М А Подригало - Выбор распределения тормозных сил между осями колесныхтракторов - страница 1

Страницы:
1  2 

УДК 629.114

Подригало М. А., Волков В. П., Павленко В. Н., Холодов М. П.

ВЫБОР РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОРМОЗНЫХ СИЛ МЕЖДУ ОСЯМИ КОЛЕСНЫХ

ТРАКТОРОВ

Рассмотрено повышение эффективности торможения колесных тракторов со всеми тормоз­ными колесами при условии обеспечения их курсовой устойчивости. Определены законы распреде­ления тормозных сил между осями колесных тракторов классической компоновки при различной очередности блокирования колес.

Ключевые слова: распределение тормозных сил, колесный трактор, классическая компоновка, торможение, фаза торможения.

Введение. Выбор распределения тормозных сил между осями оказывает суще­ственное влияние на эффективность торможения, устойчивость и управляемость колес­ных машин. Этому вопросу посвящены работы значительного числа исследователей. На основе результатов известных исследователей даны рекомендации для практического использования в тормозном управлении автомобилей и тракторов. Однако при опреде­лении точки приложения тормозной силы к колесам в незаблокированном состоянии была допущена ошибка. Как показали последние исследования, в том числе и с участием авторов этой статьи, при незаблокированных колесах тормозная сила приложена на их осях, а при заблокированных - в пятне контакта колес с дорогой. Указанное уточнение оказывает влияние на характер протекания процесса торможения и рациональный выбор распределения тормозных сил между осями колесных машин.

Анализ последних исследований и публикаций. Выбору распределения тор­мозных сил между осями автомобилей и колесных тракторов посвящено значительное количество работ отечественных и зарубежных исследователей [1, 2, 3, 4, 9, 11, 12, 13]. В работе Е. А. Чудакова впервые определены зоны распределения тормозных сил между осями, обеспечивающий, по мнению авторов работ [1, 2, 3, 4, 9], не только одновремен­ное доведение до грани блокирования, но и одновременное блокирование колес. Этот закон, названный Е. А. Чудаковым [1, 2] идеальным или рациональным, имеет вид

Pti        b h

где Pt1 , Рт2 - суммарные (по первому и правому колесам) тормозные силы на передней

и задней осях машины;

L - продольная колесная база машины;

h - высота центра масс машины относительно опорной поверхности; Ф - коэффициент сцепления колес с дорогой;

b - расстояние от проекции центра масс машины на плоскость, проходящую через ось задних колес параллельно опорной поверхности, до задней оси.

Однако выражение (1) было получено из условия приложения тормозных сил пятнах контакта колес передней и задней осей с опорной поверхностью. Однако, прове­денные нами [5, 10], и, подтвержденные другими авторами [6], исследования показали, что если колесо не заблокировано, то тормозная сила приложена не в пятне контакта, а на оси колеса. Поэтому закон (1) получен для случая торможения машины со всеми за­блокированными колесами, т.е. такое распределение реализуется автоматически после блокировки колес.

Для колесных тракторов классической компоновки, у которых тормозные меха­низмы установлены только на колесах задней оси, проблемы выбора распределения тор­мозных сил между осями нет. Однако при блокировке задних колес происходит резкое

(скачкообразное) уменьшение нагрузки на заднюю ось и снижение эффективности тор­можения трактора [10]. До определенного времени необходимости установки тормозных механизмов на колеса передней оси не было, ввиду относительно малых транспортных скоростей движения и смещенного к задней оси центра масс тракторов классической компоновки.

Проведенные рядом авторов теоретические и статистические исследования [7, 8] показали, что, в связи с имеющим место ростом максимальных транспортных скоростей до VT = 40 км/ч и выше, а также смещением ближе к передней оси центром масс тракто­ров, значительно увеличилось число моделей машин, имеющих тормозные механизмы на всех колесах.

Использование известного закона распределения тормозных сил между осями (1) позволило авторам работы [3] определить процесс торможения двухосной колесной машины как трехфазный, включающий следующие фазы:

- фаза торможения без блокирования колес;

- фаза торможения с блокированными колесами одной оси (передней или задней);

- фаза торможения со всеми заблокированными колесами.

