Д.т.н. Келлер А.В., д.т.н. Мурог И.А., д.т.н. Алюков С.В.

Южно-Уральский государственный университет,

Челябинск, Россия

Метод частичного решения ЭФФЕКТИВНОго РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ В ТРАНСМИССИЯХ МНОГОЦЕЛЕВЫХ КОЛЕСНЫХ МАШИН

Основными показателями подвижности многоцелевой колесной машины (МКМ) являются максимальная и среднетехническая скорости движения, при этом они, главным образом, определяются удельной мощностью, а средняя скорость движения по грунтовым дорогам удовлетворительного состояния дополнительно определяется параметрами подвески. Однако, анализ показывает, что с увеличением удельной мощности МКМ и его массы темп роста скорости движения снижается, а достигнув определенного значения, скорость движения практически не повышается [1].

Это связано с тем, что для условий эксплуатации МКМ на вероятных стратегических направлениях типичным является движение по покрытиям с различной степенью неравномерности распределения сопротивления качению и сцепления, как в поперечном, так и в продольном направлениях. Следовательно, для повышения подвижности МКМ необходимо дальнейшее совершенствование конструкции его шасси, и в том числе схемы распределения мощности [2].

При модернизации МКМ наиболее рациональной является концепция функционирования трансмиссии, представленная на рис. 1.

На режиме трогания с места и последующего разгона до скорости 30 км/ч вводится жесткая кинематическая связь между ведущими мостами и колесами неуправляемых мостов. После достижения скорости 30 км/ч происходит отключение жесткой кинематической связи и обеспечивается дифференциальная связь между ведущими колесами. При достижении установившейся скорости движения и буксования ведущих колес менее 5% происходит отключение передних мостов. При увеличении буксования ведущих колес свыше 5 % осуществляется включение полного дифференциального привода.

В случае движения в сложных дорожных условиях со значительными силами внешних сопротивлений и неоднородной в сцепном отношении опорной поверхностью вводится жесткая кинематическая связь. При этом первоначально осуществляется выравнивание угловых скоростей соединяемых мостов путем уменьшения подачи топлива или приложения тормозного момента к буксующим колесам.

Рис. 1 – Концепция функционирования трансмиссии МКМ

Компенсация возникающего в процессе движения кинематического несоответствия осуществляется регулированием давления воздуха в шинах.

Таким образом, трансмиссия перспективного МКМ должна модернизироваться в следующих направлениях:

- полный привод с рациональным значением передаточного числа межосевого дифференциала;

- реализация возможности периодического, отключения части ведущих мостов при движении в хороших дорожных условиях или включаются в работу дополнительные ведущие мосты прицепа при движении в условиях, требующих развития значительных сил тяги;

- обеспечение ограничения избыточной мощности силовой установки путем уменьшения подачи топлива или приложения тормозного момента к буксующему колесу;

- обеспечение в процессе движения введения жесткой кинематической связи, с компенсации кинематического несоответствия путем регулирования давления воздуха в шинах.

Эффективность предлагаемых методов распределения мощности в настоящее время изучена в различной степени. Таким образом, возникает задача комплексной оценки эффективности методов распределения мощности между ведущими колесами МКМ.

В работе предложено разделить реализуемые в трансмиссиях многоцелевых колесных машин методы распределения мощности на 4 группы:

· метод частичного решения, при котором выбирается постоянное значение коэффициента распределения мощности (например, передаточное число межосевого дифференциала), удовлетворяющее наибольшему числу вероятных условий движения многоцелевой колесной машины на различных стратегических направлениях;

· метод периодического действия, при котором осуществляется переход от непрерывного распределения мощности между всеми ведущими мостами и колесами МКМ к периодическому (например, отключается часть ведущих мостов при движении в хороших дорожных условиях или включаются в работу дополнительные ведущие мосты прицепа, при движении в условиях, требующих развития значительных сил тяги);

· метод ограничения избыточного действия, при котором избыточная мощность силовой установки снижается путем уменьшения подачи топлива или приложением тормозного момента к буксующему колесу;

· метод введения жесткой кинематической связи, при котором устраняется возможность относительного вращения ведущих колес, обеспечивая тем самым распределение крутящих моментов пропорционально сцепным возможностям ведущих колес.

Для примера рассмотрим более подробно применение метода частичного решения.

Установлено, что у МКМ с межосевым дифференциалом (МОД), имеющего неравномерное распределение массы по ведущим мостам, возникают дополнительные затраты мощности вследствие неравномерного распределения сил тяги по ведущим колесам. При движении по твердым опорным поверхностям эти потери мощности могут достигать 3…8 % от общей мощности, необходимой для движения МКМ. Существует четко выраженная зона минимума потерь мощности, соответствующая определенному передаточному числу межосевого дифференциала.

