Игитов Ш.М.

ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный аграрный университет им. М.М. Джамбулатова», Россия

Теоретические основы процесса демпфирования тягово-сцепного устройства автопоездов

В сельскохозяйственном производстве Республики Дагестан во время проведения уборочно-транспортных работ целесообразнее для транспортировки собранного урожая использовать автопоезда, состоящие из грузового автомобиля и прицепа. При движении автопоезда по дороге с твердым покрытием в его тягово-сцепном устройстве (ТСУ) возникаю продольные силы вызванные динамикой движения прицепа по неровностям дорог и частыми изменениями скорости вследствие разгона и торможения. Повышение сил в ТСУ приводит к поломкам элементов конструкции ТСУ и дискомфорту водителя автопоезда.

С целью снижения динамического воздействия прицепа автопоезда на ТСУ автомобиля рекомендуется установить дополнительный пружинный элемент в виде кольцевой пружины на тяговой петле прицепа, тогда согласно схемы сил действующих на ТСУ в горизонтальной плоскости, рис. 1, получим, что уравнения движения точки М приложения силы Р_крг можно записать в виде

С_а(х_п–х_а)=Р_крг, (1)

, (2)

где х₁ и х₂ - координаты точки М и силы приложения крюкового усилия в горизонтальной плоскости; С_а и С_п – соответственно жесткости пружин установленных на крюке автомобиля и сцепной петле прицепа, Нмм.

Во время трогания или торможения автопоезда крюковое усилие возникаемое в горизонтальной плоскости ТСУ будет характеризоваться массой прицепа, тогда путь пройденной точкой М будет зависеть от ускорения придаваемое системе масса прицепа М_п при разгоне или торможении, которое можно записать в виде

х_а=u_аt, (3)

где u_а – скорость движения автопоезда, км/ч; t – время пути точки М, ч.

Рисунок 1. Расчетная схема действия прицепа на автопоезд с предлагаемой конструкцией ТСУ

Подставив зависимость (3) в уравнение (2) и выполнив математические преобразования, получим

. (4)

Общее решение уравнения (4) имеет следующий вид

. (5)

Анализ зависимости (5) показывает, что данное уравнение имеет решение при условии что жесткость пружинного элемента установленного на прицепе больше жесткости пружины установленной на крюке автомобиля С_п<С_а, только в этом случае в начале процесса движения прицеп создавая усилие на крюке сжимает пружину, установленную на крюке и при достижении максимального усилия сжатия начинается процесс сжатия пружины установленной на прицепе. В связи с этим на прицеп необходимо устанавливать кольцевую пружину, так как ее характеристики позволяют реализовать предлагаемое суждение. Задавшись начальными условиями что t=0, тогда x_п=0; x_п=u_а. Подставляя начальные условия в уравнение (5), получаем

. (6)

где - частота колебаний системы, Гц.

Переходя к силовым характеристикам было установлено, что усилие возникаемое в ТСУ будет складываться из усилий создаваемых прицепом при равномерном и ускоренном движении, тогда

F_крг=F’_крг+DF_крг, (7)

где F’_крг – горизонтальное крюковое усилие действующее в ТСУ, Н; DF_крг – прирост горизонтального крюкового усилия вследствии ускоренного движения, Н.

Тогда используя зависимость (6) уравнение (7) можно записать в следующем виде

. (8)

Анализ зависимости (8) показал, что на характер изменения горизонтального усилия в ТСУ оказывает влияние жесткость пружинного элемента и частота колебаний вызванных движением автопоезда по неровной поверхности. Для сцепных устройств с зазором есть диапазон жесткости упругого элемента ТСУ, в котором продольное усилие имеет минимальное значение. Этот минимум с увеличением зазора соответствует меньшим значениям жесткости пружинного элемента. С уменьшением жесткости связи усилия в ТСУ стремятся к пределу равному двукратной величине продольного усилия как при трогании, так и при торможении. Как видно осуществлять подбор жесткости пружинного элемента ТСУ необходимо с учетом оптимального выбора всех зазоров возникаемых в ТСУ в процессе движения автопоезда.

Рассматривая влияние скорости движения автопоезда было установлено, что увеличение скорости движения приводит к постоянному росту горизонтального крюкового усилия. Это объясняется тем, что увеличение скорости движения повышает частоту колебаний, если принять, что неровности дороги есть величина постоянная.