Исследования, проведенные М. А. Подригало и В. И. Назаровым, показали, что при смещении линий действия тормозных сил к осям незаблокированных колес меняет­ся характер протекания динамической стадии процесса торможения, а для машины со смещенным к задней оси центром масс этот процесс является четырёхфазовым.

Таким образом, возникшая необходимость определения рационального распре­деления тормозных сил между осями колесных тракторов классической компоновки.

Цель и постановка задач исследования. Целью исследования является повы­шение эффективности торможения колесных тракторов со всеми тормозными колесами при условии обеспечения их курсовой устойчивости.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

- определить законы распределения тормозных сил между осями колесных трак­торов классической компоновки при различной очередности блокирования ко­лес;

- провести расчет коэффициентов распределения тормозных сил между осями на примере колесных тракторов классической компоновки ХТЗ-021 и ХТЗ-18040. Определение законов распределения тормозных сил между осями. На рис. 1

и рис. 2 приведены схемы сил, действующих на колесный трактор при различном соче­тании заблокированных и незаблокированных колес.

При всех заблокированных колесах распределение тормозных сил между осями подчиняется закону (1). Поэтому левую часть зависимости (1) обозначим через Рбл , т.е.

коэффициент распределения тормозных сил между осями при всех заблокированных колесах (рис. 1 б)

""бл b h

+ Ф— L L (2)

При незаблокированных колесах определим суммарные нормальные реакции на колесах передней и задней осей

b         h - гд           h - гд RZ  = GT— + PT-— + Pt, -—, (3)

а h - гд h - гд

Z2       1 L     11     L 12де Гд1, Гд2 - динамические радиусы передних и задних колес трактора, соответственно

a - расстояние от проекции центра масс машины на плоскость, проходящую через ось передних колес параллельно опорной поверхности, до передней оси.

При поддержании передних и задних колес на пределе блокирования

PT1 = Ф Rz1 , (5)

Pt2 Rz2, (6)

Решая совместно уравнения (3) - (6), определим суммарные реакции нормаль­ные реакции на передних и задних колесах

RZ1 = GT L   Г    -Г    , (7)

1 Гд2 -Гд1

L

a h-

RZ2 = GT L   Г    -Г    , (8) 1 Гд2 -Гд1

L

Идеальный коэффициент распределения тормозных сил между осями, обеспечи­вающий одновременное доведение до грани блокирования передних и задних колес

b h - Гд 2

Рид = ^ = L    Г     Lr    , (9)

L

Поддержание передних и задних колес на пределе блокирования является неус­тойчивым процессом. Если произойдет случайное блокирование передних или задних колес, то произойдет резкое (скачкообразное) уменьшение нормальной реакции на зад­них колесах на эту же величину. Если передние колеса были заблокированы, то они раз­блокируются, а задние колеса блокируются. Если были заблокированы задние колеса, то они остаются заблокированы, а передние колеса остаются незаблокированы. Причем а последнем случае на передних колесах увеличивается запас по сцеплению.

Предположим, что передние колеса заблокированы, а задние находятся на пре­деле блокирования. В этом случае остаются справедливы равенства (5) и (6), а суммар­ные нормальные реакции на передних и задних колесах определяются из уравнений (см. рис. 2а)

b h h - гд

Rz1 =      + Pt1 l + Pt^^T^, (10)

а         h         h - гд RZ   = GT--PT--PT-(11)

І б) I

Рис. 2. Схема сил, действующих на трактор при торможении: а - с заблокированными передними и незаблокированными задними колесами; б - с незаблокированными передними и заблокированными задними колесами

 

Таким образом, обобщая, выражение (9) можно записать в виде

Рид

А о - А 2 1 - А2 + Аі

(20)

где

А0 =рбл,

(21)

(22)

А 2

Гд 2

(23)

Очевидно, что при Аі = 0,

1 - А2

(20)

а при А2 = 0,

Рі7

А 0 1 + А1

(20)

