Способ оценки эффективности ходовых систем колесных машин

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ХОДОВЫХ СИСТЕМ КОЛЕСНЫХ МАШИН(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Дубовик Дмитрий Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(56) Лефаров А.Х. и др. Энергонагруженность и надежность дифференциальных механизмов транспортно-тяговых машин. - Минск Навукатэхнка, 1991. С. 43.20031255, 2005.1471104 1, 1989.1281934 1, 1987.00/51861 1.(57) Способ оценки эффективности ходовой системы колесной машины путем выполнения или моделирования движения колесной машины с регистрацией кинематических и силовых параметров и определения оценочного показателя, отличающийся тем, что выполнение или моделирование движения колесной машины осуществляют по криволинейной траектории при изменении положения рулевого колеса от нейтрального до максимального возможного угла поворота, а в качестве оценочного показателя используют относительную величинукасательной силы тяги в направлении движения, задаваемом водителем поворотом рулевого колеса, определяемую по формуле гдеи- касательные силы тяги на ведущих правом и левом колесах -го моста соответственно,и- угол между направлением качения правого и левого колес -го моста и на правлением движения, задаваемым водителем поворотом рулевого колеса, соответственно, ради- буксования ведущих правого и левого колес -го моста соответственно- количество мостов колесной машины. Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам оценки эффективности ходовых систем колесных машин. Может быть использовано при проектировании и исследованиях эффективности многоприводных колесных машин. Известен способ испытания и оценки качества работы антиблокировочных систем автомобилей преимущественно в полигонных условиях, заключающийся в осуществлении экстремального торможения автомобиля на испытательном участке дороги с заданной начальной скоростью при максимальном темпе перемещения педали тормоза с одновременной регистрацией показателей, характеризующих процесс торможения, и сравнением этих показателей с эталонными величинами А.с.1525053 СССР, МКИ 4 В 60 Т 17/22, опубл. 1989. С целью снижения трудоемкости и повышения достоверности результатов испытаний сначала производят торможение при отключенной антиблокировочной системе и ограниченном рабочем давлении в тормозном приводе, обеспечивающем максмально возможное замедление автомобиля на данном участке дороги без блокировки (юза) колес, и измеряют температуру в зоне контакта фрикционной накладки с затормаживаемым элементом в начале и конце торможения, затем охлаждают тормозные механизмы до исходной температуры,производят торможение с включенной антиблокировочной системой при максимальном рабочем давлении в тормозном приводе и тех же остальных начальных условиях и в качестве оценочного показателя принимают величину отношения темпов повышения температуры тормозного механизма при торможении с включенной и выключенной антиблокировочной системой, а величину указанного оценочного показателяопределяют по формуле где 0 - температура в зоне контакта фрикционной накладки с затормаживаемым элементом в начале процесса торможения, град Т 1 и Т 2 - температуры в зоне контакта фрикционной накладки в конце торможений при отключенной и включенной антиблокировочной системе соответственно, град 1 и 2 - продолжительность торможения при отключенной и включенной антиблокировочной системе соответственно, с. Способ позволяет на основе осуществления контрольного и эталонного торможения с регистрацией параметров, характеризующих процесс торможения, и расчета численного 2 9953 1 2007.10.30 значения оценочного показателя (1) оценить качество работы антиблокировочной системы. Антиблокировочная система считается удовлетворительной при условии, если 0,75 . Недостатком данного способа является то, что он не оценивает эффективность ходовой системы колесной машины при выполнении ею транспортных и тяговых работ. Широко известен способ оценки эффективности колесных машин, заключающийся в выполнении или моделировании движения колесной машины с регистрацией кинематических и силовых параметров и определении оценочного показателя, в качестве которого выступает относительная величина тяговой (крюковой) мощности, расходуемой на преодоление крюковой нагрузки Тракторы Теория / В.В. Гуськов, Н.Н. Велев, Ю.Е. Атаманов и др. Под общ. ред. В.В. Гуськова. - М. Машиностроение, 1988. - С. 144, определяемая по формуле где- оценочный показатель (тяговый коэффициент полезного действия ходовой системы колесных машин)- тяговая (крюковая) мощность, расходуемая на преодоление крюковой нагрузки, Вт//и- мощность, подведенная к ведущим колесам -го моста (знаки / и сятся к правому и левому колеса моста соответственно), Вт- буксование ведущих колес машины/и- касательные силы тяги на ведущих колесах -г моста,- количество мостов колесной машины. Данный способ позволяет оценить энергетическую эффективность ходовых систем колесных машин, в том числе тракторов в агрегате с сельскохозяйственными орудиями, с позиции выполнения ими тяговых работ при установившемся движении по горизонтальной поверхности. Недостатком способа является то, что он не учитывает транспортную нагрузку машины и, как следствие, неприменим для оценки энергетической эффективности ходовых систем транспортных и транспортно-тяговых машин. