Общие конструктивные решения многоосных автомобилей

Принципиальное отличие сочлененного автомобиля от одиночного состоит в наличии шарнирной («ломающейся») рамы, а от автопоезда – конструктивном решении сочленения отдельных звеньев. У автопоездов шарнирная связь легко­разъемная, неуправляемая, благодаря чему их звенья могут использоваться раздельно. Шарнирное соединение сочлененных автомобилей - нерасчленяемое, малой длины и, как правило, с управляющей системой. Одна из секций сочлененного автомобиля имеет кабину, силовую установку со всеми системами, обеспе­чивающими привод колес всех секций. Остальные секции используются как грузовые платформы.

Конструктивные особенности сочлененных автомобилей придают им ряд преимуществ по сравнению с обычными автомобилями: улучшенные тяговые свойства и проходимость, более высокие средние скорости движения по слабым грунтам благодаря сохранению постоянного контакта всех колес с грунтом и уменьшению затрат энергии на выполнение поворота; высокая поворачиваемость и лучшая плавность хода при движении по пересеченной местности.

Использование метода поворота складыванием позволяет применять колеса с шинами большого диаметра, широкого профиля и с низким внутренним давлением, которые обеспечивают хорошие тягово-сцепные качества, большие дорожные просветы; снизить давление на грунт при повышенных нагрузках на оси.

Данные автомобили прицепного типа не обеспечивают размещения крупногабаритных ракет. Этим целям наиболее соответствуют сочлененные автомобили седельного типа.

У седельных сочлененных автомобилей звенья соединяются грузовой платформой, связанной с секциями шарнирами по типу седельных устройств полуприцепных автопоездов (табл. 5).

В этом случае значительно увеличивается полезная площадь грузовой платформы для размещения ракет и специального оборудования, но увеличивается высота агрегата.

Для обоснованного анализа достоинств и недостатков конструктивных решений многоосных автомобилей необходимо обобщить многочисленные исследования отдельных их эксплуатационно-технических свойств, так как общей теории многоосных автомобилей в законченном виде пока не существует.

Для анализа качества базового шасси и его эксплуатационных возможностей воспользуемся принципами системного подхода. Анализ проведем, исследуя систему «конструкция базового шасси - эксплуатационные свойства - местность».

Число свойств базового шасси велико, они образуют иерархическую систему, включающую групповые свойства (надежность, экологические, эксплуатационные свойства и т.д.), более мелкие групповые свойства и единичные свойства.

Рассмотрим только эксплуатационные свойства, которые представляют группу свойств, определяющих степень приспособленности базового шасси к специфическим уровням эксплуатации в качестве средства подвижности АНО.

Эксплуатационные свойства базовых шасси включают следующие группы свойств, обеспечивающие движение:

готовность к функционированию;

тягово-скоростные и тормозные свойства;

топливную экономичность, управляемость, устойчивость, маневренность, плавность хода и проходимость.

Базовое шасси является частью системы «водитель - базовое шасси - условия эксплуатации» и его свойства проявляются во взаимодействии с элементами этой системы.

Условия эксплуатации определяются дорожными, транспортными и природно-климатическими условиями, каждое из которых характеризуется определенными факторами:

дорожные условия - элементами профиля и плана дорог, рельефом местности и состоянием грунта, видом, ровностью дорожного покрытия, препятствиями и помехами движению и т.д.;

транспортные условия - видом установленного специального оборудования и транспортируемых ракет, действующими ограничениями на допустимые динамические нагрузки на них, условиями хранения, технического обслуживания и ремонта и др.;

природно-климатические условия - особенностями зон умеренного, холодного, жаркого и высокогорного климата.

Готовность к функционированию базовых машин определяется временем, необходимым для подготовки их к движению. Оно включает время подогрева и пуска двигателя при низкой температуре; время пуска перегревшегося двигателя (при температуре охлаждающей жидкости +100°С и температуре окружающего воздуха +50°С).

