WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТРЕХОСНОГО ГРУЗОВОГО АВТОМОБИЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ...»

-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Московский государственный агроинженерный университет

имени В.П. Горячкина»

На правах рукописи

КАБАНИН Павел Александрович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТРЕХОСНОГО



ГРУЗОВОГО АВТОМОБИЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

НАЗНАЧЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНСТРУКТИВНЫХ

ПАРАМЕТРОВ

Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, старший научный сотрудник Т.Д. Дзоценидзе Москва – 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение................................................ 4 Глава 1. Обзор выполненных работ. Цель и постановка задач исследования....................................... 8

1.1. Анализ подходов по решению проблемы транспортного обеспечения сельхозтоваропроизводителей...... 8

1.2. Особенности конструкции задней тележки трехосных автомобилей и обзор исследований влияния параметров трансмиссии на устойчивость движения............ 21

1.3. Обзор исследований влияния параметров ходовой части на устойчивость движения............................. 35

1.4. Цель и постановка задач исследования................ 47

1.5. Краткие выводы................................... 48 Глава 2. Теоретические исследования устойчивости движения грузового автомобиля с колесной формулой 6х6 сельскохозяйственного назначения в зависимости от конструктивных параметров................................ 50

2.1. Определение рациональных вариантов конфигурации тормозной системы и проведение расчетных исследований........

2.2. Разработка математической модели влияния параметров балансирной подвески и задней тележки на устойчивость движения автомобиля НАМИ-3333.............. 70

–  –  –

3.1. Конструктивные особенности автомобиля НАМИ-3333..

–  –  –

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. На сегодняшний день недостаточное количество техники, ее ограниченная номенклатура, а также специфика дорожной сети, по которой осуществляются перевозки в сельской местности, негативно влияют на транспортнотехнологическое обеспечение сельскохозяйственных предприятий. Крупные и мелкие хозяйства не только не могут увеличить производство продукции, но и теряют часть урожая. В итоге остро ощущается потребность в автомобильном транспорте повышенной проходимости.

Для решения проблемы транспортного обеспечения сельского хозяйства, а особенно малых форм хозяйствования, где нехватка грузовых транспортных средств грузоподъемностью до 2 т принимает критический характер, необходимо не только замещать выработавшую ресурс технику, но и расширять ее номенклатуру, решая актуальную задачу создания новых транспортных средств, отвечающих потребностям сельскохозяйственного товаропроизводителя. Обеспечение соответствия транспортного средства требованиям безопасности движения во многом зависит от его устойчивости, которая формируется конструкцией и характеристиками узлов и агрегатов автомобиля, его общей компоновкой и условиями эксплуатации. Следовательно, проведение исследований для определения оптимальных конструктивных параметров, влияющих на устойчивость движения нового трехосного грузового автомобиля сельскохозяйственного назначения, является актуальной задачей.

Цель работы – проведение теоретических и экспериментальных исследований по обеспечению устойчивости движения грузового автомобиля малой размерности с колесной формулой 6х6 сельскохозяйственного назначения в зависимости от конструктивных параметров.

Основные задачи исследования:





1. Провести анализ ранее выполненных исследований по устойчивости движения грузового автомобиля с колесной формулой 6х6 и обосновать конструктивные параметры тормозной системы и задней тележки опытного образца автомобиля сельскохозяйственного назначения НАМИ-3333.

2. Определить рациональные варианты конфигурации тормозной системы и провести расчетные исследования.

3. Разработать математическую модель влияния параметров балансирной подвески и задней тележки на устойчивость движения опытного образца автомобиля НАМИ-3333.

4. Разработать конструктивные решения для шасси опытного образца автомобиля НАМИ-3333 по тормозной системе, трансмиссии и балансирной подвеске.

5. Провести экспериментальные исследования опытного образца автомобиля НАМИ-3333 на спецдорогах Автополигона ФГУП «НАМИ» для оценки адекватности результатов расчетных исследований и принятых конструктивных решений в части их влияния на устойчивость движения.

6. Разработать рекомендации по определению конструктивных параметров для повышения устойчивости движения на стадии проектирования.

Объекты исследования – опытный образец грузового автомобиля НАМИ-3333 грузоподъемностью 1,5…2 т с колесной формулой 6х6, созданный при непосредственном участии автора.

Методы исследования.

В теоретических исследованиях применялись методы математического анализа, математического моделирования. При разработке конструкции автомобиля применялись программные комплексы SolidWorks 2009 SP4, AutoCAD Mechanical 2010, MATLAB R2008b. Испытания проводились на стендовом оборудовании и спецдорогах Автополигона ФГУП «НАМИ». Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований осуществлялись в программной среде TurboLab Analysis.

Научная новизна заключается в разработке математической модели влияния параметров балансирной подвески на устойчивость грузового автомобиля с колесной формулой 6х6 при торможении.

Практическая значимость работы:

1. Конструктивные параметры, оптимизированные по критериям устойчивости движения, реализованы на опытном образце автомобиля НАМИ-3333.

2. Разработана математическая модель влияния параметров балансирной подвески на устойчивость движения при торможении.

3. Спроектирована и реализована на опытном образце автомобиля НАМИ-3333 балансирная подвеска среднего и заднего мостов.

4. Результаты проведенных экспериментальных исследований автомобиля НАМИподтверждают адекватность результатов расчетных исследований.

Реализация результатов работ.

Разработанная математическая модель влияния параметров балансирной подвески при торможении и рекомендации по учету влияния параметров трансмиссии внедрены в работу конструкторских служб ФГУП «НАМИ» и в практику научно-исследовательской и проектно-учебной лаборатории транспортных средств сельскохозяйственного назначения

ФГБОУ ВПО МГАУ.

