Experimental results of flotation of the KamAZ-4350, KamAZ-5350 and Ural-4320-31 automobiles with differential and locked-wheel drive at steady curvilinear motion

Full Text

Маневренность армейских многоцелевых грузовых автомобилей является одним из важнейших свойств, определяющих общий уровень их подвижности и способность выполнения функциональных задач по транспортированию грузов в различных дорожно-климатических условиях и по местности [1]. Она характеризует способность автомобиля к изменению своего положения на ограниченной площади и в проездах заданной формы и размеров. Маневренность зависит от ряда конструкционных параметров автомобилей, определяющих минимальный радиус поворота по оси следа переднего внешнего колеса, наружный габаритный радиус поворота и ширину коридора, занимаемого автомобилем при повороте с заданным наружным габаритным радиусом, а также способности движения в требуемых направлениях, в том числе и по деформируемым опорным поверхностям. При этом использование полноприводных автомобилей обусловлено рядом специфических условий их эксплуатации в армии, нефтяной и газовой промышленности, в сельском хозяйстве, при ликвидации последствий катаклизмов и катастроф, для чего необходимо обеспечение возможности их движения с наименьшими энергетическими затратами и наибольшим запасом силы тяги по сцеплению. В качестве основных параметров маневренности (параметров криволинейного движения) полноприводных автомобилей по деформируемым грунтовым опорным поверхностям следует считать коэффициент сопротивления качению ƒа и коэффициент использования силы сцепления kφ [2]. Эти показатели в наиболее простом случае при равномерном установившемся движении одиночного автомобиля по кругу (при повороте управляемых колес на угол αki) могут быть выражены следующими зависимостями при условии, что : ; (1) , (2) где для каждого i-го колеса: Mki – подводимый крутящий момент; Pki – продольная подводимая (-) или отводимая (+) от колеса сила; Pki0 и Pki0max – продольная текущая и максимальная по сцеплению силы, развиваемые в контакте колеса с грунтовой опорной поверхностью и затрачиваемые на преодоление её сопротивления; Pбi – боковая сила; rki, nki – радиус качения и частота вращения колёс, соответствующие прохождению полного круга с круговой траекторией центра масс автомобиля радиусом Rцm. Таблица 1 Краткая техническая характеристика автомобилей Марка автомобиля (колесная формула) Масса перевозимого груза, кг Полная масса (распределение по осям), кг Удельная мощность, кВт/т (л.с./т) Радиус поворота по оси переднего внешнего колеса, м Шины: размерность (давление воздуха в шинах, МПа), модель КамАЗ-4350 (4х4) 4000 11820 (5910 / 5910) 14,9 (20,3) 11,0 425/85R21 (0,10), Кама-1260 с регулируемым давлением воздуха и рисунком протектора повышенной проходимости (номинальная нагрузка на колесо – 29,4 кН; наружный диаметр – 1260 мм; посадочный диаметр – 533 мм; ширина беговой дорожки – 380 мм) [3, 4] КамАЗ-5350 (6х6) 6000 15450 (5380 / 10040) 11,4 (15,5) 11,0 Урал- 4320-31 (6х6) 6000 15520 (4850 / 10670) 11,4 (15,5) 10,8 Коэффициент сопротивления качению можно определить также из выражения , (3) где: – суммарное передаточное число трансмиссии; nд – количество оборотов двигателя, соответствующие прохождению полного круга с круговой траекторией центра масс автомобиля радиусом Rцт. Зависимость (3) чаще используется для экспериментального определения ƒа, так как экспериментально определить Pki и Pбi весьма сложно. То же относится и к экспериментальному определению коэффициента использования силы сцепления kφ. Достаточно сложно значения этих параметров определить и расчетным путем. Таблица 2 Показатели установившегося движения автомобилей по сухому сыпучему песку при прямолинейном движении и по кругу с наименьшим радиусом (по оси следа переднего внешнего колеса) Марка автомобиля Межосевой привод R, м ƒа % КамАЗ-4350 Б ∞ 0,085 100 Б 11,5 0,145 171 Д ∞ 0,092 108 Д 11,0 0,130 153 КамАЗ-5350 Б ∞ 0,119 100 Б 12,2 0,240 202 Б* 14,2 0,288 242 Д ∞ 0,130 109 Д 11,1 0,216 182 Урал-4320-31 Б ∞ 0,135 100 Б 12,7 0,270 200 Д ∞ 0,145 107 Д 11,3 0,247 183 В связи с этим были проведены экспериментальные исследования криволинейного движения автомобилей КамАЗ-4350, КамАЗ-5350 и Урал-4320-31 по сухому сыпучему песку (влажность до 6 %, общая глубина залегания более 3 м), а автомобиля КамАЗ-5350, кроме того, и по стерне на чернозёме (влажность около 10 %). Краткая техническая характеристика испытуемых автомобилей приведена в таблице 1. В процессе исследований были определены значения коэффициента сопротивления качению ƒа , которые приведены в таблицах 2 и 3. Таблица 3 Показатели установившегося движения автомобиля КамАЗ-5350 по стерне на чернозёме при прямолинейном движении и по кругу с наименьшим радиусом (по оси следа переднего внешнего колеса) Марка автомобиля Межосевой привод R, м ƒа % КамАЗ-5350 Б ¥ 0,074 100 Б 11,4 0,150 203 Д ¥ 0,080 108 Д 11,0 0,138 186 Примечание: Д – дифференциальный привод; Б – заблокирован межосевой дифференциал в раздаточной коробке; Б* – заблокированы межосевой дифференциал и межколёсные дифференциалы в среднем и заднем мостах. Изменение ƒа в функции кривизны траектории поворота ρ (ρ = 1 / R) в диапазоне от прямолинейного движения (ρ = 0) до поворота с минимальным