Расчет коэффициентов распределения тормозных сил между осями на при­мере колесных тракторов классической компоновки. На рис. 3 приведены фотогра­фии колесных тракторов ХТЗ-6021 и ХТЗ-18040, для которых в таблице 1 приведены исходные параметры для расчета коэффициентов распределения тормозных сил между осями

L

L

а)

б)

Рис. 3. Колесные тракторы классической компоновки: а - ХТЗ-6021; б - ХТЗ-18040

Т а б л и ц а 1

Модель трактора

Шины

 

гд1 = гст1 , м

h, м

b, м

L, м

 

задние

передние

 

 

 

 

 

ХТЗ-6021

12,4R28

11,2-20

0,578

0,460

0,852

0,902

2,175

ХТЗ-18040

620/70R42

16,9R30

0,885

0,735

1,124

1,847

2,935

В таблице 2 приведены результаты расчета коэффициентов распределения тор­мозных сил между осями.

Т а б л и ц а 2

Расчет значений коэффициента распределения тормозных сил между осями_

Модель трактора

Р

ф

 

 

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

ХТЗ-6021

Рид

0,444

0,459

0,473

0,489

0,506

0,522

0,538

 

рбл

0,492

0,531

0,570

0,609

0,649

0,688

0,727

 

р х

0,464

0,490

0,519

0,549

0,583

0,617

0,653

 

р х

0,472

0,500

0,525

0,551

0,565

0,599

0,622

ХТЗ-18040

рид

0,652

0,664

0,675

0,688

0,700

0,712

0,724

 

рбл

0,706

0,744

0,782

0,821

0,859

0,897

0,935

 

ьх

0,687

0,719

0,752

0,789

0,828

0,869

0,914

 

ьх

0,672

0,692

0,711

0,729

0,747

0,763

0,779

На рис. 4 и рис. 5 приведены графики зависимостей Р(ф), построенные для тракторов ХТЗ-6021 и ХТЗ-18040.

О

О 0,2 0.4 С.6 0.S ф

Рис. 4 Зависимости коэффициента Р распределения тормозных сил на переднюю ось трактора ХТЗ-6021 от коэффициента сцепления ф :

1 - Р = Рбл(ф);2 - р = Рид(ф); 3 - р = рх(ф); 4 - р = р

Анализ графиков, приведенных на рис. 4 и рис. 5 позволяет осуществить выбор распределения тормозных сил между осями по условиям:

- опережающего блокирования передних колес трактора во всем диапазоне ко­эффициента сцепления от ф = 0,2 до ф = 0,8;

- по условию равной энергонагруженности передних и задних колес (постоянное значение коэффициента распределения тормозных сил между осями рд = 0,5).

0,6--'^^^^^---

0,4 0,2 0

С 0,2 С- О.Ь 0.3 ^

Рис. 5. Зависимости коэффициента р распределения тормозных сил на переднюю ось трактора ХТЗ-18040 от коэффициента сцепления ср :

1 - Р = Рбл (Ф); 2 - Р = Рид (ср); 3 - р = р х (ср); 4 - р = р %)

При расчете по первому условию значение Рд = рх = 0,653 обеспечивает опе­режающее блокирование передних колес трактора ХТЗ-6021 при коэффициенте сцепле­ния ф, находящегося в пределах от 0,2 до 0,8. Это значение рд незначительно превыша­ет величину 0,5, обеспечивающую равную энергонагруженность передних и задних тор­мозных механизмов. Для трактора ХТЗ-18040 при, расчете по первому условию получим

Рд = Рх = 0,914, что значительно превышает величину 0,5. При снижении рд до вели­чины 0,5 у трактора ХТЗ-18040 возникнут проблемы с обеспечением курсовой устойчи­вости. В этом случае требуется дополнительное исследование. Выводы.

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

М А Подригало - Выбор распределения тормозных сил между осями колесныхтракторов

М А Подригало - Оценка вертикальных динамических реакций на осях двухосного автомобиля при торможении в процессеэксплуатации

М А Подригало - Рациональное управление процессом качения автомобильного колеса

М А Подригало - Экспериментальная оценка распределения ускорений при движении автомобилей в транспортном потоке