Отработаны и внедрены в практику Завода опытных конструкций (ЗОК) ФГУП «НАМИ» и ОАО «Автоспецоборудование» (г. Великий Новгород) технологические решения по изготовлению балансирной подвески, раздаточной коробки и элементов карданного привода к ведущим мостам.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на:

- Международной научно-практической конференции «Научные проблемы автомобильного транспорта», Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 2010 г.;

- VIII Международном автомобильном научном форуме (МАНФ), Дмитров, 2010 г.;

- Международной научно-практической конференции «Научные проблемы эффективного использования тягово-транспортных средств в сельском хозяйстве», Москва, ФГБОУ ВПО МГАУ, 2011 – 2012 гг.

Все положения, вошедшие в работу, рассматривались на заседаниях кафедры ЭМТП ФГБОУ ВПО МГАУ, секции «Автомобили» НТС ФГУП «НАМИ».

Публикации. Основные научные результаты опубликованы в 7 научных работах:

одна монография в соавторстве, 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, одна статья в научно-техническом журнале и получен патент на изобретение (№2403470).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 95 наименований. Объем диссертационной работы составляет 166 страниц текста. Основной текст изложен на 162 страницах и содержит 73 рисунка и 21 таблицу.

Автор выражает глубокую благодарность доктору технических наук, профессору, Лауреату государственной премии в области науки и техники, Заслуженному изобретателю РСФСР Ю.К. Есеновскому-Лашкову, кандидатам технических наук М.А.

Козловской и Д.А. Загарину за оказанную в процессе работы помощь.

ГЛАВА 1. КРАТКИЙ ОБЗОР ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ.

ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

–  –  –

Нормальное функционирование малых форм хозяйствования обусловлено многими факторами, в первую очередь такими, как уровень технической оснащенности, структура машинно-тракторного парка, степень развития служб технического сервиса и т.д. Однако, в «Нормативах потребности агропромышленного комплекса (АПК) в технике для растениеводства и животноводства» [66], транспортные средства не рассматриваются в технологическом процессе производства сельскохозяйственной продукции, а самым востребованным энергетическим средством указан колесный трактор МТЗ-80/82 класса тяги 1,4 т. При этом обеспеченность хозяйств транспортно-погрузочными средствами не превышает 50% потребности при темпах старения выше 60%.

Сельскохозяйственные перевозки производятся в основном автомобильным транспортом общего назначения, который не отличается высокой эффективностью, из-за того, что мелкопартионные грузы перевозят на автомобилях большой грузоподъемности.

На этом фоне следует учесть, что в отечественном сельском хозяйстве тракторные перевозки составляют 22…27% от общего объема транспортных перевозок и 45% объема внутрихозяйственных перевозок. При этом тракторные перевозки отличаются неэффективностью, а их стоимость в нашей стране выше стоимости автомобильных, что вызвано относительно большими плечами перевозок.

Кроме грузовых и грузопассажирских автомобилей общего назначения в сельском хозяйстве применяются и полноприводные автомобили, которые условно можно разделить на три группы: массовые полноприводные автомобили; полноприводные специализированные автомобили, максимально унифицированные по узлам и агрегатам с автомобилями первой группы; вездеходные автотранспортные средства. Автомобили второй группы предназначены для систематической работы в тяжелых дорожных условиях и на бездорожье с достаточно высокой несущей способностью, как без прицепа, так и с прицепом, полная масса которого составляет 40…60% от максимальной полной массы автомобиля. Третья группа предназначена для работы в особо тяжелых условиях бездорожья (переувлажненные грунты, сыпучие и барханные пески, заболоченная местность, торфяные болота, снежное бездорожье неограниченной глубины и т.п.) и имеет движители специальной конструкции.

За последние годы в стране изменилась структура товаропроизводителей (появились фермеры и увеличилась роль личных подсобных хозяйств (ЛПХ)), а номенклатура техники в особенности транспортной не изменилась. В результате появилась острая потребность в новом классе специализированных машин. С другой стороны, в нашей стране имеется большой опыт исследований и создания транспортных средств, в том числе, сельскохозяйственного назначения, который нашел отражение в работах Б.А. Афанасьева, С.В. Бахмутова, С.Н. Галкина, Л.Е. Глинера, Т.Д. Дзоценидзе, О.Н. Дидманидзе, Ю.К. Есеновского-Лашкова, Н.Е. Евтюшенкова, А.В. Журавлева, Д.А.

Загарина, А.Ю. Измайлова, М.А. Козловской, А.Г. Левшина, И.П. Ксеневича, В.В.

Селифонова и многих других [9-10, 15, 17, 19, 24-26, 28-33, 35, 53, 71, 73, 83]. Особенно стоит отметить результаты исследований, проведенных специалистами Центрального Ордена Трудового Красного Знамени автомобильного и автомоторного института (НАМИ) по выработке прогрессивных решений по дальнейшему повышению производительности автомобилей, существующему снижению их металлоемкости и расхода топлива, уменьшению вредного воздействия на окружающую среду, повышению качества и надежности продукции. Именно для сельскохозяйственного производства были предложены два основных нишевых продукта, способных в качестве новых объектов привести к быстрому развитию транспортной инфраструктуры в сельском хозяйстве:

автомобили и автопоезда с колесной формулой 4х4 семейства КАЗ-4540 и 1,5-тонный грузовой автомобиль с дизелем. Реализация таких масштабных задач во многом изменила бы потенциал отечественного автопрома и привела бы к дальнейшему росту экономики страны, содействуя модернизации смежных отраслей промышленности. Однако, в силу разных причин, многие работы не были доведены до реализации, некоторые отсрочены или вовсе прекращены.

