Influence of torque distribution between axles on off-road capability of KamAZ-4350, 5350 and 6350

Full Text

В настоящее время оценка опорной проходимости автомобилей, как правило, осуществляется на стадии испытаний опытных образцов. В такой ситуации представляется возможным только констатировать достигнутый уровень опорной проходимости путем сравнения его с уровнем эталонного образца, испытанного в одно и то же время в тех же самых условиях. Это достаточно трудоемкий процесс, требующий, с одной стороны, оснащения испытуемых образцов необходимой аппаратурой и приборами для определения заданных ГОСТ Р В 52048-2003 [1] параметров опорной проходимости, и, с другой стороны, наличия соответствующих участков опорных поверхностей (сухого сыпучего песка, сырого суглинка, снежной целины) и метеоусловий для проведения испытаний. Единственными же методами оценки эффективности принимаемых на стадии проектирования автомобилей решений по совершенствованию конструкции и прогнозирования уровня их опорной проходимости являются расчетные методы. С этой целью во ФГУП «21 НИИИ МО РФ» (в настоящее время НИИ АТ 3 ЦНИИ МО РФ) была разработана математическая модель прямолинейного движения автомобиля, в основу которой положена модель качения одиночного деформируемого колеса по деформируемому грунту. Математическая модель применима для любых автомобилей (с любым числом осей, полноприводных или неполноприводных, с независимой или зависимой подвеской, с механической (блокированной или дифференциальной), электрической или гидравлической трансмиссией). Она позволяет рассчитывать большинство определяемых по ГОСТ Р В 52048-2003 параметров опорной проходимости автомобиля, в первую очередь: · максимальную удельную силу тяги на крюке KT max; · коэффициент сопротивления качению fa; · глубину образуемой колеи Нка; · наибольшую скорость прямолинейного равномерного движения одиночного автомобиля Vmax. Математическая модель обеспечивает расхождение значений показателей, полученных в результате расчетов с экспериментальными, не превышающее по KT max - 11 %, fa - 9 %, Нка - 8 %, Vmax - 18 %. Известно [2, 3], что наилучшие показатели опорной проходимости полноприводных автомобилей на деформируемых грунтовых поверхностях достигаются при минимально допустимом давлении воздуха в шинах и ограничиваются сцепными свойствами с опорной поверхностью. В связи с этим, влияние распределения крутящих моментов по осям автомобилей КамАЗ-4350, 5350 и 6350 на их опорную проходимость определялось расчетным методом только при минимальном давлении воздуха в шинах (0,10 МПа). Расчеты проводились для движения по двум наиболее представительным грунтовым поверхностям: · сухому сыпучему песку влажностью около 4 % (грунт 1); · свежевспаханному суглинку влажностью около 26 % в осенний период (грунт 2). Исходные данные для расчетов представлены в таблицах 1 и 2. Таблица 1 Исходные данные для расчетов Параметры Автомобили КамАЗ-4350 КамАЗ-5350 КамАЗ-6350 m 2 3 4 G1/Ga, кг 5100/11700 5250/15850 5600/22300 Колея Bа, мм 2050 2050 2050 l1-2 / l1-3 / l1-4, мм 4180/-/- 3340/4660/- 1940/5280/6600 Zтсу, мм 970 960 970 Ne max, кВт/ nдN, мин-1/ nдM, мин-1 176/2200/1200 191/2200/1200 266/2200/1300 uо / uрк1 / uрк2 6,53/1,692/0,917 6,53/1,692/0,917 7,22/1,692/0,917 uкп (понижающий ряд) 7,82/4,03/2,50/1,53/1,0 11,54/7,93/5,46/3,82/ 2,53/1,74/1,20/0,84 Шины 425/85R21 (модель - Кама-1260) Таблица 2 Характеристика грунтов Тип грунта Параметры W, % рг, МПа c0, MПа j0, град. кш Sбм , Н/м3 Грунт 1 (песок) < 4 0,882 0,25 0 28 0,4 0,4 14210 Грунт 2 (суглинок) 24...26 0,.245 0,50 0,045 12,5 0,2 0,35 11466 Принятые обозначения: W - влажность, %; рг - удельное сопротивление грунта вдавливанию на глубине 1 см, МПа; μ - степенной коэффициент изменения удельного сопротивления грунта по глубине вдавливания; j0 - угол внутреннего трения, град.; с0 - удельное сцепление, МПа; кш - коэффициент трения материала шины о грунт; Sбм - коэффициент буксования колес; - удельный вес грунта, Н/м3 Ранее [4] было установлено, что блокированный межосевой привод полноприводных автомобилей с равномерной нагрузкой на ведущие мосты при прямолинейном движении по деформируемым грунтам обеспечивает наиболее рациональное распределение