технические науки / 4. транспорт

К.т.н. Мурог И.А.; к.т.н. Шабалин Д.В.; Назаренко С.С.

Омский танковый инженерный институт имени Маршала Советского Союза П.К. Кошевого филиал Военного учебно-научного центра Сухопутных войск «Общевойсковая академия ВС РФ», г. Омск

К вопросу о совершенствовании автомобилей многоцелевого назначения

Установлено, что трансмиссия перспективного автомобиля многоцелевого назначения (АМН) должна модернизироваться в следующих направлениях [1]:

- 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 возможности переключения передач в раздаточной коробке;

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

Установлено, что у АМН с межосевым дифференциалом (МОД), имеющего неравномерное распределение массы по ведущим мостам, возникают дополнительные затраты мощности вследствие неравномерного распределения сил тяги по ведущим колесам, которые составляют для [2]:

АМН типа 4Х4:

с симметричным МОД:

;

(1)

с несимметричным МОД:

;

(2)

АМН типа 6Х6 с несимметричным МОД:

;

(3)

АМН типа 8Х8 с симметричным МОД:

.

(4)

При движении по твердым опорным поверхностям эти потери мощности могут достигать 3…8 % от общей мощности, необходимой для движения АМН. 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.

Методика определения рационального передаточного числа МОД АМН представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Методика определения рационального передаточного числа МОД АМН

В исследовании получены выражения для определения передаточного числа МОД АМН при движении по недеформируемой опорной поверхности [3]:

,

(5)

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

В работе обоснована целесообразность отключения части ведущих мостов, при этом граничным условием включения ведущего моста в работу является превышение потерь на проскальзывание в работающих колесах N_букс над потерями мощности в ведущем мосту N_тр (при условии, что при выключении мост отключается и у раздаточной коробки, и у ведущих колес):

.

(6)

Для определения целесообразного момента включения в работу ведущего моста в исследовании введен коэффициент эффективности трансмиссии (К_эф), представляющий собой отношение потерь мощности при неполноприводной схеме к потерям мощности при полноприводной схеме.

.

(7)

Из уравнений мощностного баланса при различных схемах трансмиссии в работе получены выражения для определения К_эф:

АМН типа 4Х4:

;

(8)

АМН типа 6Х6:

;

(9)

АМН типа 8Х8:

.

(10)

На основании приведенных выражений определены режимы целесообразного включения переднего моста АМН типа 4Х4 (Урал-43206), 6Х6 (Урал-4320-31) (таблица 1). Данные, приведенные в таблице 1, свидетельствуют о том, что включение в работу переднего моста целесообразно при движении с буксованием более 5 %.

Таблица 1 – Масса буксируемого ВВТ, при которой целесообразно включение полного привода

Условия движения	Загрузка АМН ВВТ	Буксование		Масса буксируемого ВВТ, кг
		Урал-43206	Урал-4320-31	Урал-43206	Урал-4320-31
Асфальтобетон f=0,022	0 %	5%	5%	5040	Нецелесообразно
	50 %
	100 %
Щебеночное шоссе f=0,032	0 %			1500	9250
	50 %			1000	9000
	100 %			0	8000
Укатанный снег f=0,035	0 %			Целесообразно при любой массе	7750
	50 %				7000
	100 %				5750
Грунтовая дорога f=0,045	0 %				3750
	50 %				2000
	100 %				0

В работе установлено, что существенное влияние на эффективность использования метода введения жесткой кинематической связи оказывает наличие кинематического несоответствия между мостами АМН [4].

Зависимости силы тяги и удельной силы тяги от числа ведущих мостов АМН при движении по суглинку представлены на рисунке 2.

Анализ рисунка 2 позволяет сделать вывод о том, что при определенном кинематическом несоответствии (порядка 8,5 %) между ведущими мостами реализуемая сила тяги при количестве ведущих мостов больше трех может уменьшиться. Удельная сила тяги при наличии кинематического несоответствия всегда уменьшается с увеличением числа ведущих мостов.