Большое внимание разработке транспортных средств сельскохозяйственного назначения в качестве новых средств развития транспортной инфраструктуры уделяется оправданно. Известно, что одной из ключевых задач национальной стратегии России является подъем до современного уровня сельского хозяйства, как важнейшей составляющей экономики, от состояния которой зависит продовольственная безопасность страны.

Отечественное сельскохозяйственное производство обладает огромными потенциальными возможностями (в частности, в нашей стране находится 10% мировой пашни) и сохраняет большие перспективы развития. Россия, несмотря на суровые климатические условия, может не только обеспечивать себя высококачественной сельхозпродукцией, но и поставлять ее на мировой рынок. Однако, это возможно только на основе внедрения новейших агротехнических технологий и одновременного переоснащения АПК новой высокоэкономичной и производительной техникой.

Специалисты осознали, что проблема обеспечения современной сельскохозяйственной техникой предприятий АПК в настоящее время является достаточно сложной. Многие сельхозпредприятия убыточны и не имеют возможности закупать новую технику, а техника, которая имеется в хозяйствах, на 60…70% выработала свой ресурс. По оценкам специалистов, только от снижения уровня механизации сельхозпроизводства Россия теряла в последние годы не менее 30% урожая сельскохозяйственных культур. Следует заметить, что ни отечественные производители, ни расширение импорта сельхозтехники не способны быстро улучшить состояние дел по насыщению рынка новой современной техникой. Кроме того, в 2011 году объем перевозок сельскохозяйственных промышленных и строительных грузов составил около 7,2 млрд т (50 т на 1 га). Причем из них 5,8 млрд т было перевезено автотранспортом, а 1,4 млрд – тракторным транспортом.

В АПК России приоритетное использование автотранспорта по сравнению с тракторным транспортом объясняется значительным средним радиусом перевозок грузов, а также более низкой себестоимостью автоперевозок. В тоже время основные производственные фонды автотранспорта в сельском хозяйстве характеризуются изношенностью, а насыщение хозяйств автотранспортом составляет не более 50% от необходимой потребности при низких темпах обновления парка. Наряду с этим, в сельскохозяйственном производстве для транспортно-технологических перевозок внутри хозяйств используется порядка 188 тысяч грузовых автомобилей со сроками эксплуатации 20 лет и более, работающих на бензине Нормаль-80. В соответствии с техническим регламентом «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту», утвержденному постановлением Правительства РФ №118 от 20.02.2008 г., выпуск бензина Нормаль-80 будет прекращен в обозримом будущем. Следовательно, вопрос перехода на грузовые автомобили нового поколения становится чрезвычайно актуальным.

Дефицит транспортных средств остро ощущается во всех хозяйствах, от мелких до крупных. В тоже время серийно выпускаемые отечественной промышленностью грузовики востребованы на селе в мизерных количествах, т.к. большинство автомобилей по тем или иным показателям не приспособлены к специфическим условиям эксплуатации на селе. Поэтому следует признать, что текущее состояние транспортно-технологического обеспечения сельскохозяйственного производства требует безотлагательной модернизации.

Проблемы обеспечения АПК транспортом рассмотрены в работах В.Н. Баруна, А.Ю. Баскака, Е.Н. Бородиной, Н.И. Бычкова, Н.И. Верещагина, А.В. Гордеева, В.А.

Гобермана, Т.Д. Дзоценидзе, О.Н. Дидманидзе, А.М. Долгошеева, М.Н. Ерохина, Ю.К.

Есеновского-Лашкова, Н.Е. Евтюшенкова, А.В. Журавлева, Д.А. Загарина, А.Ю.

Измайлова, М.А. Козловской, Л.Ф. Кормакова, И.П. Ксеневича, Ю.Ф. Лачуги, А.Г.

Левшина, Е.А. Пучина, А.Н. Скороходова, В.И. Черноиванова и др. [7-8, 11, 14, 20, 24-28, 30-32, 35, 51, 53, 55, 59, 75, 88]. Несмотря на это, нерешенность проблемы обеспечения сельского хозяйства транспортными средствами, приспособленными к специфическим условиям эксплуатации, во многом обусловлена недостатками в процессе развития автомобильной промышленности в целом. С учетом наличия тяжелых дорожных условий и бездорожья, очевидно, что задача по обоснованию технических параметров машин, состава семейств, проведения полномасштабных НИОКР и освоения серийного производства новых автомобилей является не только актуальной, но и приобретает особо острый характер.

Председатель Правительства Российской Федерации В.В. Путин, во время своего выступления на пленарном заседании II Всероссийского форума сельских поселений 10 июня 2011 года в г. Саранске, также обозначил остроту проблемы транспортного обеспечения сельских поселений. Он отметил, что в последние годы соотношение сельского населения к городскому не меняется, сохраняясь на уровне около 26%, или 37,6 млн человек из 143 млн населения РФ. При этом более 46 тыс. населенных пунктов не имеют подъездных дорог с твердым покрытием. Правительство планирует продлить действие ФЦП «Социальное развитие села» до 2020 года, запустить специальную федеральную программу по поддержке начинающих фермеров, стимулировать решение проблем с получением земельных наделов, выдавать гранты на создание новых хозяйств, льготные инвестиционные кредиты, расширить программу по развитию семейных молочных ферм и т.д. Только из федерального бюджета на эти цели должны быть выделены около 500 млрд рублей [62].

