Динамика торможения лесовозных автотранспортных средств в различных эксплуатационных условиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат технических наук Картавцев, Андрей Владимирович

• Картавцев, Андрей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Картавцев, Андрей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИСЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Особенности исследований эксплуатации лесовозных автопоездов.

1.2. Анализ методов повышения безопасности движения на лесовозных автомобильных дорогах.

1.3. Особенности движения лесовозных автопоездов по участкам кривых в плане.

1.4. Обзор исследований динамики торможения автомобильных транспортных средств.

1.5. Выводы. Цель и задачи исследований.

2 АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ТОРМОЖЕНИЯ ЛЕСОВОЗНОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.

2.1 Расчетная схема и дифференциальные уравнения движения автомобиля при торможении на криволинейном участке дороги с продольным и поперечным уклонами.

2.2 Анализ силовых параметров процесса торможения.

2.3 Расчетная схема и дифференциальные уравнения, описывающие процесс торможения автопоездов.

2.3.1 Прицепной автопоезд.

2.3.2 Седельный автопоезд.

2.4 Выводы по главе 2.

3. ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТОРМОЖЕНИЯ ЛЕСОВОЗНЫХ

АВТОПОЕЗДОВ РЕГРЕССИОННЫМИ МОДЕЛЯМИ.

3.1 Постановка задачи.

3.2 Уравнения регрессии показателей эффективности и устойчивости торможения транспортных средств с учетом геометрии дороги.

3.3 Выводы по главе 3. 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ТОРМОЖЕНИЯ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОПОЕЗДОВ В РЕАЛЬНЫХ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ.

4.1 Методика и аппаратура для проведения экспериментальных исследований.

4.2 Результаты экспериментальных исследований.

4.3 Проверка адекватности результатов теоретических и экспериментальных исследований.

4.4 Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика торможения лесовозных автотранспортных средств в различных эксплуатационных условиях»

Актуальность проблемы. Вывозка лесоматериалов из лесосек на лесные склады, пункты переработки и потребителям является важнейшей фазой лесозаготовительного производства, которая определяет возможности и целесообразность освоения лесных запасов, и в значительной степени - себестоимость продукции лесозаготовок. Для обеспечения высокоэффективной работы лесовозного транспорта лесозаготовительные предприятия имеют на вооружении современные лесовозные автопоезда с высокими динамическими качествами, что позволяет преодолевать значительные сопротивления движению в трудных условиях и развивать при малых сопротивлениях высокие скорости движения, а в совокупности обеспечивать высокую производительность на вывозке.

Лесовозные автопоезда эксплуатируются на лесовозных автомобильных дорогах и дорогах общего пользования, которые на отдельных участках, а иногда и на значительном протяжении характеризуются сложными условиями для водителей, плохим состоянием ездовой поверхности. Всесезон-ность вывозки лесоматериалов по автомобильным дорогам обуславливает движение при состоянии покрытия, характеризующимся низкими значениями коэффициента сцепления. При таких обстоятельствах повышаются требования к безопасности движения, и в первую очередь к надежности процесса торможения автопоездов, которая обуславливается многими факторами: погодными, дорожными, конструктивными, эксплуатационными, человеческим.

Проблема повышения эффективности и устойчивости торможения лесовозных автотранспортных средств актуальна для отрасли, так как ее решение способствует повышению безопасности движения на сложных участках дорог, сохранению здоровья и жизни людей, подвижного состава и грузов, дорожных покрытий, разработке технологий вывозки лесоматериалов в сложных погодных условиях и тем самым увеличению продолжительности вывозки, а следовательно объемов вывозки лесоматериалов. В совокупности все перечисленные факторы обеспечивают социальный и экономический эффекты, последний заключается в снижении себестоимости вывозки лесоматериалов. Научные исследования по проблеме осуществлялись в соответствии с направлением научно-исследовательской работы кафедры транспорта леса и инженерной геодезии Воронежской государственной лесотехнической академии: «Разработка ресурсосберегающих и экологически перспективных технологий лесовозного автомобильного транспорта» (№ госрегистрации 105362) в 2003.2005 гг.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности и устойчивости торможения лесовозных автотранспортных средств на основе моделирования динамики их торможения в различных экс! плуатационных условиях. f

Объекты и методы исследований. Объектами исследований являются: процессы движения автомобилей и автопоездов в режимах торможения, лесовозные автопоезда. Научные исследования проводились при помощи методов: дифференциального и интегрального исчислений, теории дифференциальных уравнений, теоретической механики, имитационного моделирования, регрессионного анализа, планирования эксперимента. Экспериментальные исследования проводились на автомобильных дорогах Воронежской области, при этом использовался опытный автопоезд - КамАЭ-5320+ГКБ-8350, оборудованный тензометрической аппаратурой, потенциометрическими датчиками, датчиками виброаппаратуры, гироскопом, электромагнитной «пушкой». Обработка результатов измерений производилась методами математической статистики с применением современных средств вычислительной техники. Достоверность результатов научных исследований подтверждается проведением планового многофакторного эксперимента, высокой сходимостью экспериментально определенных и рассчитанных показателей эффективности и устойчивости торможения автопоездов, апробацией рекомендаций в проектных организациях и на предприятиях автомобильного транспор5 та.

