Грузовые автомобили

Грузовой автотранспорт. Многоосные автомобили

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Экспериментальные исследования и опыт эксплуатации многоосных автомобилей, главным образом многотонных автокранов и сочлененных автомобилей, показали, что определяющее влияние на показатели их плавности хода и обитаемости оказывают не только правильный выбор характеристик подрессорива-ния и компоновки ходовой части, но и оптимальный выбор характеристик вторичного подрессоривания кабин, сиденья и установленного на раме шасси оборудования.

Практика показала, что при идеальных показателях, обеспечиваемых конструкции подрессоривания ходовой части, возможны отрицательные характеристики вибронагруженности водителя и пассажиров в кабине, определяющие невозможность длительного движения в результате утомляемости и появления болевых ощущений.

Исходя из этого, при проектировании многоосных автомобилей необходимо проводить расчет на вибронагруженность водителя и считать такой расчет важным шагом общих конструктивных решений.

Ниже изложены основные положения методики такого расчета. Установлено, что определяющее влияние на вибронагруженность экипажа оказывают показатели колебаний элементов   несущей   системы   (рамы) в зоне установки   кабины. На некоторых многоосных автомобилях из-за большой длины рамы эти показатели с точки зрения вибронагруженности экипажа, как правило, бывают самые неблагоприятные. Отмечается высокая вибронагруженность и на сочлененных автомобилях.

Вибронагруженность водителя во многом зависит от системы подрессоривания кабины и сиденья и их характеристик, обычно называемых вторичным подрессориванием.

Упругие колебания несущей системы при наличии ошибок в конструировании элементов вторичного подрессоривания могут создавать невыносимые условия работы, чего не наблюдается в резкой форме у обычных грузовых автомобилей и  автопоездов.

В настоящее время находят все большее применение в оценке вибронагруженности человека рекомендации ИСО 2631-74, которые наиболее полно, системно учитывают воздействие вибраций на состояние (самочувствие) и здоровье водителя [].

Стандарт нормирует допустимые пределы колебаний тела человека по трем условиям, имеющим верхние границы: комфорта, допустимого утомления и начала снижения производительности труда, вредного воздействия на здоровье человека. Нормы задаются в величинах средних квадратических ускорений случайных колебаний в зависимости от частот колебаний, выраженных в семи октавных полосах, охватывающих частоты колебаний от 1 до 90 Гц. В нормах предусмотрены время и направление действия колебаний по трем координатам (вертикальные z, поперечные у и продольные х).

Если при расчетах руководствоваться нормами стандарта ИСО, то требуется решать очень сложную и громоздкую задачу. При использовании общепринятых методов расчета колебаний эту задачу не решить даже при применении самых мощных современных ЭВМ. Нужны новые подходы, новые приемы и методы, значительно упрощающие расчетную схему и ее математическое описание, но дающие возможность определить требующиеся критерии вибронагруженности экипажа. В качестве такого метода заслуживает внимания комбинированный экспериментально-расчетный метод, предложенный Н. М. Назаровым и А. Н. Пархоменко. Он заключается в том, что предусматривает использование результатов экспериментального измерения в реальных условиях параметров колебаний несущей системы в качестве возмущений математической модели, описывающей колебания человека при подрессоривании сиденья и кабины. Виброускорения рамы в месте крепления кабины принимаются заданными.

Преимущество такого метода в том, что он позволяет отказаться от громоздкого моделирования колебаний многоосного автомобиля в целом и сосредоточить все внимание на исследовании довольно сложной нелинейной системы вторичного подрессоривания и колебаний экипажа. Кроме того, этот метод позволяет комплексно учесть возмущения, идущие от дороги, силового агрегата и элементов трансмиссии, что аналитически учесть практически невозможно. В этом случае, если проводить упрощенные расчеты, ориентируясь на нормативы вибронагруженности стандарта ИСО, то необходимо иметь расчетную схему и математическую модель, описывающие пространственные колебания человека и учитывающие пространственное крепление и подрессори-вание кабины и сиденья водителя.

Колебания кабины рассматриваются по четырем степеням свободы: вертикальной z, поперечной у, поперечно-угловой ч|р и продольно-угловой ф. В системе колебаний сиденья 2 учтены влияния упоров, трения, упругости подушки; в системе подвески кабины — упругих на изгиб поперечных балок крепления кабины и жесткости по всем трем координатам. Основным допущением принимается малое обратное влияние колебаний кабины и человека-оператора на колебания автомобиля. Правомерность этого допущения определяется малой (не более 1%) массой кабины по сравнению с подрессоренной массой автомобиля.