Совершенно очевидно, что без насыщения сельских поселений автомобильным транспортом различного назначения и грузоподъемности, а особенно, автомобилями, удовлетворяющими агротехническим требованиям и приспособленными для эксплуатации в условиях сельскохозяйственного производства, заявленные планы Правительства могут оказаться трудно реализуемыми.

Сегодня малые формы хозяйствования (крестьянско-фермерские хозяйства (КФХ) и ЛПХ) населения России производят более 55% валовой продукции сельского хозяйства страны, обрабатывая 25 млн гектар пашни и используют не только изношенную сельхозтехнику, но и лошадей и ручной труд. Дальнейшее развитие КФХ и ЛПХ является одной из важных составляющих прогнозируемого пути развития АПК. Однако, при этом почти 16,5 млн хозяйств населения России требуют решения проблемы технического перевооружения.

Это тем более актуально, что в структуре сельского хозяйства доля ЛПХ составляет 55…56, а КФХ – 3,7…4,5%. Причем в ЛПХ производится до 93% картофеля и до 81,5% овощей, в КФХ – соответственно 1,3…1,6 и 2,6…3,3%. Для большинства сельских жителей ЛПХ – единственный источник выживания. В мелкотоварных хозяйствах вся технологическая цепочка производства картофеля и овощей, за исключением тракторной вспашки и предпосадочной культивации, основана на применении ручного труда [86].

За рубежом [25] выбор необходимых отдельных машин или целых технологических комплексов определяется, прежде всего, тремя основными типами ферм:

мини-фермы, для владельцев которых сельскохозяйственная деятельность не является основной и приносит менее 40% от общего дохода семьи (преимущественно, страны Восточной Европы); семейные хозяйства, когда вся семья работает на ферме, получая основной доход (до 80% стран Западной Европы); крупнотоварные фермы, находящиеся во владении нескольких компаньонов (США, Канада и др.). Выбор необходимой техники зависит также от специализации хозяйств. Кроме того, средний размер хозяйства (по площади сельскохозяйственных угодий) в Италии составляет 8 га, Финляндии – 15, Германии – 18, Франции – 28, Великобритании – более 70, США – 190, Канаде – 200 га.

Основным энергетическим средством при выполнении сельскохозяйственных работ на фермах всех типов являются тракторы различных классов и энергонасыщенности. Причем техника в основном покупается в складчину или берется в аренду на определенный срок. Наиболее энергоемкие работы осуществляют на основе контракта оперативные или заказные прокатные фирмы. Чем мельче фермы, тем меньше техники находится в собственном владении фермеров. Большинство ферм Италии (76,5 %) имеет всего один трактор, во Франции – 65,5%, Германии – 55,3 и в Великобритании – 37,9%. Большинство зарубежных фермерских хозяйств таким способом повышают эффективность производства и снижают себестоимость продукции.

Однако такой подход является рентабельным именно на перевозке мелкопартионных грузов с малой скоростью и на небольшие расстояния внутри хозяйств.

При этом следует учитывать наличие развитой сети дорог и относительную близость перерабатывающих центров. С другой стороны, не исключена необходимость развития автомобильного транспорта сельскохозяйственного назначения для дальнейшего роста производительности сельского хозяйства.

Высокого уровня достигло производство и применение тракторных транспортных средств в США. На долю тракторного транспорта в этой стране приходится более 35% перевозок сельскохозяйственных грузов. В хозяйствах Франции 90% перевозок сельскохозяйственных грузов осуществляется тракторами, из-за малого расстояния перевозок. Широко применяется тракторный транспорт в сельском хозяйстве Германии и Италии.

В крупных хозяйствах Польши тракторами перевозится 51,9% грузов. Широко используется тракторный транспорт для перевозки сельскохозяйственных грузов в Болгарии и Венгрии. Доля тракторного транспорта в США существенно меньше, только около 35% сельскохозяйственных грузов перевозится тракторами, все остальные автомобилями.

Особенности процесса перевозки сельскохозяйственных грузов заключается в том, что:

- процесс уборки урожая носит сезонный характер, что приводит к значительным колебаниям в грузообороте и объеме перевозок (например, в среднем 37% – зимой и весной, до 73% – летом и осенью);

- коэффициент повторности перевозок из-за сезонного характера работ имеет высокие значения (например, на перевозках зерна коэффициент равен 2,5, картофеля – 2,1, сахарной свеклы – 1,5, силосных культур – 1,7 и т.п.);

- грузы по способу перевозки отличаются сложной структурой (например, навалом и насыпью – до 76% всего объема перевозок, в различной таре – до 14%, мелкими партиями с массой единовременной отправки до 2 т – до 4% и т.п.);

- урожайность колеблется в зависимости от климатических условий;

- различные регионы страны производят разный объем сельхозпродукции;

- ряд основных сельскохозяйственных культур отличается низкой объемной массой, что не позволяет использовать грузоподъемность транспортных средств в полной мере и снижает эффективность перевозок;

- перевозки осуществляются в условиях грунтовых дорог и бездорожья, особенно трудно в весенне-осенние периоды.

На основе изучения большого объема данных в работе [35] приводится анализ использования автотранспорта в сельскохозяйственном производстве. Отмечается, что для перевозки грузов используются как автомобильный транспорт (до 70…80% объема перевозок в 2010 году), так и тракторные транспортные средства с прицепами и полуприцепами (до 20% за тот же период), а также технологические транспортные средства различного назначения.

Среднее расстояние внутрихозяйственных перевозок равно 6,4 км. Для сравнения, в промышленности расстояния внутризаводских перевозок в основном не превышают 2…3 км и выполняются по дорогам с усовершенствованным покрытием.