Научная новизна работы:

- дифференциальные уравнения движения трехосного автомобиля в режиме торможения, отличающиеся тем, что учитывают неравномерность действия тормозных механизмов и позволяют определить параметры процесса торможения в любых эксплуатационных условиях, которые встречаются на лесовозных автомобильных дорогах;

- дифференциальные уравнения движения лесовозных автопоездов в режиме торможения, отличающиеся тем, что движение рассматривается при повороте и позволяющие моделировать динамику торможения на ЭВМ с учетом факторов эксплуатационных условий;

- математические модели движения лесовозных автопоездов в режиме торможения и алгоритмы расчета параметров процесса торможения, отличающиеся тем, что учитывают изменчивость показателей эксплуатационных условий и позволяют при помощи ЭВМ численно реализовать процессы торможения автопоездов;

- регрессионные модели, выражающие показатели эффективности и устойчивости торможения лесовозных автопоездов, отличающиеся тем, что получены на основе обработки результатов многофакторного эксперимента и позволяют найти оптимальную начальную скорость торможения при заданном значении коэффициента сцепления.

Практическая значимость и результаты внедрения. Практическая ценность работы связана с использованием основных ее положений:

- математических моделей, алгоритмов и программ для ЭВМ, позволяющих рассчитать для различных эксплуатационных условий параметры процесса торможения лесовозных автопоездов;

- регрессионных моделей, выражающих показатели эффективности и устойчивости торможения, обеспечивающих оптимизацию режимов движения в зависимости от значений коэффициента сцепления для различных типов лесовозных автопоездов.

Разработанные на основе полученных результатов рекомендации, алгоритмы и программы для ЭВМ использовали: ОАО «ГАТП» (с. Новая Усмань Воронежской области); КРОВОООВОИ «Предприятие автобаза № 10» (г. Воронеж); Центр дорожно-мостового проектирования «МАГИСТРАЛЬ» (г. Воронеж); дорожная автобаза ЮВЖД - филиала ОАО «Российские железные дороги» (г. Воронеж); ОАО «Дорожник-9» (г. Воронеж).

Разработанные математические модели движения лесовозных автопоездов в режиме торможения, алгоритмы и программы для ЭВМ, реализующие эти модели, используются в учебном процессе Воронежской государственной лесотехнической академии при подготовке инженеров по специальности 250301 - Лесоинженерное дело. j

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Расчетная схема и дифференциальные уравнения движения трехосного автомобиля в режиме торможения, математические модели силовых взаимодействий в системе «автомобиль - дорога» при торможении, алгоритмы, реализующие эти модели.

2. Расчетные схемы и дифференциальные уравнения движения лесовозных автопоездов в режиме торможения, математические модели торможения лесовозных автопоездов и алгоритмы, реализующие эти модели.

3. Методика и результаты экспериментальных исследований процессов движения лесовозных автопоездов в режиме торможения.

4. Регрессионные модели, выражающие показатели эффективности и устойчивости торможения лесовозных автопоездов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались:

- на международной научно-практической конференции «Технологии, машины и производство лесного комплекса будущего» (Воронеж, 2004 г.);

- на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава в ВГЛТА с 2003 по 2005 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, включая 1 монографию. В опубликованных работах личное участие автора заключается в определении проблемы, цели и задач; выполнении теоретических разработок; разработке методики экспериментальных исследований; обработке и анализе их результатов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных выводов, списка использованных источников из 93 названий и включает 1 72 страницы текста, 9 таблиц, 24 рисунка и 5 приложений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Картавцев, Андрей Владимирович, 2005 год

1. Абрамов А. Современное состояние и перснективы развития лесовозного транспорта//Материалы Всесоюзной науч. конф. МИНСК, 1972. - 198-202.

2. Автомобильные дороги. Пути повышения пропускной способности автомо- бильных дорог. / В.В. Сильянов, Н.П. Минин, В.Ф. Бабков. - М.: ВИНИТИ, 1976. -121с.

