Прогнозирование устойчивости и тормозных свойств мототранспортных средств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.03, доктор технических наук Льянов, Марат Савкузович

• Льянов, Марат Савкузович
• доктор технических наук
• 2008

Оглавление диссертации доктор технических наук Льянов, Марат Савкузович

Введение

1. Обзор и анализ современного состояния проблемы обеспечения безопасности движения МТС на этапе разработки

1.1. Обзор математических моделей движения колесных машин

1.2. Обзор и анализ работ, посвященных выводу аналитических зависимостей для оценки критических режимов движения МТС

1.3. Состояние проблемы прогнозирования тормозных свойств МТС

1.4. Состояние проблемы разработки систем активной безопасности для МТС

1.5. Обзор методов проведения дорожных испытаний МТС на устойчивость 49 Выводы по главе

2. Методы оценки эффективности тормозных механизмов МТС

2.1. Кулачковые нажимные устройства барабанных тормозов

2.1.1. Определение направлений и плеч приложения разжимающих колодки усилий

2.1.2. Взаимодействие разжимного кулака с роликами колодок

2.1.3. Влияние износа колодок на величину развиваемого тормозом момента

2.1.4. Взаимодействие разжимного кулака с нажимной поверхностью колодок

2.1.5. Коэффициент полезного действия кулачкового разжимного устройства

2.2 Клиновые разжимные устройства барабанных тормозов

2.2.1. Расчет сил, действующих на колодки тормоза с разжимным клином

2.2.2. Сравнительное исследование клинового и кулачкового разжимных устройств

2.2.3. Коэффициент полезного действия клинового разжимного устройства

2.2.4. Коэффициент полезного действия передачи клин-ролики-толкатели-колодки

2.3 Колесные гидроцилиндры барабанных и дисковых тормозов

2.3.1. Определение разжимающих усилий в дисковом и барабанном тормозах с колесными гидроцилиндрами

2.4 Нажимные устройства дисковых тормозов с механическим и другими приводами

2.4.1. Тормозная система переднего (заднего) колеса

2.4.2. Шариковые нажимные устройства

2.4.3. Клиновые нажимные устройства

2.4.4. Винтовое нажимное устройство

2.4.5. Нажимное устройство палец - кулачковая поверхность 129 Выводы по главе

3. Критические режимы движения МТС. Вывод аналитических 136 зависимостей

3.1. Устойчивость движения двухколесного мотоцикла

3.1.1. Занос и опрокидывание мотоцикла при повороте

3.1.2. Занос мотоцикла при торможении

3.1.3. Опрокидывание мотоцикла при разгоне и торможении

3.1.4. Условия прямолинейного движения двухколесного мотоцикла

3.1.5. Устойчивость двухколесного мотоцикла на повороте с учетом 154 бокового увода шин

3.2 Устойчивость трехколесных мотоциклов

3.2.1. Занос и опрокидывание трехколесного мотоцикла

3.2.2. Поворот трехколесного МТС с наклоняющимся кузовом

3.2.3. Занос трехколесного мотоцикла с симметричным расположением задних колес при торможении

3.2.4. Устойчивость мотоцикла с коляской при движении на повороте и при торможении

3.2.5. Разворачивающий момент, возникающий при торможении мотоцикла с коляской 179 Выводы по главе

4. Моделирование движения мототранспортных средств

4.1. Вычислительный эксперимент

4.2. Составление уравнений движения динамической системы

4.3. Графическая модель движения мотоцикла при торможении

4.4. Динамическая модель торможения мотоцикла

4.5. Результаты исследования процесса торможения

4.6. Моделирование криволинейного движения трехколесного МТС 219 Выводы по главе

5 Имитационное моделирование движения трициклов с системами активной безопасности

5.1. Общие положения

5.2. Моделирование процесса торможения

5.3. Моделирование процесса разгона

5.4. Моделирование движения в повороте 277 Выводы по главе

6. Результаты дорожных исследований устойчивости и бокового увода

6.1. Программа дорожных испытаний трехколесного мотоцикла С-3.901 и мотоцикла с коляской ИЖ-Юпитер 56114

6.2. Объекты испытаний и их технические характеристики

6.3. Универсальная методика определения углов бокового увода 294 МТС

6.4. Результаты испытаний на устойчивость и боковой увод трехколесных МТС

6.5. Сопоставление результатов аналитических, полученных имитационным моделированием и экспериментальных исследований устойчивости МТС 309 Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование устойчивости и тормозных свойств мототранспортных средств»

Необходимость повышения безопасности движения, при одновременном увеличении средних скоростей, требует постоянного совершенствования методов расчета тормозных систем и устойчивости мотоциклов (мототранспортных средств - МТС).

При проектировании мотоцикла его конструкция приобретает определенные свойства, называемые потенциальными. Наиболее удачной конструкцией мотоцикла будет та, в которую заложены максимально возможные позитивные потенциальные свойства, которые могут быть реализованы во время эксплуатации, что достигается только на основе использования совершенной теории и методов расчета, подтверждающихся практикой эксплуатации и экспериментально.