радиусом графически проиллюстрировано на рисунках 1 и 2. Представленные результаты экспериментальных исследований позволяют сделать следующие выводы: · с увеличением кривизны траектории движения ρ (с уменьшением радиуса поворота R) коэффициент сопротивления качению ƒа всех автомобилей при движении по грунтовым опорным поверхностям гиперболически возрастает, причем более интенсивно у автомобилей с заблокированными межосевыми дифференциалами; · при переходе от прямолинейного движения (ρ = 0) к движению с минимальным радиусом (ρ = 0,08…0,10 м-1) коэффициент сопротивления качению автомобилей с колесной формулой 4х4 (КамАЗ-4350) и 6х6 (КамАЗ-5350 и Урал-4320-31) на грунтовых опорных поверхностях при дифференциальном приводе возрастает примерно в 1,4 и 1,7 раза, а при блокированном – в 1,7 и 2,0 раза соответственно; · при блокировании и межосевого и межколёсных дифференциалов среднего и заднего мостов автомобиля КамАЗ-5350 его движение по сухому сыпучему песку с минимальным радиусом поворота осуществляется с ещё большим сопротивлением качению ƒа. При этом значения коэффициента сопротивления качению возрастают в 1,2 раза по сравнению с движением автомобиля в повороте только с заблокированным межосевым дифференциалом и в 2,4 раза – по сравнению с прямолинейным его движением; · при одинаковых (до упора в ограничители) углах поворота управляемых колес автомобилей, подвергавшихся экспериментальным исследованиям, наименьшие значения радиусов поворота автомобилей с полностью дифференциальным приводом к колесам на 4…11 % меньше, чем с блокированным межосевым приводом. Причём чем ниже сопротивление качению ƒа, тем меньше разница в радиусах поворота.В результате изложенного можно определить некоторые пути улучшения маневренности армейских многоцелевых грузовых автомобилей при криволинейном движении по деформируемым грунтовым поверхностям. Рисунок 1. Изменение коэффициента сопротивления качению автомобилей при движении по сухому сыпучему песку в функции кривизны траектории: 1 – КамАЗ-4350 (Д); 2 – КамАЗ-4350 (Б); 3 – КамАЗ-5350 (Д); 4 – КамАЗ-5350 (Б); 5 – Урал-4320-31 (Д); 6 – Урал-4320-31 (Б); 7 – КамАЗ-5350 (Б*) Рисунок 2. Изменение коэффициента сопротивления качению автомобиля КамАЗ-5350 при движении по стерне на черноземе в функции кривизны траектории: 1 – дифференциальный привод; 2 – заблокирован межосевой дифференциал Во-первых, у представленных армейских многоцелевых грузовых автомобилей с уменьшением радиуса поворота возрастает степень несовпадения следов колес одного борта и при большой кривизне траектории наблюдается полное их несовпадение. Степень этого несовпадения можно лишь уменьшить, располагая средние оси автомобилей (6х6 или 8х8) как можно ближе к передней и задней осям и применяя (по возможности) все управляемые колеса, особенно на длиннобазных автомобилях. Только на двухосных автомобилях со всеми управляемыми колёсами можно добиться при криволинейном движении полного совпадения следов колёс. Кроме снижения сопротивления качению за счет прокладывания меньшего количества колей (меньшей деформации грунтовой поверхности), этот путь позволяет получить и меньшую разницу проходимых колесами расстояний с определенным уменьшением действующих на колёса продольных и боковых сил, а следовательно, и коэффициентов использования сил сцепления. Расчеты показывают, что на деформируемых грунтовых поверхностях при статическом повороте с минимальным радиусом при полном совпадении следов колес одного борта сопротивление качению представленных автомобилей всего лишь на 15…25 % больше, чем при прямолинейном их движении. Необходимо, правда, отметить, что такие величины соответствуют установившемуся повороту. На практике же при входе автомобилей в поворот и выходе из него при отсутствии электрического или гидрообъёмного привода к колёсам величины сопротивления качению заметно возрастают. Во-вторых, полученные результаты показывают, что при определенных величинах радиуса поворота, которые могут быть получены экспериментальным или расчетным путём, целесообразно отключение блокирования дифференциалов. Например, при повороте автомобиля Урал-4320-31 на сухом сыпучем песке при радиусе поворота менее 20 м. Но при полностью дифференциальном приводе к колесам наименьшие коэффициенты сопротивления качению и особенно использования сцепных сил могут быть достигнуты только при определенных соотношениях крутящих моментов на колёсах, различных для разных грунтовых поверхностей и радиусов поворота. Простые же механические дифференциалы обеспечивают лишь одно распределение моментов по осям (колесам), поэтому при меняющихся грунтовых условиях выключение блокирования дифференциалов может привести к потере проходимости. Таким образом, для существенного улучшения маневренности полноприводных автомобилей необходимо обеспечить и меняющееся распределение моментов, и соответствующую траекториям перемещения (радиусам поворота) колёс частоту их вращения без буксования или с одинаковым буксованием. Это может быть реализовано только при применении регулируемых электрических или гидрообъемных приводов к колёсам автомобиля.

About the authors

A. V. Ostretsov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

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

References

Supplementary files