3. Алабужев Н.М. и др. Теория подобия и размерностей. Моделирование. М.: Высшая школа, 1968. - 206 с.

4. Анисимов Г.М., Котиков В.М., Куликов М.И. Лесотранспортные машины. М.: Экология, 1997. - 325 с.

5. Бабков В.Ф., Афанасьев М.Б., Васильев А.П. и др. Дорожные условия и режимы движения автомобилей. М.: Транспорт, 1967, 227 с.

6. Бабков В.Ф. Современные автомобильные магистрали. М.: Транспорт, 1974,280 с.

7. Бабков В.Ф., Дивочкин О.А., Залуга В.П. и др. Дорожные условия и орга- низация движения. М.: Транспорт, 1974, 240 с.

8. Бергман М.М. Графическое исследование поворота автомобиля без прице- па и с прицепом //Мотор. - 1934. - N 11. - 5-9.

9. Бегма И.В. Исследование движения автомобиля при обгоне. - Новосибирск: Строительство и архитектура, 1960. -N^2-С.63-66.

10. Березин В.П., Горбачевский В.А., Дараган Л.Д. Технологический процесс лесозаготовок при вывозке леса в хлыстах автомобиля в осенне-зимний сезон. М.-Л.:Гослесбумиздат, 1950.- 176с.

11. Бируля А.К. Влияние интенсивности автомобильного движения на его ско- рость. — Труды Харьковского автомобильно-дорожного института, 1957. - Вып. 19.- С . 15-22.

12. Бируля А.К. Исследование закономерностей автомобильного движения для установления расчётных характеристик проектируемых дорог. - Труды Харьковско-го автомобильно-дорожного института, 1962. - Вьш.9. - 8-20.131

13. Бируля А.К. Методы исследования движения на автомобильных дорогах. Труды Харьковского автомобильно-дорожного института, 1954. -№17. - 13-33.

14. Бируля А.К. Проектирование автомобильных дорог. - М.: Автотрансиздат, 1961.-500 с.

15. Бируля А.К. Экснлуатация автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1966. - 326 с.

16. Блох З.Ш. Кинематика поворота//С.-Х. машина. - 1937. -N 1. - 14-17.

17. Бронштейн Я. Условия безопасности при обгоне // Автомобильный транс- порт. - 1959. - № 11. - 45-48.

18. Васильев А.П. Состояние дорог и безопасность движения автомобилей в сложных погодных условиях. М.: Транспорт, 1976, 224 с.

19. Великанов Д.П. Эксплуатационные качества автомобиля. - М.: Автотранс- издат, 1962.-400 с.

20. Великанов Д.Н. Развитие автопоездов и их динамических качеств (в по- рядке обсуждения). //Автомоб. пром-ть. - 1963.-К 12. - 25-29.

21. Великанов Д.П. Эффективность автомобиля. - М.: Транспорт, 1969.- 240 с.

22. Ветчинкин П.С. Автотракторная тяга на лесотранспорте. Л. : Гослесбумиз- дат, 1958.-420 с.

23. Вовк СВ. Исследование процесса трогания с места и разгона лесовозного автопоезда с колесным прицепным составом: Ав-тореф. канд. дисс. Свердловск,1966.-16 с.

24. Высоцкий М.С, Добрых Л.И., Сироткин З.Л. Автомобильные и трактор- ные прицепы. М.:Машгиз, 1962.- 164 с.

25. Гайдар Н.А., Ковтун И.П., Костогрыз Г. Влияние вертикальных и про- дольных угловых колебаний звеньев лесовозного автомобильного поезда на егопродольную динамику//Изв.Вузов. Лесн.журн.- 1971.-N2.- 49-53.

26. Головнев Ф.Д. Особенности взаимодействия подвижного состава и пути при автомобильной вывозке леса в хлыстах: Дис... канд. техн. наук. Л. ,1954.-180 с.

27. Горбачевский В.А. Исследование работы автомобильных лесовозных прицепов-роспусков: Дисс... канд. техн. наук. М., 1951.- 198 с.132

28. Гречаников В.А. Автодорожный путь в кривых. М.-Л. :Гос-трансиздат, 1936.-36 с.

29. Григорьев СМ. Исследование поворота тракторного агрегата //Сб.науч.- техн. работ/ЛИМСХ.- 1950.- N 7.- 27-33.

30. Добрин А.С. Исследование движения автомобиля по заданной траектории //Тр./ИАМИ.- 1966.-Вып. 1.-С. 14-19.

31. Житов И.М. Теория вписывания подвижного состава в закругления без- рельсовых дорог и применение ее к вписыванию лесовозных экипажей: Дисс.канд.техн. наук. М., 1956.- 175 с.