Время подогрева двигателя пусковым подогревателем при температуре окружающего воздуха минус 45°С и скорости ветра до 20 м/с не должно быть более 20 мин.

Тягово-скоростными свойствами называют совокупность свойств, определяющих возможные по характеристикам двигателя и сцеплению ведущих колес с дорогой диапазоны изменения скоростей движения и предельные интенсивности разгона автомобиля при его работе на тяговом режиме в различных дорожных условиях.

Тягово-скоростные свойства базовых шасси оцениваются следующими показателями: максимальная скорость, средняя скорость движения в заданных условиях, время разгона на пути 400 и 1000 м, время разгона до заданной скорости, максимальные преодолеваемые подъемы на различных передачах, ускорение при разгоне, минимальная устойчивая скорость и др.

Максимальная скорость определяется при движении на высшей передаче по специальному измерительному участку с наибольшей скоростью при полной подаче топлива. По ГОСТ. 21398-75 у полностью нагруженных грузовых автомобилей и автопоездов должна быть не менее 80 км/ч.

Средняя скорость движения в заданных условиях определяется по выражению

,

где - путь, пройденный при безостановочном движении, км;

- время движения, ч.

Расчет средней скорости может производиться по формуле

,

где _, - коэффициенты, полученные опытным путем, характеризующие условия движения;

- максимальная мощность двигателя, л.с.;

- масса АНО.

Для полноприводных колесных шасси, движущихся по грунтовым дорогам, = 1,8 - 2; = 0,2 - 0,4; по шоссе = 0,58 - 0,62.

Из приведенного выражения следует, что чем выше удельная мощность (отношение ), тем лучше тягово-скоростные свойства АНО. Агрегат с высокой удельной мощностью при достаточном сцеплении колес с грунтом будет успешно преодолевать тяжелые участки местности с достаточно высокими скоростями, обеспечит значительные ускорения при разгоне и высокую среднюю скорость движения даже по местности с большим сопротивлением движению.

В большинстве случаев скорости движения АНО ограничиваются не тягово-скоростными возможностями, а показателями плавности хода. Колебания корпуса АНО и его колес влияют на сохранность специального оборудования и ракет, на условия работы экипажа, скорость движения и др.

При движении по местности с неровной поверхностью средняя скорость движения снижается на 50-60%, расход топлива возрастает в 1,4-2 раза.

Колебания АНО затрудняют работу личного состава расчета, вызывают его утомление и в конечном счете приводит к снижению эффективности работы.

Топливной экономичностью называют совокупность свойств, определяющих расходы топлива при выполнении автомобилем транспортной работы в различных условиях эксплуатации.

Основными показателями топливной экономичности являются:

расход топлива на 100 км пройденного пути , л;

удельный расход топлива , г/кВт×ч;

расход топлива на единицу транспортной работы (100 т×км) и др.

Это свойство влияет на маневренность, поскольку определяет запасы хода АНО.

По современным взглядам запасы хода АНО должны быть не менее 1000 км, а для некоторых АНО достигать 2000 км.

Расход топлива (л/100 км) для АНО определяется экспериментально с номинальной нагрузкой, при этом скорость движения задается около 75% максимальной.

Экономичность автомобилей в значительной мере зависит от экономической характеристики и типа установленного двигателя.

Наиболее экономичными являются дизельные двигатели (удельный расход топлива – 170–190 г/кВт×ч), имеющие расход топлива на 35–40% ниже, чем карбюраторные.

На расход топлива влияют условия эксплуатации, регулировочные параметры двигателя, ходовой части и т.д.

Так, экспериментально установлено, что фактические расходы топлива базового шасси типа 6´6 при движении по бездорожью превышают нормативы для дорог с твердым покрытием в 6–8 раз.

Существенное влияние на топливную экономичность базового шасси оказывает квалификация водителя. При движении по бездорожью и управлении автомобилем водителями разной квалификации расхождение в расходе топлива составляет от 10 до 40%.