Рисунок 2 - Зависимость суммарной силы тяги АМН (Р_ка) и удельной силы тяги (j_уд) АМН от количества ведущих мостов n и кинематического

несоответствия К

Существенное кинематическое несоответствие возникает при движении АМН в горной местности вследствие перераспределения массы на колеса задних мостов и, как следствие, существенного уменьшения их радиуса качения в ведомом режиме [5].

Особенно это заметно на АМН типа 4Х4, для которых характерно значительное перераспределение массы между передними и задними мостами. Как следует из рисунка 3, АМН типа 4Х4 при движении в горной местности недоиспользует в зависимости от массы ВВТ и уклона дороги от 5 до 30 % своих тяговых возможностей (что существенно снижает его подвижность). При буксировании ВВТ степень недоиспользования потенциальных возможностей увеличивается еще на 5…10 %.

Рисунок 3 – Зависимость потерь суммарной силы тяги АМН типа 4Х4 вследствие кинематического несоответствия от массы ВВТ и уклона дороги

Основной причиной кинематического несоответствия при прямолинейном движении АМН является различие в радиусах качения его колес. В исследованиях, выполненных в НАМИ и 21 НИИИ МО РФ, установлена дробно-линейная (гиперболическая) зависимость радиуса колеса от давления воздуха в шинах.

Следовательно, кинематическое несоответствие, возникающее при прямолинейном движении между ведущими мостами АМН, можно устранить путем изменения давления воздуха в шинах. Таким образом, для обеспечения требуемой подвижности АМН при движении в сложных условиях в систему управления блокированием дифференциалов необходимо интегрировать систему регулирования давления воздуха в шинах (СРДВШ).

Рациональный характер соотношения давления воздуха в шинах автомобиля с колесной формулой 6Х6 при движении по суглинку представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 - Рациональный характер соотношения давления воздуха в шинах АМН 6Х6

В работе показано, что с точки зрения повышения тяговых возможностей, ограничение буксования путем управления двигателем и приложения тормозного момента к буксующему колесу является более эффективным, чем управление только двигателем; а с точки зрения повышения устойчивости – наоборот. Использование ограничения буксования путем регулирования крутящего момента двигателя с одновременным блокированием межколесных и межосевых связей является наиболее рациональным способом повышения подвижности АМН в условиях уплотняемых и сыпучих грунтов.

Литература:

1. Мурог, И.А. Необходимость и возможность модернизации существующего парка автомобилей многоцелевого назначения / И.А. Мурог // Вестник Академии военных наук №3 (32) – М.: ВИ, 2010 г

2. Мурог, И.А. Алгоритм управления распределением мощности между ведущими колесами автомобилей многоцелевого назначения [Текст] / А.В. Келлер, А.Н.Торопов, И.А.Мурог, А.А.Удод // Материалы 65-ой Международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) "Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров" Международного научного симпозиума «Автотракторостроение – 2009». Книга 1. – М.: МГТУ «МАМИ», 2009 г - С. 18-20.

3. Мурог, И.А. Повышение эффективности колесных машин на основе принципа комбинированного управления распределением мощности / И.А.Мурог, Келлер А.В., Кокшин А.Ю., Торопов А.Н.// Проектирование колесных машин: Материалы Всерос. научно-технической конференции посвященной 70-летию факультета «Специальное машиностроение» МГТУ им. Н.Э.Баумана – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2010.

4. Мурог, И.А. Теория автомобильной техники (ВАТ) как абстрактная сложная система / И.А. Мурог, Васильченков В.Ф.// Материалы XXIX научно-методической конференции военного автомобильного института – Рязань, ВАИ, 1999.

5. Мурог, И.А. Методика оптимизации распределения мощности в трансмиссиях автомобилей многоцелевого назначения [Текст] / А.В. Келлер, А.Н.Торопов И.А. Мурог // Многоцелевые гусеничные и колесные машины: актуальные проблемы пути их решения: Материалы международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения М.Ф.Балжи- ЮУрГУ - Челябинск., 2008. - С. 79-85