Внутрихозяйственные перевозки составляют 61% по объему и 15% по грузообороту, в том числе 40% объема перевозок и 9% транспортной работы приходится на перевозки с полей и на поля. Получается, что в большинстве случаев сельскохозяйственный автотранспорт работает в тяжелых дорожных условиях.

Максимальная потребность в автомобилях приходится на период вывозки урожая.

Ранее уже отмечалось, что обеспеченность АПК транспортными средствами составляет в среднем до 50% от потребности. Сегодня в основном используются автомобили общего назначения (производства ОАО «ГАЗ», АМО «ЗИЛ», ОАО «МАЗ», ОАО «КамАЗ»), а также специализированный подвижной состав, созданный с применением серийных шасси. Однако применяемый транспорт больше подходит крупным хозяйствам, хотя автомобили общего назначения имеют неудовлетворительную проходимость по местности, полевым и грунтовым дорогам в периоды дождей и осенне-весенней распутицы, а также по снегу. Автомобильная техника высокой проходимости, имеющая шины с регулируемым давлением воздуха в сельское хозяйство поступает редко, так как выпускается мелкими сериями для военных нужд и практически не имеет гражданских модификаций. В результате проведенных исследований на сегодняшний день можно говорить о следующих тенденциях развития транспортных средств сельскохозяйственного назначения:

- повышение энерговооруженности и грузоподъемности транспортных средств, особенно для крупных и средних товаропроизводителей;

- расширение функциональных возможностей машин для выполнения вспомогательных операций технологического характера;

- унификация транспортных средств внутри семейств машин различной грузоподъемности, созданных на базовых шасси согласно модульному принципу конструирования;

- обеспечение высокой проходимости по бездорожью, в том числе в зимнее время;

- оборудование машин современными системами безопасности, управления, связи и т.п.

Транспортная ситуация в КФХ и ЛПХ выглядит по-другому, так как транспортный процесс, как правило, определяется не применением парка машин, а единичными транспортными средствами. В таком случае грузоподъемность и количество единовременно перевозимого груза (партионность) для грузового автомобиля [13] могут различаться в двух случаях перевозок: а) перевозки, при которых партионность может выбираться по соображениям транспортной эффективности и б) перевозки, при которых партионность является заданной и меняться не может. В первом случае грузоподъемность должна быть максимальной и ограничиваться возрастанием дорожной составляющей стоимости перевозок; во втором случае грузоподъемность должна быть равной или минимально превышать заданную партионность. При этом следует учесть, что возрастание себестоимости перевозок и расходов топлива в зависимости от степени грузоподъемности автомобиля и партионности перевозок происходит по закону близкому к гиперболе. Причем эффективность использования материалов в конструкции автомобиля изменяется по закону, близкому к прямой пропорциональности.

Однако при исследовании тенденций использования автотранспорта в сельскохозяйственном производстве необходимо учесть следующее.

Первое. Значительную долю в сельском хозяйстве занимают перевозки малотоннажных грузов, при этом автомобили большой и средней грузоподъемности существенно недоиспользуются, и очень остро ощущается нехватка малотоннажных автомобилей грузоподъемностью 0,5…1,0 т.

Второе. Грузовые автомобили в сельском хозяйстве широко задействованы для перевозки людей – работников, руководителей среднего и высшего звена. При этом перевозки осуществляются как внутри хозяйств, так и внутри районов. Использование грузовых автомобилей для служебных поездок в качестве личного транспорта определяет требование к пассажировместимости кабин, а также к показателям эргономики и уровню комфорта.

Иными словами, уже разработанные и выпускаемые транспортные средства способны решить транспортные проблемы малых форм хозяйствования АПК локальным образом и могут улучшить ситуацию частично. Можно утверждать, что на рынке полностью отсутствуют транспортные средства для ЛПХ и КФХ, удовлетворяющие специфическим требованиям сельскохозяйственного производства у нас в стране и способных выполнить транспортные операции при перевозке грузов до 2 т круглый год, независимо от сезонного характера работ [49].

Следовательно, создание транспортных средств высокой проходимости грузоподъемностью 1,5…2 т является особо важной задачей народнохозяйственного значения. Таким транспортным средством представляется трехосный грузовой автомобиль малой размерности с колесной формулой 6х6 сельскохозяйственного назначения.

Однако для применения такого рода автомобиля в условиях сельскохозяйственного производства, необходимо разработать конструкцию машины таким образом, чтобы она была приспособлена к условиям применения в сельском хозяйстве, что обеспечило бы эффективность в эксплуатации. Анализируя условия эксплуатации, из всех прочих характеристик можно выделить дорожные условия, или же эксплуатацию в условиях бездорожья. При этом, важное значение имеет кинематическая схема трансмиссии и подвеска машины. В нашем случае, речь может идти о перевозке грузов как по бездорожью и грунтовым дорогам, так и по дорогам общего пользования при перевозке грузов в города и другие населенные пункты.

Получается, что трехосный автомобиль грузоподъемностью 1,5…2 т может эксплуатироваться на дорогах с различной степенью ровности и в каких-то случаях может оказаться эффективным, в других – его применение может быть нерентабельным.

Следует заметить, что разработка соответствующих конструктивных решений без существенных переделок и изменений трансмиссии и ходовой части машины в целом, может обеспечить сопоставимый с двухосными автомобилями (4х4) уровень себестоимости транспортного средства (6х6), а также приемлемое по условиям проходимости увеличение полной массы при значительном росте грузоподъемности.

Такой подход создает серьезные предпосылки для эффективного применения нового транспортного средства в условиях АПК.