Показатели маневренности, проходимости, устойчивости, плавности хода рассмотрены в подр.4.2.

Тормозные свойства – это совокупность свойств, определяющих максимальное замедление автомобиля при его движении на различных дорогах в тормозном режиме, а также предельные значения внешних сил, при действии которых заторможенный автомобиль надежно удерживается на месте.

Тормозные свойства определяют активную безопасность АНО.

Основными показателями эффективности рабочей и запасной тормозных систем являются:

минимальный тормозной путь S_т – расстояние, проходимое автомобилем от момента нажатия на педаль до остановки;

установившееся замедление _уст, соответствующее движению автомобиля при постоянном усилии воздействия на тормозную педаль.

Оценку тормозных свойств автомобилей проводят экспериментально, а также расчетно-аналитическими методами.

Анализ особенностей криволинейного движения автомобилей в различных условиях позволяет выделить два режима поворотов: с малыми радиусами и невысокими скоростями – характеризует в основном маневренность; с большими радиусами и высокими скоростями – характеризует устойчивость и управляемость.

Возникающие в результате управляющего воздействия (поворота рулевого колеса) изменения курсовых и боковых параметров являются кинематической реакцией автомобиля на управляющее воздействие.

Исходя из этого, управляемостью называют совокупность свойств, определяющих характеристики кинематических и силовых реакций на управляющие воздействия.

Оценочными показателями устойчивости управления являются:

устойчивость управления траекторией, балл;

устойчивость курсового управления, балл и др.

Оценку дают в баллах по субъективным ощущениям испытателя.

Теоретические и экспериментальные исследования позволили выявить преимущества и недостатки возможных схем рулевого управления многоосных автомобилей.

Применение задних управляемых осей в сочетании с передними позволяет значительно улучшить показатели поворачиваемости автомобиля в различных условиях движения и, следовательно, маневренности АНО.

Автомобили с задними управляемыми колесами имеют низкие показатели устойчивости прямолинейного и криволинейного движения по следующим причинам:

неблагоприятное распределение боковых сил при движении по траектории постоянной кривизны, что обусловливает склонность автомобилей к заносу;

возрастание боковой реакции на колесах задних управляемых осей при выходе из поворота, что может явиться причиной начала заноса автомобиля.

Склонность автомобилей к заносу, сложность гашения заноса, смещение траектории задних осей от центра поворота при входе в поворот и другие особенности значительно усложняют управление автомобилем с задними управляемыми колесами.

Вынужденные колебания АНО, возникающие в результате взаимодействия колес с неровностями дорог, вызывают быструю утомляемость расчета и повреждения элементов АНО и ракет.

Основными устройствами, защищающими элементы АНО от чрезмерно больших нагрузок со стороны дороги, являются подвеска и шины, а также устройства вторичного подрессоривания.

Изменения в схеме автомобиля числа осей и их размещения по базе не оказывают существенного влияния на характер вынужденных колебаний.

С изменением схемы меняется только длина неровностей, вызывающих соответствующие возмущения. Плавность хода многоосных автомобилей зависит в основном от упругодемпфирующих характеристик подвески, ее статических и динамических ходов.

Для повышения плавности хода подвески колес связывают в одну балансирную группу, что обеспечивает примерное равенство нагрузок, воспринимаемых подвесками отдельных колес.

Перспективным является применение активных систем подрессоривания. Они представляют собой, по существу, системы автоматического управления, в которых жесткостные и демпфирующие свойства изменяются автоматически в зависимости от условий движения. Это позволит значительно повысить скорость движения АНО в тяжелых дорожных условиях.

В современных РК для повышения их подвижности и автономности ПУ и ТЗМ смонтированы на плавающих специальных шасси. К плавающим АНО предъявляются следующие специальные требования: надежность и безопасность плавания, высокая подвижность и маневренность на воде; надежный вход в воду и выход из воды.