В связи с тем, что безопасность движения в первую очередь обеспечивается тормозными свойствами и устойчивостью движения мотоцикла, становится совершенно очевидным - основное внимание следует сосредоточить на улучшении указанных качеств МТС.

Большой вклад в развитие конструкции, теории и методов расчета мотоциклов внесли отечественные и зарубежные ученые [30, 44, 48, 93, 95, 96, 108, 109, 111, 113, 132, 133, 134, 151], однако многие вопросы остаются открытыми.

Поэтому прогнозирование тормозных свойств и устойчивости мотоциклов на стадии проектирования может стать основой повышения их активной (совершенствование тормозной системы и системы управления движением) и пассивной (увеличение потенциальной устойчивости МТС выбором конструктивных параметров) безопасности.

Считаю своим долгом поблагодарить Г.И. Мамити, д-ра техн. наук, профессора, заслуженного деятеля науки Республики Северная Осетия -Алания, работающего в области расчета тормозных систем и устойчивости колесных машин, чьи советы и поддержка помогли мне в научной работе. 6

Продолжение работы в направлении совершенствования тормозных систем дало результаты, опровергающие некоторые устоявшиеся представления, которые вошли в учебники и учебные пособия, касающиеся сравнения коэффициентов полезного действия различных нажимных устройств тормозных механизмов и их численных значений. К примеру, считают, что коэффициент полезного действия клинового разжимного устройства выше, чем кулачкового. Между тем полученные в ходе исследований результаты показали обратное. Более того, коэффициент полезного действия клинового нажимного устройства, вопреки распространенному мнению, не просто ниже, а значительно меньше, чем у кулачкового нажимного устройства.

Напомним, что речь идет о главном оценочном критерии любого механизма, в рассматриваемом случае, той части привода, которая является составной частью тормозного механизма и называется нажимным устройством.

Нет необходимости доказывать, что ошибочные представления, положенные в основу выбора того или иного нажимного устройства, не могут привести к созданию эффективной конструкции тормозного механизма с минимальной металлоемкостью и габаритами.

Вопросы устойчивости мотоциклов значительно сложнее проблем устойчивости двухосных автомобилей. При выполнении работы удалось получить аналитические выражения для определения основных критериев устойчивости двух и трехколесных мотоциклов и мотоцикла с коляской с учетом эластичности шин. Как нам кажется, особую ценность полученным результатам придают выражения для определения углов увода переднего и заднего (задних) колес мотоцикла, а также колеса коляски, найденные из допущения линейной зависимости между боковыми силами и углами увода колес.

Основные отличия между мотоциклами и двухосными автомобилями заключаются в следующем:

- двухколесный мотоцикл наклоняется в сторону поворота;

- управляемое колесо трехколесного мотоцикла имеет прогрессирующий наклон по мере поворота рулевой колонки; 7

- устойчивость мотоцикла с коляской на повороте вправо и влево зависит от разных параметров, что вызвано несимметричностью этой механической системы и требует отдельного рассмотрения;

- масса мотоцикла соизмерима с массой человека и груза.

Не останавливаясь на других менее значительных отличиях мотоциклов и автомобилей, можно заключить, что критерии устойчивости мотоциклов описываются большим числом параметров по сравнению с двухосным автомобилем.

Имея экспериментально подтвержденные расчетные формулы для основных критериев устойчивости мотоцикла, за которые принимаем критические скорости начала заноса и начала опрокидывания, можно выполнить расчетные исследования с целью изучения влияния различных параметров мотоцикла на его устойчивость. Это позволит на стадии проектирования заложить в конструкцию мотоциклов максимальную потенциальную устойчивость посредством выбора оптимальных параметров.

Актуальность темы диссертации. Обеспечение безопасности движения колесных машин - одна из актуальнейших проблем современного мира. Известно, что в результате дорожно-транспортных происшествий погибает больше людей, чем в локальных войнах и конфликтах. Из колесных машин наиболее скоростными являются автомобили и МТС, поэтому для них особую актуальность представляет повышение эффективности торможения и устойчивости движения, без которых невозможно обеспечить безопасность движения. По сравнению с автомобилем мотоцикл менее устойчив, отсутствует кабина - основной элемент пассивной безопасности транспортного средства. Поэтому мотоциклист и его пассажиры являются наиболее незащищенными и уязвимыми участниками дорожного движения. Дорожно-транспортные происшествия с их участием, как правило, отличаются наиболее тяжелыми последствиями.

В связи с изложенным особую актуальность приобретают работы, направленные на прогнозирование тормозных свойств и устойчивости мото8 циклов, которые могут стать основой повышения активной (совершенствование тормозной системы) и пассивной (увеличение потенциальной устойчивости мотоциклов выбором конструктивных параметров) безопасности мотоциклов.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнена в соответствии с планами НИР по темам: «Проектирование, эксплуатация и ремонт мобильных машин и средств механизации с/х производства» № гос. per. 01.9.90002330; «Разработка, исследование и внедрение в производство дискового тормоза с механическим приводом для мотоцикла ММВЗ», № гос. per. 01.200.207979; «Разработка, исследование и внедрение в производство барабанного тормоза с воздействием одной колодки на другую, № гос. per. 01.200.207980; «Проектирование, эксплуатация и ремонт колесных машин для горных условий», № гос. per. 01.2.00708203.