Разработка указанной техники, освоение производства, создание государственной системы ее приобретения сельхозпредприятиями любой формы на условиях лизинга будет способствовать решению целого комплекса проблем сельских жителей и ускорению социального развития села. Следовательно, одной из задач данной работы является содействие решению проблемы создания новых грузовых автомобилей сельскохозяйственного назначения на примере трехосного грузового автомобиля малой размерности с колесной формулой 6х6 сельскохозяйственного назначения.

–  –  –

Основные технические параметры опытного образца автомобиля НАМИ-3333 приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Технические параметры автомобиля НАМИ-3333

–  –  –

максимальном крутящем моменте, мин-1 Одной из важнейших задач данного исследования является обеспечение предпосылок для реализации большего положительного эффекта, чем эксплуатация предлагаемых на рынке автомобилей, способствующего подъему экономики страны, развитию малого и среднего бизнеса, что, со своей стороны, могло бы обеспечить мультипликативный эффект в АПК. Исходя из вышеизложенного, в ФГУП «НАМИ» при непосредственном участии автора настоящей работы был создан трехосный грузовой автомобиль малой размерности с колесной формулой 6х6 – НАМИ-3333 (рис. 1.1 и 1.2), который был принят в качестве объекта исследования.

1.2. Особенности конструкции задней тележки трехосных автомобилей и обзор исследований влияния параметров трансмиссии на устойчивость движения Из литературных источников известно, что наибольшее распространение на автомобилях с колесной формулой 6х6 получила конструкция балансирной тележки, являющаяся результатом исследований и разработок специалистов разных стран в течение долгого времени Ю.А. Ечеистова, С.П. Казанцева, С.Н. Коркина, И.П. Ксеневича, А.Н.

Нарбута, Я.М. Певзнера, А.А. Полунгяна, В.В. Селифонова, А.А. Хачатурова [29, 45, 50, 53, 61, 71, 73, 83-84, 87]. Основные ее характеристики следующие: привод может быть параллельным с одноступенчатыми коническими редукторами или последовательным с проходным средним мостом с двухступенчатыми коническо-цилиндрическими редукторами. Реже встречается привод с проходным одноступенчатым гипоидным редуктором. Карданные передачи открытые, толкающие и реактивные усилия передаются чаще всего шестью штангами (по три на каждый мост). Рессоры воспринимают вертикальные и боковые усилия и передают их на центральную опору, поэтому такую подвеску принято называть одноопорной. Одновременно рессора является балансиром.

Ось балансиров чаще всего бывает единой, балансиры крепятся на оси на конических роликоподшипниках (ЗИЛ-151) или на подшипниках скольжения (ЗИЛ-157). Реже встречается резино-металлическая опора или безподшипниковая опора (ТАТРА-III).

Иногда единая ось балансиров отсутствует (ПРАГА V3S), а подшипники балансиров закрепляются на лонжеронах рамы. Несмотря на отдельные конструктивные отличия (конструкция подшипников балансира, шарнирных головок реактивных штанг и др.) общая концепция таких подвесок идентична.

У описанной выше конструкции можно отметить следующие достоинства и недостатки [83]:

- имеется возможность широких взаимных перекосов и перемещений мостов при сохранении ими способности передачи тяговых усилий;

- обеспечивается возможность выравнивания вертикальных реакций на колесах тележки;

- рессоры разгружены от передачи толкающих усилий, от восприятия реактивного момента и от влияния скручивающих усилий;

- обеспечена возможность параллельности положения редукторов мостов при их взаимном перемещении, что обеспечивает, в свою очередь, расположение вилок карданов в одной плоскости.

При этом в шарнирах карданов привода могут быть получены большие углы при взаимном перемещении мостов:

- наличествует скольжение концов рессоры по подушкам балок мостов;

- в шлицевых соединениях карданных валов привода при взаимных перемещениях мостов, может возникнуть значительное скольжение;

- если нагрузка от двух мостов прикладывается в одной точке рамы, могут возникнуть пиковые перегрузки.

В некоторых конструкциях двух первых недостатков избегают, применяя соответствующую кинематику реактивных штанг. Однако при этом неизбежно нарушается параллельность мостов, а в некоторых случаях при передаче тягового усилия нарушается равномерность распределения вертикальных нагрузок по мостам тележки и, как следствие, равномерность распределения тяговых усилий (в определенной функции от параметров шин).

Некоторые исследователи считали, что большое скольжение в шлицах ведет к быстрому износу карданов и подшипников, а пиковое приложение нагрузки к раме заставляет значительно усиливать как саму раму, так и узел крепления балансиров, увеличивая при этом вес автомобиля. Поэтому были разработаны двух и трехопорные конструкции, которые при определенных положительных качествах имели один недостаток, имеющий решающее значение, а именно, рост материалоемкости, и, как следствие, увеличение снаряженной массы автомобиля. Получилось, что гораздо эффективнее сосредоточиться на решении имеющихся проблем, чем создавать новые.

Так как усиление рамы в зоне приложения пиковых нагрузок не представляет серьезной проблемы и обеспечивается без существенного роста материалоемкости, то следует обратить внимание на особенности силового привода, или, иными словами, влияние параметров трансмиссии.

Привод балансирных тележек в настоящее время выполняется как параллельный, так и последовательный. Обе эти системы имеют свои достоинства и недостатки. К достоинствам последовательного привода следует в первую очередь отнести уменьшение числа карданных валов и упрощение раздаточной коробки. Кроме этого, в случае возникновения циркуляции паразитной мощности между мостами тележки, раздаточная коробка остается вне круга циркуляции. Основные недостатки этой системы – усложнение редуктора среднего проходного моста, а вследствие унификации мостов, и редуктора заднего моста, различная нагруженность карданных валов привода, большая разница жесткостей приводов мостов.