32. Жуков А.В. (БТИ). Исследование динамики лесотранснортных систем с учетом колебаний свисающих концов пакета хлыстов //Изв. вузов. Лесн.журн.-1971.-N6.-С. 61-66.

33. Закин Я.Х. Автомобильные поезда. Развитие конструкций автомобилей. М. :Машгиз, 1955.-216С.

34. Закин Я.Х. Геометрические параметры сооружений автомобильного транспорта при использовании автопоездов. М.:Автотрансиздат, 1963. - М с.

35. Закин Я.Х. Маневренность автомобиля и автопоезда. М. Транспорт, 1986.- 137 с.

36. Закин Я.Х. Методы анализа маневровых свойств автопоездов. М.:Автотрансиздат, 1961.- 44 с.

37. Закин Я.Х. Основы теории транспортных и специальных автомобильных поездов: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М.- Л., I960.- 22 с.

38. Закин Я.Х. Прикладная теория движения автопоезда.-М. Транспорт, 1967.-256 с.

39. Замахаев М.С. Переходные кривые на автомобильных дорогах. М. Транс- порт, 1965.- 114 с.

40. Зимелев Г.В. Теория автомобиля. М.:Машгиз, 1959.- 312 с.

41. Ильин Б.А., Корунов М.М., Кувалдин Б.И. Проектирование, строительство и эксплуатация лесовозных дорог. М.:Лесн. пром-сть, 1971.-576 с.133

42. Кишинский М.И. Эксплуатация и ремонт лесовозных дорог. М. : Лесн. пром-сть, 1964.-402 с.

43. Клинковштейн Г.И. Исследование тормозных качеств автомобилей в эксплуатации. НИИАТ. М., Автотрансиздат, 1961.

44. Котиков В.М., Гугилев СМ. Технологические процессы и оборудование лесопромышленного комплекса//ГКНК ВНИТЦ. - М.: 1989, 102 с.

45. Котиков В.М. Воздействие лесозаготовительных машин на лесные почвы. Автореф. докт. дисс. М., 1995.-37 с.

46. Курьянов В.К. Повышение эксплуатационно-экологического уровня лесо- возного автомобильного транспорта. Автореф. докт. дисс. М., 1993.-48 с.

47. Курьянов В.К., Скрыпников А.В., Кондрашова Е.В.Комплексное модели- рование процесса функционирования автомобильных лесовозных дорог в САПР.Деп. ВИНИТИ № 1088 - В 2004 24.06.2004 196 с.

48. Курьянов В.К., Скрыпников А.В., Кондрашова Е.В.Рекомендации по про- ектированию элементов поперечного профиля на кривых в плане при движении ав-томобильных поездов. Деп. ВИИИТИ № 1450 - В2002 07.08.02

49. Лазарян В.А. Динамика вагонов. Устойчивость движения и колебания. М.: Транспорт, 1964. - 264 с.

50. Лахно В.П., Лахно Р.П. Автомобильные лесовозные поезда. М.: Гослес- бумиздат, 1961.- 176 с.

51. Лахно В.П. Исследование криволинейного движения лесовозного автопо- езда: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М., 1972.-34 с.

52. Леонович И.И. Автомобильные лесовозные дороги. Минск: Высшая шк. 1965.-396 с.

53. Леонович И.И. Графический метод определения пути следования роспуска при статическом вписывании автомобиля в кривые. //Изв. вузов. Лесн.журн.- 1968.-N6.- 54-60.

54. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины. М.: 1949.- 562 с.

55. Литвинов А.С. Теория криволинейного движения колесных машин: Дис.канд. техн. наук. М.: 1960.

56. Лобанов Е.Н., Сильянов В.В. и др. Пропускная способность автомобиль- ных дорог. - М.: Транспорт. 1970, 152 с.

57. Лысов A.M. Вопросы кинематики и динамики поворота тягача с прице- пом. М. 1959.135

58. Лысов М.И. Методика определения маневренности автомобиля на пово- ротах//Автомоб. пром-сть.- 1961.-N8.- 15-18.

59. Моисеев Н.Н. Математика ставит эксперимент. - М.: Наука, 1979. - 223 с.

60. Марголин И.И. Криволинейное движение автопоезда //Автомоб. пром- сть.-1972.-N 2.-С. 21-23.

61. Мельников В.И., Бутин П.Н. Некоторые итоги экспериментального изуче- ния продольной динамики лесовозного подвижного состава /Изв. вузов. Лесн.журн.-1971.-N4.-С. 28-32.

62. Мельников В.Н., Соколов Г.М. Аналитическое определение взаимного положения основных элементов лесовозных автопоездов при движении их на кри-волинейных участках//Изв.вузов. Лесн.журн.- 1972.-N4.-С. 39-47.