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ оценки эффективности ходовых систем колесных машин, заключающийся в выполнении или моделировании движения колесной машины с регистрацией кинематических и силовых параметров и определении оценочного показателя, в качестве которого выступает относительная величина тяговой (крюковой) мощности, расходуемой на преодоление крюковой нагрузки, и мощности, расходуемой на транспортировку перевозимого груза Энергонагруженность и надежность дифференциальных механизмов транспортно-тяговых машин / А.Х. Лефаров, М.С. Высоцкий, В.В. Ванцевич, В.И. Кабанов. - Минск Навукатэхнка,1991. - С. 43, определяемая по формуле 9953 1 2007.10.30 где- оценочный показатель (полный коэффициент полезного действия ходовой систе мы колесных машин)- тяговая (крюковая) мощность, расходуемая на преодоление крюковой нагрузки,Вт/ и// - мощность, расходуемая колесами -го моста на транспортировку перево зимого полезного груза, Вт- мощность, расходуемая на преодоление силы сопротивления разгону машины,продольной составляющей силы тяжести при движении машины на подъем, сопротивления воздуха и других сил сопротивления движению, кроме тяговой нагрузки и сил сопротивления движения колес, обусловленных перевозимым полезным грузом, Вт/ и // - силы сопротивления движению колес -го моста, обусловленные перевозимым полезным грузом, Н- алгебраическая сумма действующей на машину силы сопротивления разгону, про дольной составляющей силы тяжести при движении машины на подъем, сопротивления воздуха и других сил сопротивления движению, кроме тяговой нагрузки и сил сопротивления движения колес, обусловленных перевозимым полезным грузом, Н//и- касательные силы тяги на ведущих колесах -го моста, Н/и- буксования ведущих колес -го моста. Данный способ позволяет оценить энергетическую эффективность ходовых систем колесных машин с позиции выполнения ими как тяговых, так и транспортных работ, или же при совмещении последних. Недостатком этого способа является то, что он не учитывает потери мощности, обусловленные несовершенством конструкции ходовых систем и связанные с отклонением направления реализации касательных сил тяги от направления движения, задаваемого водителем поворотом рулевого колеса. Задачей настоящего изобретения является повышение достоверности оценки эффективности ходовых систем колесных машин при выполнении ими транспортных, тяговых и транспортно-тяговых работ за счет учета мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления движению, буксования ведущих колес и реализацию составляющих касательных сил тяги в направлении, отличном от задаваемого водителем направления движения. Решение поставленной задачи достигается в способе оценки эффективности ходовых систем колесных машин, заключающемся в выполнении или моделировании движения колесной машины с регистрацией кинематических и силовых параметров (таких как буксования колес, угол поворота рулевого колеса, касательные силы тяги ведущих колес и т.п. ) и определении оценочного показателя, причем, согласно изобретению, в качестве оценочного показателя служит относительная величина касательной силы тяги в направлении движения, задаваемом водителем поворотом рулевого колеса, определяемая по формуле 9953 1 2007.10.30 где- оценочный показатель эффективности ходовых систем колесных машин - коэффициент полезного действия/ и// - мощность, расходуемая колесами -го моста на осуществление движения машины с транспортируемым полезным грузом и тяговой нагрузкой в направлении, задаваемом водителем поворотом рулевого колеса, Вт//и- касательные силы тяги на ведущих колесах -го моста,/ и// - угол между направлением движения колес -го моста и направлением движения, задаваемым водителем поворотом рулевого колеса, рад//и- буксования ведущих колес -го моста- количество мостов колесной машины. Числитель выражения (4) составляет алгебраическая сумма мощности, расходуемой ходовой системой колесной машины на совершение полезной работы. В качестве полезной работы выступает работа, совершаемая составляющими касательных сил тяги на ведущих колесах, направленными непосредственно на транспортировку груза и выполнения тяговой работы в направлении движения, задаваемом водителем. Знаменатель выражения (4) составляет алгебраическая сумма общей мощности, подведенной к ведущим колесам колесной машины. В результате оценочный показательв отличие от (2) и (3) учитывает потери мощности, связанные с