Достоинствами параллельного привода является одинаковая нагруженность карданных валов привода, более простая конструкция редукторов мостов, возможность более полной унификации трехосных автомобилей с двухосными.

Недостатки параллельного привода в первую очередь связаны с усложнением карданного привода. При создании раздаточной коробки следует учитывать возможность возникновения циркуляции паразитной мощности.

За годы и десятилетия разработки и изготовления автомобилей высокой проходимости с колесной формулой 6х6, универсальных схем привода к ведущим мостам и колесам выработано не было. Полученные исследователями результаты противоречивы, а рекомендации часто относятся к той или иной конкретной конструкции. Однако на основе проведенного анализа можно заключить, что при разработке схем силового привода нет необходимости выбрать самую простую в конструктивном отношении схему (по терминологии некоторых авторов – дешевую, технологичную и т.п.) и вести исследования путем введения дополнительных усовершенствований с целью оптимизации конструкции. Скорее наоборот, следует выбрать комбинированный привод и исследовать пути его оптимизации с учетом реальных условий эксплуатации [49].

В процессе разработки опытного образца грузового автомобиля сельскохозяйственного назначения малой размерности с колесной формулой 6х6 НАМИбыла исследована проблема влияния трансмиссии на эксплуатационные качества автомобиля, в т.ч. на устойчивость [39-44, 49].

На основе анализа литературных источников были сформулированы следующие выводы:

- блокирование привода среднего и заднего моста автомобиля типа 6х6 при его движении по твердым дорогам и на повороте любого радиуса в случае равенства давления воздуха в шинах всех колес и одинаковой степени их износа не вызывает циркуляции мощности в приводе. Возникает лишь некоторое перераспределение тягового момента между осями;

- блокирование привода осей тележки вызывает циркуляцию мощности при существенной разнице радиусов колес среднего и заднего мостов и только при движении по дорогам с твердым покрытием;

- блокирование привода практически не изменяет характера нагружения деталей трансмиссии при переезде автомобилем твердых выступающих неровностей и канав, а также при буксовании автомобиля на сухом песке;

- топливная экономичность автомобиля даже при его движении по дорогам с твердым покрытием практически не зависит от типа привода среднего и заднего мостов.

Ухудшение экономичности становится заметным лишь при значительной разнице давления воздуха в шинах в случае отсутствия дифференциала в приводе;

- минимальный радиус поворота автомобиля практически не зависит от типа привода среднего и заднего мостов.

Очевидно, что из-за принятых допущений и ограниченного характера исследований, приведенные выше выводы трудно признать универсальными.

В наиболее концентрированном виде влияние типа привода проявляется в показателях экономичности автомобиля. Например, соотношение расходов топлива при равномерном движении автомобиля с выключенным и включенным передним мостом при дифференциальном приводе:

Q g e/T KB N = 1 100%,

Q g eT/ KB N f 1 + NTp1 + N /

где Q – дополнительно расходуемое топливо при изменении числа ведущих мостов при Q одних и тех же условиях движения; – расход топлива при движении с полной подачей;

g e, T KB и – удельный расход топлива, КПД трансмиссии и средний КПД ведущих g e/, T/ KB – то же, с / колес; и включенным передним мостом при прочих равных N = N + N i + N KP условиях; – сумма мощностей, затрачиваемых на преодоление N f1 сопротивления воздушной сферы, подъема и силы тяги на крюке; – мощность, N Tp1 – мощность, затрачиваемая на перекатывание передних ведомых колес;

затрачиваемая на вращение агрегатов привода переднего моста.

Наиболее рациональным типом привода передних ведущих мостов полноприводных автомобилей признан постоянно включенный дифференциальный привод [72]. По результатам исследований, автомобиль 6х6, имеющий постоянно включенный дифференциальный привод к переднему мосту, при движении по бетонному шоссе расходует топлива в среднем на 6…9% меньше, чем при отключении переднего моста, и на 9…12% меньше чем, при отключении двух ведущих мостов. Величина экономии топлива при постоянно включенном дифференциальном приводе увеличивается при повышении тангенциальной эластичности шин, коэффициента приспособляемости двигателя и при увеличении внешних сопротивлений движению. Схема привода с отключением агрегатов переднего моста как в раздаточной коробке, так и со стороны полуосей, также обеспечивает уменьшение расхода топлива, но в меньших размерах, причем процент экономии топлива уменьшается с увеличением внешних сопротивлений.

При условии равенства радиусов качения колес мостов включение переднего моста даже при блокированном приводе выгоднее, чем его отключение. Однако в анализируемой

–  –  –

j рассогласование (несоответствие), а – соответствует каждой из причин, вызывающих кинематическое рассогласование (несоответствие).

Приведенный здесь же пример технико-экономического расчета при выборе целесообразной схемы привода к мостам показал, что положительный эффект от исключения межосевого дифференциала (то есть, уменьшения стоимости автомобиля) существеннее, чем отрицательный (стоимость перерасходованного количества топлива).

Получается, что по результатам оценочного расчета применение дифференциального привода к мостам нецелесообразно.

Однако такой вывод показывает ограниченность и неточность рассматриваемых решений, так как при расчете автомобиля следует учитывать распределение его пробега по видам дорог в эксплуатации. В различных дорожных условиях оптимальными с точки зрения получения наивысших технических показателей могут быть разные типы привода.