Решить задачу снижения потерь мощности и повышения тягово–скоростных свойств можно, применив в межосевом приводе дифференциальный механизм с рациональным передаточным отношением.

В работе получены выражения для определения передаточного числа МОД МКМ при движении по недеформируемой опорной поверхности:

,

(1)

где a и b – эмпирические коэффициенты, g и R_z^* – параметры, являющиеся константами для данной шины.

При решении задачи выбора рационального значения постоянного передаточного отношения МОД использовались статистические данные, характеризующие условия движения МКМ на вероятных стратегических направлениях. Принимая во внимание то, что МКМ с незаблокированным дифференциалом эксплуатируют в основном на дорогах и местности с малодеформируемыми опорными поверхностями, математическое ожидание рационального передаточного отношения межосевого дифференциала в i-х дорожных условиях с j-го типом ВВТ можно определить по уравнению (1), а среднее передаточное отношение МОД по следующему выражению:

,

(2)

где р_i – вероятность движения МКМ в i-х дорожных условиях; р_j – вероятность монтажа на МКМ j-го типа ВВТ; m_иМОДij – математического ожидание рационального передаточного отношения межосевого дифференциала в i-х дорожных условиях с j-м типом ВВТ; n - число разновидностей дорожных условий; s – число разновидностей ВВТ, монтируемых на МКМ.

Результаты расчета, приведенные в таблице, свидетельствуют, что для каждого дорожного условия и нагрузки требуется определенное передаточное отношение МОД.

Указанные передаточные отношения справедливы для МКМ, имеющих постоянную массу монтируемого ВВТ. Вместе с тем, у ряда МКМ полная масса переменная. К таким МКМ относятся АРС, ТЗМ, МТ-П, АТЗ, АЦТП и т. д. Анализ статистических данных, характеризующих условия применения таких МКМ, показывает, что для них характерны два значения полной массы: для полностью груженого (заправленного) и порожнего состояния. Соответственно межосевой дифференциал таких МКМ должен иметь два передаточных отношения. Например, рациональные передаточные отношения межосевого дифференциала АРС-14 (МКМ КАМАЗ-4350) составляют 0,66 и 1,50. Конструкция дифференциала, имеющего два передаточных числа, предложена в работе (патент РФ на полезную модель №49146).

Таблица – Рациональные передаточные отношения межосевого дифференциала МКМ типа 4Х4, 6Х6, 8Х

Дорожные условия		Тип МКМ
		4Х4 (КАМАЗ - 4350)	6Х6 (КАМАЗ - 5350)	8Х8 (КАМАЗ - 6350)
Математическое ожидание рационального передаточного отношения МОД	Дороги с твердым покрытием	1,2	2,62	1,12
	Дороги с щебеночным, булыжным или гравийным покрытием	1,31	2,84	1,18
	Грунтовые дороги:
	удовлетворительного состояния	1,32	2,86	1,21
	разбитые	1,34	2,88	1,23
Рациональное передаточное отношение межосевого дифференциала МКМ		1,30	2,82	1,19

Оценка эффективности применения предлагаемых передаточных отношений межосевого дифференциала проводилась путем моделирования движения по типовому маршруту МКМ типа 6Х6 (КАМАЗ-5350) с серийной трансмиссией (с несимметричным, блокируемым межосевым дифференциалом с передаточным отношением u_МОД = 2), МКМ с рекомендованным передаточным отношением межосевого дифференциала u_МОД = 2,8 (МКМ I типа) и МКМ с оптимизированным распределением мощности. Результаты моделирования представлены на рис. 2.

Анализ полученных результатов показывает, что оснащение МКМ межосевым дифференциалом с рекомендованным передаточным отношением, позволяет повысить на 5…9 % среднюю скорость движения по твердым опорным поверхностям и снизить на 6…8 % расход топлива по сравнению с серийным МКМ.

Рис. 2 - Сравнительная оценка подвижности МКМ 6Х6

с различными методами распределения мощности

Литература

1. Келлер А.В., Мурог А.В. Принципы и методы распределения мощности между ведущими колесами полноприводных автомобилей: монография. - Челябинск, 2009. - 218 с.

2. Келлер А.В., Мурог И.А., Торопов А.Н. и др. Методология оптимизации распределения мощности в трансмиссиях автомобилей многоцелевого назначения / А.В. Келер, ,И.А. Мурог, А.Ю. Кокшин // Сборник рефератов депонированных рукописей. – Сер.А. – Вып. № 2(103). - М.: ЦВНИ МО РФ, 2009..