Comparative evaluation of automobiles KAMAZ-4350, KAMAZ-43114 and Ural-4320-31 flotation on loose sand

Full Text

Тяговые и скоростные свойства автомобиля на деформируемой опорной поверхности и энергия, затрачиваемая на её деформирование и преодоление потерь в шинах, являются определяющими факторами опорной проходимости автомобиля. Соответствие нагрузочных и размерных параметров шин характеристикам поверхности движения определяет потенциальные возможности опорной проходимости автомобиля. Исследованию опорной проходимости различных колёсных машин посвящены работы [1-4]. Для каждого автомобиля в конкретных условиях движения показатели опорной проходимости зависят, при отсутствии прочих ограничений, от сцепных свойств шин с опорной поверхностью и потерь на её деформирование [4]. Чем лучше сцепные свойства шин и меньше потери на деформирование опорной поверхности, тем выше показатели опорной проходимости автомобиля. В наибольшей степени выполнение этих условий связано с особенностями конструкции шин (в первую очередь, с характеристиками их жёсткости) и возможностью снижения давления воздуха в них. С целью сравнения опорной проходимости автомобилей КамАЗ-4350, КамАЗ-43114 и Урал-4320-31 на сухом сыпучем песке (влажность до 6 %, общая глубина залегания более 3 м) был выполнен комплекс экспериментальных исследований по методике, изложенной в ГОСТ Р В 52048-2003 [5]. Исследованиям подвергались автомобили с шинами модели Кама-1260 размерностью 425/85R21 (номинальная нагрузка на колесо - 29400 Н; наружный диаметр - 1260 мм; посадочный диаметр - 533 мм; ширина беговой дорожки - 380 мм) с регулируемым давлением воздуха и рисунком протектора повышенной проходимости [6]. Краткая техническая характеристика автомобилей приведена в таблице 1. Таблица 1 Краткая техническая характеристика автомобилей Марка автомобиля (колесная формула) Масса перевозимого груза, кг Полная масса (распределение по осям), кг Удель- ная мощ-ность, кВт/т (л.с./т) Шины, модель (минимальное давление воздуха в шинах, МПа) Удельная нагруженность шин, передних /задних (средняя), т/м3 КамАЗ-4350 (4х4) 4000 11820 (5910/5910) 14,9 (20,3) 425/85R21, Кама-1260 (0,10) 7,70/7,70 (7,70) КамАЗ-43114 (6х6) 6000 15450 (5380/10040) 11,4 (15,5) 6,84/6,57 (6,60) Урал-4320-31 (6х6) 6000 15520 (4850/10670) 11,4 (15,5) 6,32/6,96 (6,75) В процессе исследований межосевые и межколёсные дифференциалы автомобилей были заблокированы. Отдельные фрагменты экспериментальных исследований показаны на рисунках 1 и 2. В процессе исследований с помощью подвижной лаборатории, оборудованной необходимыми тензоизмерительной и регистрирующей аппаратурой и приборами, определялись максимальная сила тяги Рk maх на крюке и сила Pƒб сопротивления буксированию автомобилей. Количественно опорная проходимость автомобилей оценивалась следующими показателями: · наибольшей удельной силой тяги на крюке автомобиля KT max = Pk max / Ga , где: Ga - эксплуатационный вес автомобиля; · удельной силой сопротивления буксированию автомобиля ƒб = Pƒб / Ga ; · наибольшей скоростью Va max прямолинейного равномерного движения автомобиля без нагрузки на крюке; · наименьшим радиусом Rmin поворота автомобиля без потери проходимости. Рисунок 1. Определение наибольшей силы тяги на крюке автомобиля КамАЗ-4350 Рисунок 2. Определение силы сопротивления буксированию автомобиля Урал-4320-31 В таблице 2 и на рисунках 3 - 5 показано изменение показателей опорной проходимости автомобилей от величины давления воздуха в шинах. Таблица 2 Показатели опорной проходимости автомобилей Марка автомобиля pв , МПа KT max Va max , км/ч ƒб R min , м КамАЗ-4350 0,40 0,30 0,20 0,10 0,025 0,092 0,152 0,272 - 17,1 20,9 27,5 0,170 0,102 0,076 0,063 ∞ - 11,3 11,2 КамАЗ-43114 0,40 0,30 0,20 0,10 0,045 0,090 0,144 0,267 14,5 16,5 22,5 26,9 0,183 0,150 0,114 0,068 13,5 12,5 11,5 11,1 Урал-4320-31 0,40 0,30 0,20 0,10 0,045 0,091 0,142 0,277 16,2 19,7 27,9 30,0 0,148 0,122 0,071 0,060 12,7 12,5 12,0 11,3 Анализ полученных результатов экспериментальных исследований показал, что при движении по сухому сыпучему песку лучшие показатели опорной проходимости автомобили имеют при минимально допустимом давлении воздуха в шинах. Тяговые их показатели ограничиваются сцеплением колес с опорной поверхностью при любом давлении воздуха в шинах. Наибольшую удельную силу тяги KT max = 0,267…0,277 