В результате проведенных исследований для трехосного грузового автомобиля малой размерности сельскохозяйственного назначения можно считать обоснованной следующую схему силового привода [49]:

- наличие дифференциального привода между постоянно включенными передним и средним мостами;

- возможность принудительной блокировки межосевого дифференциала;

- блокированный привод между средним и задним мостами;

- возможность отключения привода заднего моста;

- конструктивно не переусложненная и технологичная в изготовлении раздаточная коробка передач с тремя выходными валами и смешанным приводом.

Согласно обоснованной схемы силового привода была сконструирована и изготовлена раздаточная коробка трехосного грузового автомобиля НАМИ-3333 с колесной формулой 6х6 в виде двух опытных образцов, предназначенных для стендовых и дорожных испытаний.

По компоновочной схеме автомобиля раздаточная коробка установлена в раме отдельно, т.е. реализована классическая схема трансмиссии – схема со стыкующейся с двигателем коробкой передач, и далее устанавливаемой в колесной базе автомобиля раздаточной коробкой, раздающей крутящий момент по осям автомобиля.

В нашем случае раздаточная коробка выполняет только функцию распределения крутящего момента между передним, средним и задним ведущими мостами. При одноступенчатой схеме раздаточной коробки обеспечивается снижение ее массы и уменьшаются внутренние потери, что в свою очередь способствует повышению экономичности транспортного средства. На раздаточную коробку была разработана и выпущена полнокомплектная рабочая чертежно-конструкторская документация.

Проведены расчетные исследования элементов конструкции на прочность. На конструкцию раздаточной коробки получен патент на изобретение [42].

На рис. 1.3 представлена конструкция вновь разработанной одноступенчатой раздаточной коробки с передаточным отношением 1,0 и межосевым дифференциалом повышенного внутреннего трения с принудительной блокировкой. Раздаточная коробка предназначена для распределения передаваемой мощности от коробки передач к переднему, заднему и среднему мостам [49].

Все зубчатые колеса раздаточной коробки косозубые постоянного зацепления на трех параллельных валах: первичном, объединенным с шестерней, промежуточном и вторичном.

Вторичный вал снабжен симметричным межосевым дифференциалом повышенного трения. Привод заднего моста осуществляется, непосредственно, от первичного вала раздаточной коробки, а привод переднего и среднего мостов – от выходных валов межосевого дифференциала.

Картер 1 (рис. 1.3) раздаточной коробки выполнен из алюминиевого сплава АЛ-4.

В специальном корпусе 5 соосно валу 2 установлен вал 7 привода заднего моста, на шлицах которого установлена муфта 8 включения заднего моста, вводимая в зацепление со шлицами заднего конца вала 2 вилкой 9, что и обеспечивает включение заднего моста, при этом перемещение вилки 9 обеспечивается включением электромагнита 10, в состав которого входит возвратная пружина.

На режимах, для которых задний мост должен быть постоянно включен, предусмотрен стопорный винт 11, который позволяет отключить электромагнит, тем самым предотвратить его перегрев и выход из строя.

В конструкции раздаточной коробки применен пальцевый дифференциал повышенного внутреннего трения, блокирующие свойства которого изменяются в зависимости от величины ведущего момента, приложенного к корпусу дифференциала.

Рабочее усилие передается не через оси сателлитов, как в обычном дифференциале, а через наружные поверхности шестерен. Вследствие этого, возникающие при вращении сателлитов силы трения приложены на значительно большем радиусе, чем у обычного дифференциала, что приводит к существенному увеличению общего момента трения.

Момент трения вращающегося сателлита в пальцевом дифференциале несколько выше, так как его наружные поверхности конические и образуют клин в сопряжении с пазами в пальцах, что обеспечивает более высокий приведенный коэффициент трения. Такое конструктивное решение было опробовано ранее в других опытных конструкциях, созданных и исследованных специалистами ФГУП «НАМИ», при участии А.П. Недялкова и Е.Б. Александрова.

Произведенные ранее измерения показали, что коэффициент блокировки дифференциала примерно составляет 2,3…2,5, что представляется оптимальным для автомобильных дифференциалов такого типа. Это означает, что величина крутящего момента, снимаемая с замедленно вращающейся полуоси, будет в 2,3…2,5 раза больше, чем с ускоренно вращающейся, что позволяет в 95…98% случаев выехать из участка с пониженным коэффициентом сцепления с грунтом. Если, например, буксует колесо при коэффициенте сцепления с грунтом = 0,1, то противоположное колесо может реализовать крутящий момент в 2,3…2,5 раза больше.

Рис. 1.3. Раздаточная коробка автомобиля НАМИ-3333 в разрезе: 1 – картер раздаточной коробки; 2 – первичный вал; 3 – роликовые конические подшипники; 4 – ведущий фланец; 5 – корпус вала привода заднего моста; 6 – шариковый подшипник; 7 – вал привода заднего моста; 8 – муфта включения заднего моста; 9 – вилка включения заднего моста; 10 – электромагнит с возвратной пружиной; 11 – стопорный винт для постоянного включения заднего моста и отключения электромагнита; 12 – промежуточное зубчатое колесо; 13 – роликовые подшипники; 14 – конические подшипники; 15 – вал привода переднего моста; 16 – фланец карданной вилки; 17 – корпус; 18 – шариковые подшипники; 19 – вал привода среднего моста; 20 – корпус; 21 – направляющая; 22 – болт, препятствующий вращению направляющей относительно корпуса; 23 – отверстие; 24 – радиальное сверление; 25 – осевое сверление; 26 – игольчатый подшипник.

По прочностным показателям, пальцевые дифференциалы имеют ощутимое преимущество (при одинаковых габаритных ограничениях), так как базируются на конических шестернях, прочность которых значительно выше. Применение современных технологий изготовления может снизить их себестоимость в производстве.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |








 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.