подводимых к мостам крутящих моментов. Результаты расчетов, проведенных для автомобилей КамАЗ-4350, 5350 и 6350 с шинами модели Кама-1260, имеющих дифференциальный межосевой привод и нагрузку на ведущие мосты, близкую к равномерной в режиме максимальной тяги (KT max) и без тяги на крюке (fa, Hка и Vmax), приведены на рисунках 1 и 2. У автомобилей типа 6х6 (КамАЗ-5350) и 8х8 (КамАЗ-6350) межосевой привод в тележках принят блокированным. Из приведенных результатов следует, что у рассматриваемых автомобилей максимальная по сцеплению сила тяги на крюке соответствует несколько меньшей относительной величине распределения крутящих моментов М1/Ма по мостам (тележкам) по сравнению с относительным распределением нагрузки (G1/Gа), то есть большей доле суммарного крутящего момента на заднюю ось (тележку). Так, при движении по грунтам 1 и 2 наиболее рациональное для получения максимальной силы тяги распределение моментов у рассматриваемых автомобилей составляет: КамАЗ-4350 - 0,40 (G1/Gа = 0,44), КамАЗ-5350 - 0,30 (G1/Gа = 0,33), КамАЗ-6350 - 0,25 (G1/Gа = 0,25). В режиме движения без тяги на крюке минимальные значения коэффициента сопротивления качению (fa) и глубины колеи (Hкa), а также максимальной скорости движения (Vmax) практически соответствуют относительному распределению крутящих моментов по мостам с несколько большими значениями, превышающими соответствующее распределение нагрузки по мостам автомобилей, особенно на уплотняемых грунтах. Например, такое распределение крутящих моментов М1/Ма при движении по суглинистой пахоте у автомобилей КамАЗ-4350, 5350 и 6350 достигает соответственно 0,45; 0,45 и 0,30. а) б) Рисунок 1. Показатели опорной проходимости автомобилей КамАЗ-4350 (а) и КамАЗ-5350 (б) по сухому сыпучему песку в зависимости от распределения крутящих моментов между передней и задней осями (задней тележкой): 1 - KT max; 2 - fa; 3 - Vmax; 4 - Нка Указанное распределение моментов в режиме максимальной силы тяги и без тяги на крюке наблюдается примерно при одинаковых радиусах качения колес всех осей, что обеспечивается при прямолинейном движении с блокированным межосевым приводом в механических трансмиссиях и совпадает с ранее полученными рекомендациями для автомобилей с равномерной развесовкой. а) б) Рисунок 2. Показатели опорной проходимости автомобилей КамАЗ-5350 (а) и КамАЗ-6350 (б) по свежевспаханному суглинку в зависимости от распределения крутящих моментов между передней осью (передней тележкой) и задней тележкой: 1 - KT max; 2 - fa; 3 - Vmax; 4 - Нка При отклонении распределения М1/Ма от указанных значений в обоих режимах движения показатели опорной проходимости автомобилей заметно ухудшаются, особенно по тягово-сцепным показателям. Худшие показатели опорной проходимости соответствуют полному отключению привода к колесам передней или задних осей, то есть неполноприводным автомобилям с теми же развесовками по колесам. При этом у таких неполноприводных автомобилей с отклонением вертикальных развесовок G1/Gа в сторону уменьшения от равномерных более выгоден привод к задним мостам (М1/Ма = 0). Эти автомобили способны двигаться по рассматриваемым грунтовым поверхностям с некоторым запасом силы тяги по сцеплению, а также с меньшим сопротивлением качению, глубиной образуемой колеи и с большей скоростью, чем переднеприводные автомобили.

About the authors

V. A Komarov

Scientific and Research Testing Centre for Motor Vehicles of the 3rd Central Scientific and Research Institute of the Ministry of Defense of the Russian Federation; Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: avt@mami.ru
Ph.D.; +7 495 223-05-23, ext. 1587

A. V Ostretsov

Scientific and Research Testing Centre for Motor Vehicles of the 3rd Central Scientific and Research Institute of the Ministry of Defense of the Russian Federation; Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: avt@mami.ru
Ph.D.; +7 495 223-05-23, ext. 1587

V. N Kondrashov

Scientific and Research Testing Centre for Motor Vehicles of the 3rd Central Scientific and Research Institute of the Ministry of Defense of the Russian Federation; Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: avt@mami.ru
+7 495 223-05-23, ext. 1587

References

Supplementary files