.22) и (2.23) с использованием формулы

где xci – скорость центра масс i-го звена;

ωкi – угловая скорость ведущих колёс i-го моста.

Чтобы получить машину только с одним ведущим мостом, необходимо крутильную жесткость cij и демпфирование kij неведущего моста принять равными нулю. Так, чтобы получить сочленённый троллейбус со средним ведущим мостом, принимаем с12 и k12 равными нулю, а сочленённый троллейбус с третьим ведущим мостом – с23 и k23 принимаем равными нулю.

Боковые силы, действующие на мосты

Боковые силы Fбi представим как произведение коэффициента сопротивления уводу kyi на угол увода середины (центра) каждого

моста yi:

Fбi kуi уi .

В первом приближении коэффициент сопротивления уводу примем постоянным: kyi = const. Углы увода середин мостов сочленён-

ного троллейбуса yi в неподвижной системе координат найдем как отношение боковых скоростей вдоль оси ординат к поступательным скоростям вдоль оси абсцисс минус угол поворота продольной оси троллейбуса или полуприцепа. Тогда можем записать:

– для переднего управляемого (первого) моста, колёса которого повернуты на средний угол :

tg 1 Ay 1;

Ax

75

– для среднего (второго) моста

tg 2 By 1;

Bx

– для последнего (третьего) моста

tg 3 Ey 2.

Ex

Углы увода не превышают 10 , и при малых углах поворота управляемых колёс можно принять, что тангенсы углов увода и тангенс разности угла поворота управляемых колёс и угла увода середины переднего моста равны их аргументам. Полученные выше выражения с учетом допущений решим относительно углов увода переднего 1, среднего 2 и заднего 3 мостов:

1 Ay 1;

Ax

2 By 1;

Bx

3 Ey 2 ,

Ex

где – средний угол поворота передних управляемых колёс. Проекции скоростей середин мостов на оси неподвижной систе-

мы координат рассчитываются по выражениям (2.18).

Усилие в сцепке

Сочленённый троллейбус можно рассматривать как две раздельные системы (троллейбус и полуприцеп), связанные между собой силами в сцепном устройстве Fсц х и Fсц у, рис. 2.6.

76

Рис. 2.6. Расчетная схема сочленённого троллейбуса для определения усилий в сцепном устройстве

Силы, действующие в сцепном устройстве (точка D), равны для троллейбуса и полуприцепа, но имеют противоположное направление (см. рис. 2.6). Учитывая сказанное, эти силы можно определить из системы уравнений проекций сил, действующих на троллейбус или полуприцеп, на оси неподвижной системы координат. Напишем уравнения для полуприцепа, так как на него действует меньшее число сил:

Ускорения центра масс полуприцепа найдём следующим образом. Подставимвыражения(2.10) и(2.11) вуравнения(2.9), получим

77

Продифференцировав полученные выражения, после преобразования получим искомые ускорения центра масс полуприцепа:

Решая систему уравнений (2.24) с учетом выражений (2.25), определяем усилия в сцепке, направленные вдоль осей неподвижной системы координат. Однако для определения устойчивости движения сочленённого троллейбуса при разгоне лучше найти усилия в сцепке, действующие вдоль продольной оси троллейбуса Fсц хп и нормально к продольной оси Fсц уп. Для определения этих составляющих, действующих в сцепке, спроецируем силы Fсц х и Fсц y на продольную ось троллейбуса и направление, нормальное ей:

Fсц xп Fсц x cos 1 Fсц у sin 1;

Fсц yп Fсц x sin 1 Fсц у cos 1.

Таким образом, решая полученные системы дифференциальных уравнений, определяем все кинематические и динамические параметры, характеризующие разгон сочленённого троллейбуса и позволяющие определить устойчивость его движения при разгоне, т. е. его движение без складывания.

Разгон троллейбусов в случае, когда колёса ведущего моста находятся в различных условиях по сцеплению

Троллейбусы движутся по городским дорогам с твердым покрытием, и колёса ведущего моста находятся практически в одинаковых условиях по сцеплению. Однако в осенние, зимние и весенние периоды при осадках в виде дождя, снега и низких температурах колёса ведущего моста чаще всего находятся в различных условиях по сцеплению.

Дифференциалы, устанавливаемые в ведущих мостах, называются межколесными дифференциалами. Они оказывают существенное

78

влияние на тяговые свойства троллейбуса. В теории колесных машин используются специфические термины для наименования основных элементов межколесных дифференциалов: центральные зубчатые колеса называют полуосевыми шестернями, так как они устанавливаются на полуосях ведущего моста и связаны с ведущими колесами; водило называют корпусом дифференциала.

На рис. 2.7 приведена кинематическая схема межколесного простого конического дифференциала. Цифрами 2 и 3 обозначены центральные зубчатые колеса (полуосевые шестерни), цифрой 1 – водило (корпус), цифрой 4 – сателлиты, цифрами 5 и 6 – полуоси, цифрами 7 – ведущее, 8 – ведомое колёса. Эти дифференциалы делят момент, подведенный к корпусу 1 (водило), пополам и передают его на полуосевые шестерни 2, 3.

аб

Рис. 2.7. Схема симметричного, конического дифференциала (а) и схема его установки в ведущем низкопольном мосту (б)

Простой межколесный дифференциал позволяет ведущим колесам вращаться с различными угловыми скоростями, что необходимо при движении по неровностям дороги и особенно – при криволинейном движении троллейбуса. Кроме того, угловые скорости ведущих колес моста различаются из-за неизбежного различия свободных радиусов шин, обусловленных погрешностями изготовления, различным износом протектора, различным давлением воздуха в шинах, изменением нормальной нагрузки на шины и др.

79