Их водоходные качества определяются плавучестью, остойчивостью, ходкостью, маневренностью, а также способностью въезжать в воду и выезжать из нее.

Плавучесть – это способность АНО держаться на воде, не погружаться ниже ватерлинии.

По закону Архимеда (рис. 16) сила плавучести равна

где - плотность воды;

- объемное водоизмещение.

Этасила приложена к центру давления (·) О.

Попервому условию плавучести вес АНОдолжен быть равен .

Второe условие плавучести состоит в том, что для равновесия необходимо, чтобы центр тяжести (·) С к центр давления (·) О находились на одной вертикали.

Для плавающих колесных АНО рекомендуется, чтобы ониимелидифферентна корму (2-5°), т.е. центр давления должен быть смещен вперед по отношению к центру тяжести.

Остойчивость - это способность АНО, выведенного из положения равновесия, возвращаться в это положение после прекращения действия внешних сил.

К внешним силам, стремящимся наклонить или перевернуть АНО, относятся силы ветра, воздействия волн, центробежная сила при повороте и пр.

Остойчивость характеризуется статистическими и динамическими углами крена.

На практике, в технических требованиях к АНО задаются допустимые значения внешних сил (скорости ветра, высота волны), при повышении которых преодоление водных преград запрещается.

Ходкость (подвижность) - характеризует способность АНО перемещаться по воде с заданной скоростью. Скорость перемещения зависит от сил сопротивления движению агрегата на плаву, а также от мощности и тяговой характеристики водоходного движителя.

От скорости движенияна воде зависит время преодоления водных преград, величина сноса при преодолении рек со значительным течением, возможность маневрирования и движения против течения.

Маневренность - это способность АНО изменять и сохранять заданную траекторию и характер движения. Включает управляемость, переход от движения передним ходом к движению задним ходом и наоборот, а также способность быстро увеличивать или уменьшать скорость движения.

Управляемость оценивается минимальной величиной радиуса циркуляции АНО. Для плавающих колесных АНО он соизмерим с длиной корпуса.

Предельный угол входа в воду определяется по условию незатопляемости. Очевидно, что при входе в воду АНО должен всплывать прежде, чем вода поднимется до отверстий или люков, куда она на должна проникать.

Для определения возможности всплывания АНО при угле наклона проведем линию поверхности воды на уровне отверстия люка (рис. 17).

Рис. 17. Силы, действующие на АНО при входе в воду

Пренебрегая силой тяги водоходного движителя и силой сопротивления воды, составим уравнение моментов относительно оси, проходящей через начало координат:

Отсюда

Предельный угол выхода АНО из воды определяется по условиям незатопляемости, возможности выхода АНО по силе тяги и по силе сцепления колес с грунтом. Возможность выхода АНО по силе тяги оценивается по выражению (рис. 18)

,

где - крутящий момент двигателя;

- к.п.д. силовой передачи;

- передаточное число силовой передачи;

- радиус колеса;

- сила тяги водоходного движителя;

- коэффициент сопротивления качению.

При выходе из воды часть крутящего момента двигателя реализуется колесным движителем, а часть водоходным.

Предельный угол выхода АНО из воды по сцеплению колес с грун­том, которое в водеза счет разгрузки от силы плавучести меньше, чем на суше, находится из выражения

,

где - коэффициент сцепления колес с грунтом.

Непотопляемость (живучесть) плавающего АНО наряду с запасом плавучести обеспечивается наличием водооткачивающих средств.

На АНО, как правило, устанавливают электрические центробежные насосы 1 (рис. 19), которые обеспечивают откачку воды, просочившейся через зазоры и уплотнения внутрь корпуса АНО, по трубопроводу 2, через обратный клапан 3 за борт выше ватерлинии.

Рис. 19. Схема действия водооткачивающих средств

Кингстоны предназначены для удаления воды из корпуса АНО после выхода егона сушу. Представляют собой клапаны с ручным управлением. После слива воды они должны быть постоянно закрыты.