Условные обозначения, изображенные на схеме, означают: тГр, тт, тс, т — массы соответственно груди и таза человека, подрессоренной части сиденья и кабины; /к, /с — моменты инерции корпуса человека и подрессоренной части сиденья; /^ /ф — моменты инерции кабины; Сч и Кч— соответственно жесткость и коэффициент демпфирования человека; Fa, Fc— силы упругости в подушке и подвеске сиденья; Суп, С$п, Куп, Кул— жесткости и коэффициенты демпфирования подушки сиденья; Rc, Ко— силу трения и коэффициент демпфирования подвески сиденья; Супе, Сую, Купе К$пс — жесткости и коэффициенты демпфирования подвески сиденья.

С учетом принятых допущений на основе расчетной схемы и описанных выше методов можно составить систему связанных дифференциальных уравнений, описывающих колебания. Система дифференциальных уравнений состоит из трех групп уравнений, моделирующих колебания по принятым четырем степеням свободы человека, сиденья и кабины. По своей структуре, составляющим элементам дифференциальные уравнения каждой группы подобны уравнениям, входящим в системы (7), (23).

Важным этапом решения дифференциальных уравнений является выбор исходных данных:

определение физико-механических параметров материалов, размеров элементов расчетной схемы (по чертежной документации и справочной литературе);

расчет инерционных параметров и координат центров масс кабины и сиденья, моментов инерции сечений балок по разработанной программе, а также жесткостей упругих элементов;

расчет жесткостей подвески кабины к раме автомобиля по определенным моментам инерции сечений и длинам участков упругих на изгиб балок; жесткостям упругих элементов — их расположению и числу, положению центра масс кабины.

Возмущающие ускорения участка рамы в виде временных синхронных реализаций случайных процессов определяют экспериментально на образце автомобиля или с помощью математической модели в наиболее вибронагруженных условиях движения: на гравийных и булыжных дорогах при максимально возможной скорости движения.

Для примера ниже приведены параметры возмущающих ускорений участка рамы для шестиосного автокрана, для которого проводилась оценка вибронагруженности водителя

Параметры колебаний кабины рассчитывают численным интегрированием системы дифференциальных уравнений, приведенных к уравнениям первого порядка при возмущениях в виде трех случайных реализаций ускорений участка рамы в месте расположения кабины (поперечного, поперечно-углового и вертикального). Для СМ ЭВМ (СМЧ, СМ1420) при численном интегрировании может быть использован программный модуль МАДЗ пакета прикладных программ

Полученные при расчетах реализации ускорений на сиденье водителя и деформаций подвергаются статистической обработке: определяют спектральные плотности ускорений и средние квадратические значения ускорений в октавных полосах частот, максимальные значения перемещений и деформаций. Результаты расчета вместе с исходными данными выводятся на печать в виде бланка с таблицами.

В качестве обобщенной характеристики оценки вибронагруженности многоосного автомобиля принимают средние квадратические значения поперечных и вертикальных ускорений иа сиденье водителя в октавных полосах частот. Ускорения поперечных колебаний являются основным фактором, нагружающим человека, они непривычны для человеческого организма. На многоосных автомобилях они составляют 70... 110% вертикальных ускорений.

Расчетные данные наносят на график для сопоставления с допустимыми границами воздействия по ИСО 2631-74. результаты расчета вертикальных и поперечных ускорений водителя, возникающих при двух типах крепления кабин к раме. При установке кабины на резиновых амортизирующих подушках (кривые) средние квадратические ускорения вертикальных и поперечных колебаний достигают значительных величин и значительно превосходят допустимые границы при 8- и 4-часовом воздействии практически во всех октановых полосах частот. Допустимое время движения автомобиля без вредного воздействия поперечных колебаний на человека составляет всего 1 ч,

При применении поперечного подрессоривания кабины значительно снижаются ускорения поперечных колебаний (кривая 2) и немного —ускорения вертикальных колебаний. Поперечные ко-. лебания допускают движение без вредных последствий до 8 ч во всех октавных полосах частот. По вертикальным колебаниям только 2,5 ч. Таким образом может быть сделан вывод о необходимости совершенствования системы подрессоривания кабины и сиденья для восприятия вертикальных колебаний.

По результатам расчетов можно определять максимальные амплитуды деформаций подвесок кабины и сиденья, а также значения поперечного и вертикального перемещений головы водителя относительно кабины, которые позволяют оценить возможность ударов головой о стенки и потолок.