автомобили развивали при минимально допустимом давлении воздуха в шинах pв = 0,10 МПа (рисунок 3), что выше требуемой ГОСТ Р В 52395-2005 (не менее 0,250). Автомобиль Урал-4320-31 по тягово-сцепным свойствам лишь незначительно превосходил автомобили КамАЗ-4350 и КамАЗ-43114 (на 1,8 и 3,6 %, соответственно). Рисунок 3. Зависимость удельной силы тяги на крюке от давления воздуха в шинах автомобилей: 1 - Урал-4320-31; 2 - КамАЗ-43114; 3 - КамАЗ-4350 Рисунок 4. Показатели удельного сопротивления буксированию автомобилей: 1 - рв = 0,1 МПа; 2 - рв = 0,4 МПа Рисунок 5. Показатели наибольшей скорости движения автомобилей: 1 - рв = 0,1 МПа; 2 - рв = 0,4 МПа При увеличении давления воздуха в шинах значения удельной силы тяги на крюке значительно снижаются и приближаются к нулю при величинах давления, близкого к номинальному. Полученные наибольшие удельные показатели тягово-сцепных свойств позволяют автомобилям уверенно двигаться не только по горизонтальным участкам сухого сыпучего песка, но и, учитывая, что наибольший угол преодолеваемого подъёма α max ≈ arctg (KТ max) , преодолевать подъёмы крутизной до 150. Наименьшие величины удельного сопротивления буксированию автомобилей ƒб = 0,060…0,068 также были получены при минимально допустимом давлении воздуха в шинах pв = 0,10 МПа (рисунок 4). У автомобиля Урал-4320-31 этот показатель был несколько ниже, чем у автомобилей КамАЗ-4350 и КамАЗ-43114 (на 5 и 13 %, соответственно). С увеличением давления воздуха в шинах у всех автомобилей увеличивалось и удельное сопротивление буксированию, которое при номинальном давлении воздуха в шинах возрастало в 2,5…2,7 раза. Поскольку потери (сопротивление) на буксирование автомобиля в определённой степени характеризуют и потери (сопротивление) на качение автомобиля, то очевидно, что меньшие значения этих потерь способствуют достижению более высокой скорости движения. Кроме того, наибольшая скорость движения автомобиля определяется его удельной мощностью и передаточными числами трансмиссии. Закономерно, что наибольшую скорость движения развивал автомобиль Урал-4320-31 (30,0 км/ч). Автомобили КамАЗ-4350 (27,5 км/ч) и КамАЗ-43114 (26,9 км/ч) уступали ему по этому показателю. В результате экспериментальных исследований было установлено, что при минимально допустимом давлении воздуха в шинах проходимость автомобилей не ограничивалась радиусом их поворота (при движении на повороте управляемые колеса поворачивались до упора в ограничители), то есть они могли уверенно маневрировать на сухом сыпучем песке. Однако с увеличением давления воздуха в шинах до номинального значения, проходимость автомобилей при движении с минимальным радиусом заметно ухудшалась или вообще происходила потеря проходимости при повороте с любым радиусом, как, например, у автомобиля КамАЗ-4350. Таким образом, проведенные экспериментальные исследования опорной проходимости полноприводных автомобилей КамАЗ-4350, КамАЗ-43114 и Урал 4320-31 на сухом сыпучем песке показали следующее [1, 3]: · лучшей опорной проходимостью среди подвергавшихся экспериментальным исследованиям автомобилей обладает Урал-4320-31; · регулирование давления воздуха в шинах автомобилей остаётся наиболее эффективным способом повышения опорной проходимости автомобилей; · наибольшие значения удельной силы тяги (0,267…0,277) и наименьшие значения удельного сопротивления буксированию (0,060…0,068) достигались при минимально допустимом давлении воздуха в шинах (0,01 МПа) и ограничивались сцепными свойствами с опорной поверхностью. Такие значения позволяют автомобилям не только уверенно двигаться (Va max = 27…30 км/ч) и маневрировать по сухому сыпучему песку, но и преодолевать подъёмы крутизной до 150; · у всех автомобилей средняя удельная нагруженность шин модели Кама-1260 по объёму (6,60…7,70 т/м3), которая оказывает определяющее влияние на показатели их опорной проходимости, не превышала допускаемой для шин радиальной конструкции (8,0 т/м3).

About the authors

A. V Ostretsov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: avt@mami.ru
Ph.D.; +7 495 223-05-23, ext. 1111

A. E Esakov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: avt@mami.ru
Ph.D.; +7 495 223-05-23, ext. 1111

V. M Sharipov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: avt@mami.ru
Dr.Eng., Prof.; +7 495 223-05-23, ext. 1111

References

Supplementary files