ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АВТОПОЕЗДОВ ЗА СЧЕТ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ НОРМАЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ
По ГОСТ Р 52389-2005 «седельный тягач – тягач, построенный и предназначенный исключительно или главным образом для буксировки полуприцепов; полуприцеп – буксируемое автотранспортное средство, которое специализировано для соединения с седельным тягачом (либо с опорной тележкой полуприцепа) и передает на сцепное устройство тягача (либо на опорную тележку полуприцепа) существенную вертикальную нагрузку» [1].
Седельно-сцепное устройство, являясь главным компонентом, со единяющим тягач и полуприцеп, улучшается в соответствии с тенденциями всемирного автостроения. Судя по новинкам в данной сфере, интенсивное введение электроники и автоматики ранее позволило значительно повысить безопасность, упростить сервис, а помимо того, сократить время, нужное для сцепки-расцепки.
Современное седельно-сцепное устройство (ССУ) содержит в себе ряд важных компонентов, это прежде всего опорная плита, разъемно-сцепной механизм, воспринимающий вместе с устройством крепления тяговые и тормозные усилия, а кроме того, узел обеспечения гибкости. Сцепная пара образуется уже после того, как шкворень, закрепленный на полуприцепе, войдет в прорезь опорной плиты и зафиксируется замковыми деталями, шарнирно закрепленными на пальцах (рис. 1).
Типы, основные размеры и технические требования, предъявляемые к ССУ, регламентируются интер нацио нальными и отечественными стандартами.
Для гибкости сцепки ССУ должно иметь 3 степени свободы, обеспечивающие поворот полуприцепа вокруг вертикальной оси шкворня, качание в продольной плоскости вперед и назад (угол не менее 11°), а кроме того, поперечный наклон в левую и правую сторону (не более 3°). Два из этих условий выполняются благодаря наличию поперечной оси и «пластичности» в точках крепления опорной плиты [2].
Осевая нагрузка – это сила, с которой авто давит на дорогу, то есть нагрузка от массы грузовой машины. Для трехосного тягача, у которого задний и средний мосты вместе образуют заднюю тележку (табл. 1), формула для расчета нагрузки на ось выглядит так:
Ма = Нпо + Нзт,
где, Ма – масса всего автомобиля; Нпо– нагрузка на переднюю ось; Нзт – нагрузка на заднюю тележку.
При рассматрении вопроса оптимального динамического взаимо дейст вия сцепных масс в любых эксплуа та ционных обстоятельствах было вве дено в техническое решение дополнительное свойство – динамическое догружение ведущих колес тягача (тягово-сцепные качества).
В момент, когда тяговые нагрузки автотранспортного средства повышены, когда необходима дополнительная сила сцепления ведущих колес тягача с почвой, т. е. дополнительная сила динамического догружения, в техническом решении обязана быть заложена возможность появления этой силы при относительных перемещениях сцепных масс за счет уменьшения демпфирующих сил [3].
Рассмотрим подробно, какими статическими и динамическими методами возможно достичь этого на конкретном примере.
В классической теории усовершенствования тягово-сцепных свойств автотранспортных средств известны методы, базирующиеся на увеличении сцепного веса Gсц вплоть до значения общей номинальной нагрузки G на колеса, увеличении значения коэффициента γ или использование сцепного веса тягача и прицепного состава, в значительном уменьшении коэффициента δ буксования ведущих колес динамической системы, снижении силы сопротивления качению ψ.
Одним из наиболее перспективных направлений, нашедших широкое практическое применение, считается метод получения дополнительной силы догружения ведущих колес тягача, достигаемого путем переноса части веса прицепного состава. На базе данного метода известно большое число технических решений, созданных учеными и специалистами ведущих предприятий страны. Как правило, на статическом догружении ведущих колес тягача основаны популярные технические решения.
Статическое догружение, бесспорно, воплощает в себе увеличение сцепных качеств ведущих колес тягача, однако при движении автотранспортного средства по дорогам с мягкой основой и бездорожью ведет к возникновению глубокой колеи, сопровождаемой резким ростом сопротивления передвижению.
Малоизученным, но очевидным шагом вперед представляется динамическое догружение ведущих колес тягача. Оно затрагивает основы формирования динамических и тягово-сцепных качеств автотранспортных средств. В основе динамического догружения лежит взаимная согласованность курсового и вертикального относительного перемещения сцепных масс, их скорости и ускорения, а следовательно, и рациональное распределение между ними возникающих нагрузок, кинетической и потенциальной энергии.