63. Мельников В.И., Соколов Г.М. К исследованию динамики лесовозных ав- томобильных поездов на кривых //Нроектирование, строительство и эксплуатациялесовозных дорог..'Материалы Всесо-юз. науч. конф. Минск, 1972.- 196-202.

64. Некрасов В.К. О классификации автомобильных дорог СССР. - В кн.: Ис- следование транспортных сооружений // изд. Томского университета. - 1971. - 3-42.

65. Некрасов В.К. Оценка проектов дорог по их эксплуатационным показате- лям. // Автомобильные дороги, 1974. - N22. - 19-20.

66. Немцев В.П., Шестаков Б.А. Техническая эксплуатация автомобильного транспорта на лесозаготовительных предприятиях. - М.: Лесная промышленность,1985.-272 с.

67. Новизенцев В.В. Влияние скорости на надежность работы водителя. // В кн.: Влияние скорости на режим и безопасность движения. - М., 1980. - 10-14.

68. Оздоровление окружающей среды городов. М.: изд. ЦНИИП Градострои- тельства, 1975. - 29 с.

69. Насхин Б.А. Определение маневровых площадей для автопоездов ЗИС-5 //Автомобиль.- 1941.- N 3.- 26-30.

70. Певзнер Я.М. Теория устойчивости автомобиля. М.: Маш-гиз, 1947. - 208 с.136

71. Пчелин И.К., Иларионов В.А, Расчет показаний тормозной дннамичности автомобиля. - Автомобильная промышленность, 1976, № 1, с. 19-21.

72. Речмедилов А.А. Кинематическая теория поворота автомобиля //Вестн. металлопромышленности.- 1928.-N 5.- 13-16.

73. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля и его колебания. - М.: Машгиз, 1960. -180 с.

74. Сильянов В.В. и др. Расчеты скоростей движения на автомобильных до- рогах. -М: Изд. МАДИ. 1978, 115 с.

75. Силаев А.А. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин. - М . : Машгиз, 1963.-107 с.

76. Сильянов В.В. Теория транспортных потоков в проектировании дорог и организации движения. - М.: Транспорт, 1977. - 303 с.

77. Сильянов В.В. Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1984. - 287 с.

78. Ситников Ю.М., Дивочкин О.А. Стадийное улучшение транспортно- эксплуатационных качеств дорог. М.: Транспорт, 1973. - 128 с.

79. Смирнов М.Ф. Основные условия безопасности при обгоне // Автомобиль- ный транспорт, 1960. -Кч 10. - 45-46.

80. Соколов А.Г., Соколов Г.М. Способы задания плоского движения по гео- метрическим признакам. Тезисы докладов. Вторые "Вавиловские чтения". Всерос-сийская междисциплинарная научная конференция. Йошкар-Ола, дек. 1997г. 93.

81. Справочник инженера - дорожника. Изыскания и проектирование автомо- бильных дорог. / Под ред. О.В. Андреева. М.: Транспорт, 1977. - 559 с.

82. Терсков Г.Д. Графико-аналитическое определение траектории движения передка при прямолинейном движении ведущей точки //Теория, конструкция и про-137изводство сельскохозяйственных машин.: Сб.тр./ВИСХОМ. М.-Л., 1938,- Т,3.- 63-69.

83. Технические указания по устройству дорожных покрытий с шероховатой поверхностью. ВСН 38 77. Минавтодор РСФСР. - М.: Транспорт. 1978,56 с.

84. Усилитель 8АНЧ-7М: Техническое описание и конструкция по эксплуата- ции 8АНЧ-7МТ0. Кишинев, 1971.- 32 с.

85. Хачатуров А.А., Афанасьев В.Л., Васильев B.C. и др. Динамика системы дорога-шина-автомобиль-водитель. М.: Машиностроение, 1976. -536 с.

86. Чудаков Е.А. Теория автомобиля. М.: Машгиз, 1950.- 333 с.

87. Расчетные схемы, математические модели и программы для описания физической картины процесса торможения 2-х и 3-х осных автомобилей иавтопоездов в различных эксплуатационных условиях.

88. Выполненный кафедрой транспорта леса и инженерной геодезии.

89. Ответственный нснолннтель — доктор технических наук, профес- сор, Курьянов Виктор Кузьмич.

90. Сонскателн — Картавцев А.В., Скрыпников А.В.

91. Краткое оннсанне результатов внедрення, конечный результат. Разработаны расчетные схемы, математические модели и программы рас-чета для описания физической картины процесса торможения 2-х и 3-х145