Грузовые автомобили

Грузовой автотранспорт. Многоосные автомобили

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Нагрузки на ходовую часть наиболее интенсивны при колебаниях шасси, возникающих при резонансных или близких к ним скоростях, когда амплитуды колебаний достигают максимальных значений.

При изучении динамических нагрузок, обусловленных колебаниями двухосных автомобилей, различают воздействия двух типов, вызванные переездом длинных и коротких неровностей. Такой подход может быть применен и к изучению динамических нагрузок многоосных автомобилей. Правомерность данного упрощения при достаточной разнице между низкими и высокими собственными частотами и при одном порядке времени действия возмущения и периодов низкочастотных колебаний убедительно показана в работах проф. Р. В. Ротенберга. Допустимость этого метода подтверждают также одинаковые соотношения низких и высоких частот у двухосных и многоосных автомобилей. Проведенные эксперименты на моделях показали, что при переезде четырех- и шестиосными автомобилями неровностей со скоростью, близкой к низкочастотному резонансу, большие перемещения имеет подрессоренная масса, а колеса копируют профиль неровности, т. е. неподрессоренные массы не оказывают существенного влияния на колебания груза и на нагрузки в ходовой части.

При движении со скоростями, близкими к скоростям, соответствующим высокочастотному резонансу, подрессоренная масса остается практически неподвижной, а колеса совершают колебания, поэтому колебания груза почти не влияют на нагрузки в ходовой части, а решающее влияние оказывают колебания непод-рессоренных масс.

Под длинными и короткими неровностями следует понимать такие неровности, продолжительность воздействия возмущающих функций от воздействия которых близка соответственно к периоду собственных колебаний подрессоренной массы и к периоду колебаний неподрессоренных масс автомобиля.

При исследовании нагрузок на ходовую часть от колебаний подрессоренной и неподрессоренных масс целесообразно рассматривать эквивалентные схемы динамических систем для случаев движения по коротким и длинным неровностям. При колебаниях в области низких собственных частот, которые вызывают значительные вертикальные и угловые перемещения подрессоренной массы и соответственно большие перегрузки в ходовой части (при достаточной разнице низких и высоких собственных частот), можно пренебречь влиянием неподрессоренных масс.

Рассмотрение исследуемой динамической системы позволяет установить, что при движении автомобиля по коротким неровностям в режиме высокочастотного резонанса ни число осей, ни размещение их по базе не оказывают существенного влияния на нагрузки в ходовой части. В данном случае нагрузки всецело зависят от конструкции подвески, параметров подрессоривания, жесткости шины, характеристик неровностей пути. В процессе исследований и испытаний многоосных автомобилей установлено косвенное влияние числа осей на нагрузки, вызываемые колебаниями неподрессоренных масс: чем больше число осей, тем больше вероятность длительного движения автомобиля при резонансном режиме колебаний колес. Это объясняется тем, что на многоосном автомобиле водитель, как правило, не ощущает высокую (резонансную) нагруженность колес и не принимает мер (изменение скорости движения) для выхода из резонансного режима. На двух- и трехосных автомобилях этого не наблюдается.

Таким образом, главное влияние числа осей и их размещения по базе на динамические нагрузки проявляется через колебания подрессоренной массы. Следует иметь в виду, что динамические нагрузки от колебаний неподрессоренных масс могут в 1,5...2 раза превосходить нагрузки, возникающие при низкочастотных резонансных колебаниях подрессоренной массы. Это необходимо учитывать при расчетах и исследовании общей нагруженности ходовой части любого автомобиля.

Второе значение приведенной жесткости определяет максимальную динамическую нагрузку на колесо при пробое подвески.

Очевидно, что выбранная схема ходовой части на приведенную жесткость подвески не влияет.

Суммарная дополнительная деформация рессоры и шины 2А слагается из деформаций, вызванных угловыми колебаниями Дф = /ф, перемещениями шины при движении колеса по неровности Дк = <7,- и вертикальными колебаниями Az = z. В случае независимого решения уравнений угловых и вертикальных колебаний суммирование указанных составляющих следует проводить с учетом фазовых сдвигов угловых колебаний по отношению к вертикальным колебаниям и к профилю пути.

Влияние этого фактора можно проиллюстрировать результатами экспериментального исследования колебаний механической модели, которые подтверждают известные теоретические положения образования фазовых сдвигов. Осциллограммы записи профиля пути и колебаний подрессоренной массы (г и ф) в дорезонансном, резонансном и зарезонансном режимах движения модели четырехосного автомобиля без амортизаторов (коэффициент апериодичности 4\р = 0,06...0,07). Экспериментальные исследования показали, что в резонансном режиме продольно-угловых колебаний максимальные амплитуды колебаний совпадают с экстремальными точками профиля пути. С точки зрения нагрузок на крайние колеса четырехосного автомобиля самым неблагоприятным моментом является наклон корпуса во впадине профиля, а с точки зрения отрыва колес движение на вершине профиля.

Таким образом, при движении автомобиля по волнообразному низкочастотному профилю наиболее нагружены передняя и задняя оси. При движении автомобиля в дорезонансном режиме наибольшие углы наклона корпуса приходятся на точки перегиба профиля дороги (фазовый сдвиг л/4). При движении в зарезонансном режиме наибольшие углы наклона приходятся на точки перегиба за вершиной профиля, что способствует большему отрыву передних колес от дорожного полотна. Однако происходит резкое гашение угловых колебаний и отрыва колес и их больших перегрузок не наступает.

По экспериментальным данным сдвиг по фазе между продольно-угловыми и вертикальными колебаниями зависит от соотношения их частот и коэффициентов апериодичности. При равенстве этих частот и коэффициентов максимальные амплитуды резонансных продольно-угловых и вертикальных колебаний не совпадают по фазе и имеют фазовый сдвиг л/2, т. е. 2=0 при фтах. а ф = 0 при Zmax деформации подвески от колебаний не суммируются. При увеличении отношения а>г[щ (йг>соф) при резонансных продольно-угловых колебаниях максимумы амплитуд угловых и вертикальных колебаний будут по фазе приближаться друг к другу, а в пределе совпадут.

На  33 приведены осциллограммы экспериментальных записей продольно-угловых колебаний ф и вертикальных колебаний z при сог>соф. Этот случай является характерным для компоновки реальных автомобилей, максимальные амплитуды продольно-угловых и вертикальных колебаний совпадают по фазе, т. е. деформации подвески арифметически суммируются как при резонансном, так и при зарезонансном режиме продольно-угловых колебаний.

По экспериментальным данным для всех типов многоосных автомобилей, имеющих удовлетворительное подрессоривание, среднее значение максимального коэффициента динамичности лДтах = 2,9...3,5, т. е. приближенно можно считать его для всех типов машин постоянным. В случае неудовлетворительных характеристик подрессоривания динамические нагрузки могут превосходить указанные значения во много раз.

 Анализ описанного явления позволил установить две основные причины его Бозникиовения: непригодность подвески колес автомобиля и малая база шасси. Автомобиль имел полуподвесочную схему —задние оси не имели упругих элементов и амортизаторов, в результате чего гашение колебаний было очень низким. База шасси автомобиля такова, что иа неровностях SH = 8... 10 м возмущающая функция продольно-угловых колебаний имела максимум, увеличенный из-за отсутствия упругих элементов на задних осях. Этот пример показывает, насколько важен выбор оптимальных характеристик подрессоривания для многоосных автомобилей для обеспечения надежности ходовой части.