Существует несколько способов автодинамического догружения по принципу получения дополнительного сцепного веса:
1) догружение, основанное на курсовом относительном перемещении сцепных масс;
2) догружение, основанное на вертикально-ускоренном относительном перемещении сцепных масс;
3) догружение, основанное на центробежном (центростремительном) относительном перемещении сцепных масс;
4) догружение, основанное на смещанном относительном перемещении сцепных масс.
В настоящее время известны попытки механического изменения догрузки тягово-сцепного устройства тягача от массы прицепа на основе курсовых перемещений составных звеньев. Однако данное техническое решение осуществлено на низком уровне и не имеет емкой теоретической основы.
В технической литературе не прослеживается возможность получения дополнительного сцепного веса другими, более совершенными автодинамическими методами.
Рассмотрим двухзвенную динамическую систему (рис. 2), сцепные массы которой соединены, к примеру, рычажно-ползунковой упругой связью [4]. Это необходимо для развития теории вопроса о возможности получения дополнительной силы сцепления ведущих колес тягача с почвой автодинамическим способом, выявления его отличительных черт, преимуществ и недостатков.
В таком случае, пренебрегая деформацией шин, распределение усилий, образующихся при взаимодействии автотранспортного средства с дорогой, можно представить следующим образом. Под влиянием сил тяжести тягача (1) и прицепного состава (2) в соответствии с этим возникнут реакции дороги (3) и (4):
GТ = GТ1 + GТ2; (1)
GП = GП1 + GП2; (2)
RТ1 + RТ2; (3)
RП1 + RТ2. (4)
В таком случае сила сцепления ведущих колес тягача с дорогой будет определяться суммой отдельных частей веса сцепных масс (5):
GТ2 + GП1. (5)
Движущей силой Pдв, развивае мой ведущими колесами транспортного средства, будут преодолеваться силы сопротивления передвижению его составных звеньев:
первого составного звена;
PRT = PPТ1 + PRT2; (6)
второго составного звена.
PRП = PPП1 + PRП2. (7)
При увеличении сопротивления передвижению составных звеньев автотранспортного средства PRT и PRП (момент трогания с места, преодоление местных препятствий, подергивание тягача) за счет нарушения относительного покоя сцепных масс ползун А (рис. 2) тягово-сцепного устройства переместится из положения 1 в положение 1’ (движение вперед, ползун В неподвижен), произойдет синхронная деформация пружин, срабатывание демпфера и перемещение шарнира С седельного сцепного устройства из положения 3 в положение 3’ (быстрый подъем прицепного состава по траектории дуги).
Данное явление вызовет нарушение относительного покоя сцепных масс в вертикальной плоскости и приведет автоматически к возникновению дополнительной инерционной силы догружения Gj и незамедлительной ответной реакции грунта Rj, направленных к вертикали под углом α. Следовательно, в момент повышения тягового сопротивления сила сцепления ведущих колес тягача с почвой увеличится на величину Gj cos α.
В момент, когда тягач экстренно замедляется (не тормозной системой) либо при движении задним ходом, когда потребность в тягово-сцепных качествах увеличивается, ползун В совершит передвижение из положения 2 в положение 2’ и анологичным способом будет достигнута дополнительная сила догружения. С возвращением ползуна В в начальное состоя ние произойдет разгружение.
ЛИТЕРАТУРА
- ГОСТ Р 52389-2005. Транспортные средства колесные. Массы и размеры. Технические требования и методы испытаний: сб. ГОСТов. – М. : ИПК Издательство стандартов, 2001.
- Гамаюнов П. П., Цыпцын В. И. Динамика прицепов и тягачей при продольных ударах: монография. Саратов, 2002.
- Гамаюнов П. П., Вихорев Н. К. Автодинамический способ догружения колес тягача для получения дополнительной силы сцепления с дорожным покрытием // Научная мысль. – 2016. – № 3. – С. 177–182.
- Гамаюнов П. П., Балберов Р. В. Причины возникновения неустановившегося характера тяго вого усилия и влияние его на плавность хода автомобильного поезда // Техническое регулирование в транспортном строительстве. – 2017. – № 5(25).
Метки: Транспорт