отклонением направления реализации ведущими колесами касательных сил тяги от направления движения, задаваемого водителем поворотом рулевого колеса для совершения полезной работы. Таким образом, заявляемый способ наряду с оценкой влияния параметров привода ведущих колес на эффективность ходовой системы колесных машин позволяет обосновывать и параметры рулевого управления, чем выгодно отличается от прототипа. На фигуре приведена графическая зависимость показателя эффективности (коэффициента полезного действия) ходовой системы внедорожной колесной машины МЗКТ-79091 от среднего угла поворота управляемых колес первого моста. Пример реализации способа. С помощью заявляемого способа оценивалась энергетическая эффективность ходовой системы внедорожной колесной машины МЗКТ-79091 полной массой 43,5 тонны с колесной формулой 88 с двумя передними управляемыми мостами при установившемся движении на сухой суглинистой целине со стабильными сцепными условиями (коэффициент сцепления 0,65, коэффициент сопротивления 0,05). Для оценки эффективности ходовой системы проводилось моделирование криволинейного движения машины МЗКТ-79091 на основе уравнений движения в форме Аппеля 9953 1 2007.10.30 гдеи- полная масса машины и радиус ее инерции относительно вертикальной оси,проходящей через центр масс, кг и кгм 2 соответственно- коэффициент учета вращающихся масс,и- колея и расстояние от первого до -го моста и центра масс автомобиля соответственно, м М - момент сопротивления повороту машины в контакте колес с опорной поверхностью, Нм 1, 4 - количество ведущих мостов машины. Силы сопротивления качениюопределялись по следующей формуле/ где (// ) - силы сопротивления качению колес -го моста, Н/ ( // ) - коэффициенты сопротивления качению колес с учетом поступательной скорости движения машины, углов бокового увода, числа проходов колес по колее и совпадения последних(// ) - нормальные реакции колес -го моста, Н./ Нормальные реакции колес ( // ) рассчитывались на основе пространственной расчетной схемы машины с учетом ее массовых, геометрических показателей, характеристик системы подвеска-колесо-грунт и кинематических параметров движения по следующим формулам/ где ( // ) - нормальные реакции колес -го моста, Н- коэффициент перераспределения нормальной реакции по бортам машины, определяемый следующим выражением здесь- высотная координата центра масс машины. Перераспределение нормальной реакции в продольной плоскости внедорожной машины МЗКТ-79091 с независимой подвеской колес определялось выражением , где- приведенная жесткость системы подвеска-колесо грунт -го моста- нормальная жесткость грунта под колесами -го моста- нормальная жесткость колес -го моста- жесткость подвески колес -го моста М - момент сопротивления качению колес./ Боковые реакции колес (// ) выражались согласно нелинейной теории бокового увода/ где (// ) - боковые реакции колес -го моста, Н/(// ) - коэффициент бокового увода колес -го моста, учитывающий влияние на боковые реакции колес различных факторов, Н/рад/ (// ) - углы увода колес, рад. Сопротивление движению машины воздушной среды Ра определялось по следующей зависимости где Ра - сила сопротивления движению машины воздушной среды, Н сх - коэффициент аэродинамического сопротивления (обтекаемости)- динамический напор, Н/м- площадь миделевого сечения, м 2. В ходе моделирования движения регистрировались такие кинематические и силовые параметры, как углы поворота управляемых колес, буксования ведущих колес, касательные силы тяги колес и другие, а также вычислялась алгебраическая сумма составляющих касательных сил тяги в направлении движения, задаваемом водителем поворотом рулевого колеса, и отношений знаменателя (4), приведенные в таблице. Графическая зависимость показателя эффективности (коэффициента полезного действия) ходовой системы внедорожной колесной машины МЗКТ-79091 представлена на фигуре. Из фигуры следует, что при прямолинейном движении показатель эффективности ходовой системы равен 0,988. С увеличением кривизны траектории движения колесной машины возрастают составляющие касательных сил тяги в направлении, отличном от задаваемого водителем направления движения, и показатель эффективности ходовой системы уменьшается до 0,915. Таким образом, предлагаемый способ наряду с распределением мощности между ведущими колесами в явном виде учитывает соответствие направления реализации касательных сил тяги задаваемому водителем направлению движения и позволяет оценить влияние параметров привода ведущих колес и рулевого управления на эффективность ходовых систем колесных машин. 9953 1 2007.10.30 Численные значения показателя эффективности ходовой системы внедорожной колесной машины МЗКТ-79091 Алгебраическая сумма Средний угол по- Алгебраическая сумма Численное зна//4/ 4 ворота управляе////// ) ,,чение показателя/ мых колес первого 1111 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.