Цель исследований - повышение безопасности движения МТС совершенствованием методов прогнозирования устойчивости и тормозных свойств на этапе проектирования.

Задачи исследований:

- с целью прогнозирования эффективности известных тормозных систем МТС рассмотреть: взаимодействие разжимного кулака с роликами (нажимными поверхностями) тормозных колодок; взаимодействие разжимного клина с роликами и толкателями тормозных колодок; взаимодействие элементов винтовой передачи; разработать методы определения коэффициентов полезного действия разжимных (нажимных) устройств тормозных механизмов колесных машин;

- провести сравнительное исследование различных разжимных устройств тормозов колесных машин;

- разработать метод расчета двухколесного МТС на устойчивость движения;

- разработать метод расчета мотоцикла с коляской на устойчивость движения; 9

- разработать метод расчета трехколесного МТС на устойчивость движения;

- установить взаимосвязь конструктивных параметров и критериев устойчивости МТС;

- разработать имитационные математические модели торможения МТС и криволинейного движения, позволяющие прогнозировать характеристики движения МТС, оснащенного системами активной безопасности (САБ);

- произвести имитационное моделирование движения трехколесных МТС (трициклов) для случаев торможения с антиблокировочной системой (АБС), разгона с противобуксовочной системой (ПБС), поворота с системой динамической стабилизации (СДС) в различных условиях движения.

- разработать методы проведения дорожных испытаний мотоциклов на устойчивость и сравнить результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Объекты исследования: нажимные устройства барабанных и дисковых тормозов МТС и собственно мотоциклы - двухколесные, трехколесные и с коляской.

Методы исследования. При решении поставленных задач использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, аналитической механики, математического моделирования, а также разработанные методы проведения экспериментальных исследований по определению критических скоростей и углов бокового увода шин МТС. Основные результаты теоретических исследований сопоставлены с экспериментальными данными.

Научная новизна работы:

- впервые с единых позиций по влиянию на тормозные свойства МТС рассмотрено взаимодействие основных функциональных элементов разжимных (нажимных) устройств тормозных механизмов МТС и получены аналитические выражения для определения основного критерия их оценки - коэффициента полезного действия, позволившего провести сравнительные ис

10 следования и сделать обоснованные выводы, способствующие совершенствованию тормозной системы и улучшению тормозных свойств;

- разработаны методы расчета устойчивости движения МТС различных типов и получены аналитические выражения для определения основных критериев оценки устойчивости - критических скоростей опрокидывания и заноса, позволяющие установить их взаимосвязь с конструктивными параметрами, и тем самым повысить потенциальную устойчивость МТС;

- разработана имитационная математическая модель, позволяющая прогнозировать характеристики движения трехколесного МТС, оснащенного САБ, использование которых позволит повысить устойчивость МТС при торможении, разгоне и выполнении маневров.

Практическая значимость. Разработанные методы расчета и программные реализации на ЭВМ позволяют на стадии проектирования определить рациональные конструктивные параметры, обеспечивающие повышение эффективности тормозной системы и потенциальной устойчивости МТС.

Реализация работы. Разработанные в диссертации научные положения и рекомендации использованы для совершенствования перспективных двухколесных и трехколесных МТС завода им. В.А. Дегтярева и Минского мотовелозавода, Могилевского завода «Трансмаш» путем внедрения разработанных методов расчета в инженерную практику, а также в учебном процессе Горского государственного аграрного университета и Белорусско-Российского университета, путем включения полученных результатов в рабочие программы по дисциплинам «Автомобили» и «Автотранспортные средства».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Горского государственного аграрного университета, на республиканских и международных научно-технических конференциях (г. Владикавказ, г. Ставрополь, г. Могилев), международных научных симпозиумах (г. Ярославль, г. Москва), научном семинаре кафедры «Колесные машины» МГТУ им. Н.Э.

11

Баумана, научно-методическом семинаре кафедры «Автомобили» Горского госагроуниверситета, научно-техническом совете ОГК завода им. В.А. Дегтярева, научном семинаре кафедры «Автомобили» МГТУ «МАМИ».

Публикации. Основные научные результаты, отражающие важнейшие итоги диссертации, опубликованы в 56 трудах, в том числе: 3 монографии, 12 статей в центральных журналах («Автомобильная промышленность», «Тракторы и сельскохозяйственные машины»), 20 статей в научно-теоретических журналах, 4 статьи в рецензируемых сборниках научных трудов, 4 статьи в материалах международных научных симпозиумов, 3 авторских свидетельства (патента), 10 тезисов докладов на межвузовских, Всероссийских и международных научно-технических конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложения.