НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

УДК 629.3.017.3

МГТУ им. Н.Э. Баумана

p_sark@mail.ru

На сегодняшний день наиболее существенными проблемами остаются проблемы с экологией. И что особенно опасно – динамика отрицательная, и климатические изменения носят уже необратимый характер. В этой связи в международном сообществе автомобильных инженеров первостепенной ставится задача приближения к так называемой «экологически устойчивой транспортной системе», способной существовать длительное время, не нанося необратимых изменений окружающей среде. Процесс развития технологий по сокращению вредного влияния на окружающую среду должен быть не столько динамичным, сколько устойчивым и уверенным. Поэтому сегодня необходимо плавно осваивать и отлаживать новые конструктивные решения.

В сфере коммерческого транспорта примером подобных решений может являться концепция четырёхосных шасси с трансформируемым движителем. Она предполагает четырехосное шасси грузового автомобиля с колесной формулой 8×6, отличающееся тем, что первая ось выполнена ведущей и управляемой на односкатной ошиновке, вторая и третья оси выполнены ведущими на двускатной ошиновке, неуправляемыми, подъёмными, четвёртая ось выполнена управляемой, ведомой на односкатной ошиновке, подъёмной. При этом связь между рулевыми трапециями первой и четвёртой осей выполнена гибкой с помощью гидравлического контура, управляемого специальным устройством в зависимости от режима движения, второй мост выполнен проходным. Раздаточная коробка выполнена с возможностью отключения общего привода на вторую и третью оси. Подобная идея позволяет сократить радиус поворота шасси за счёт смещения неуправляемых осей, как правило, балансирной тележки, ближе к середине длины рамы (рис. 1).

Рис. 1. Поворот шасси при всех опорных осях.

Однако, дополнительные возможности открывает подъём неуправляемых осей в порожнем состоянии – это позволяет обеспечить режим, когда все опорные оси являются управляемыми. Тогда возможен поворот с минимальным радиусом (рис. 2), а также режим движения параллельным переносом – так называемый крабовый ход (рис. 3).

Рис. 2. Поворот шасси с минимальным радиусом.

Рис. 3. Движение шасси параллельным переносом.

При движении в порожнем состоянии со скоростью, превышающей скорость маневрирования, заднюю управляемую ось целесообразно блокировать для обеспечения устойчивости шасси (рис. 4).

Рис. 4. Поворот шасси в магистральном режиме в порожнем состоянии.

Описанные конструктивные решения позволяют существенно экономить на износе шин – 8 шин не подвержены износу на 50% пробега, соответственно и сокращать сопротивление качению, то есть расход топлива и выбросы парниковых газов. Широкие возможности по режимам поворота повышают показатели манёвренности шасси [1], которое при своей грузоподъёмности не имеет аналогов, сочетающих такие же качества. Важной особенностью является то, что данная концепция актуальна для транспортных средств, для которых относительный пробег в порожнем состоянии составляет около 50 %: наиболее распространённые примеры – это самосвалы и цистерны. Помимо этого, семейство подобных машин предполагает наличие внедорожного шасси (рис. 5).

Рис. 5. Семейство четырёхосных шасси с трансформируемым движителем.

Оно имеет иное назначение. Прежде всего, такая машина – полноприводная, то есть имеется отключаемый привод на заднюю ось. И при этом штатным состоянием является случай с поднятыми осями тележки. Тогда по несущей способности двух осей определяется полная масса шасси – около 20 тонн [2]. При необходимости дискретно, но существенно повысить проходимость, а именно сократить удельное давление на грунт, поднятые оси опускаются и работают как дополнительный движитель, уменьшая нагрузку на грунт и передавая продольную силу тяги [3].

Таким образом, подобная схема оправдана в тех применениях, где наибольшую важность представляет манёвренность в сочетании с средним и длинным плечом ездки.

Однако, исследование теоретической части не является достаточным для оценки достоинств, недостатков и перспектив того или иного конструктивного решения. Важной составляющей общей характеристики является реализация данного режима, а именно конструктивные мероприятия, обеспечивающие возможность и полноценное функционирование автотранспортного средства.

В случае подъёма осей балансирной двухосной тележки они не должны воспринимать крутящий момент. Следовательно, он не должен передаваться на карданный вал тележки из раздаточной коробки. Задача сводится к внедрению в стандартную раздаточную коробку механизмов отключения привода.

В ходе подобного проектирования была разработана конструкция раздаточной коробки, унифицированной с аналогами, но отличающейся возможностями отключения каждого выходного вала.

Задача обеспечения отключаемого привода решена по распространённой схеме, применяемой, в частности, на автомобиле Урал 375Д. Кинематическая схема разработанной коробки показана схематично на рис. 6.

Рис. 6. Кинематическая схема раздаточной коробки.

Механизмы отключения крутящего момента (рис. 7, 8) выполнены таким образом, что отключение предполагается при неподвижных колёсах. Это вызвано отсутствием синхронизирующих элементов на валах (они имели бы недлопустимо большие размеры), а также отказом от применения всевозможных фрикционных пар.

Рис. 7. Механизм отключения привода осей тележки.

Рис. 8. Механизм отключения привода передней оси.

Проблемы отключения крутящего момента решены, но вопросы обеспечения требуемого тормозного момента в тяжёлых условиях остаются недостаточно проработанными. Из-за увеличившегося расстояния между первой и второй осями тормозные механизмы передней оси воспринимают повышенную нагрузку.

Повсеместное многолетнее применение барабанных тормозных механизмов с пневмоприводом на грузовых АТС обусловлено рядом их преимуществ. В последнее время в погоне за стабильностью характеристик и снижением массы производители всё чаще используют дисковые тормозные механизмы, однако их применение ограничено, в частности, их уязвимостью [4].

Попытка совместить преимущества дискового и барабанного тормоза выражается в конструкции дискового тормозного механизма закрытого типа, представленного на рис. 9.

Рис. 9. Схема исследуемого дискового тормозного механизма закрытого типа.

Конструктивное исполнение (рис. 10, 11) подразумевает два разнесённых диска (1 и 2), каждый из которых имеет одну плоскую поверхность трения, и одну – обратную первой – оребрённую. Два диска – внутренний (1) и наружный (2) относительно продольной оси шасси различаются между собой – наружный диск со стороны оребрения имеет массив крёпёжных отверстий, с помощью которых он крепится к ступице (3) колеса (4), центрируясь относительно неё по внутреннему диаметру.

Рис. 10. Компоновка основных элементов привода.

Рис. 11. Конструктивное исполнение механизма. Разрезы вертикальной плоскостью, смещённой от оси вращения колеса, и разрез горизонтальной плоскостью, проходящей через ось колеса.

На наружный диск устанавливается барабан (5), представляющий собой цилиндрическую тонкостенную оболочку с участками разных диаметров, и шлицевыми соединениями с двух его сторон: с помощью одного шлицевого соединения барабан устанавливается на наружный диск, с помощью другого – в барабан устанавливается внутренний диск.

Последнее шлицевое соединение на барабане имеет кольцевую внутреннюю проточку для установки в неё шлицевого кольца (6). Кольцо устанавливается в барабан в осевом направлении, сопрягаясь по шлицевому соединению, до тех пор, пока выступы кольца не попадут в проточку. После чего кольцо поворачивают в окружном направлении на угол, соответствующий совмещению выступов. Таким образом, кольцо фиксирует внутренний диск от осевых перемещений в направлении действия усилия колодки. Направляющий кронштейн (7) крепится к поворотному кулаку (8) групповым болтовым соединением.

Шток пневмокамеры (9) проходит в компактный проём между диском и кронштейном. Корпус штока (10) крепится к корпусу разжимного механизма (11), являющегося плавающим относительно кронштейна. Поэтому усилие от пневмокамеры не передаётся на направляющие втулки.

На тормозные диски в таком случае налагаются компоновочные ограничения, а также критерии ремонтопригодности и вопросы обслуживания механизма. Решением стало применение технологии «колотых дисков», успешно применяемое фирмой KNORR-BREMSE.

Согласно этому решению, когда износ диска требует его замены, вместо тормозной колодки в суппорт устанавливается клин и ответная ему деталь. Затем штатным нажатием на педаль тормоза под действием концентрированной нагрузки от пневмопривода прижатия колодок диск раскалывается пополам. Затем последовательным проворотом его половины удаляются из узла не в осевом, а в радиальном направлении, что позволяет не демонтировать все установленные на мосту элементы.

Разработанную конструкцию следует сравнить с исходным аналогом: для ведущей управляемой оси разработанный узел дороже и тяжелее аналога, имеет больший осевой габарит, но наряду с этим характеризуется значительно более эффективным теплоотводом, защищённостью барабаного механизма и стабильностью свойств, присущей дисковому механизму. Анализ всех полученных характеристик узла привёл к следующему заключению: разработка будет востребована в тех применениях, где основную важность представляют защищённость и стойкость к интенсивной нагрузке.

Таким образом, исследована теоретическая основа концепции трансформируемого движителя для четырёхосных шасси, проанализированы вопросы её конструктивной реализации, спроектированы и доработаны необходимые узлы и агрегаты, обеспечены требования стандартов [5].

Результаты свидетельствуют о следующем:

1.      Необходимые изменения в раздаточной коробке носят характер модернизации покупного узла и не являются трудоёмкими;

2.      Около 95% деталей раздаточной коробки унифицированы с имеющимися на рынке агрегатами, включая наиболее дорогие (картерные детали, валы в сборе);

3.      Тормозной механизм является самостоятельной разработкой, тем не менее, ряд его элементов унифицирован.

4.      Тормозной механизм обладает рядом преимуществ, таких как стабильность, защищённость, эффективность теплоотвода, которые в исследуемом применении оправдывают его недостатки, такие как высокая стоимость и масса.

На этом поставленные задачи можно считать выполненными.

На сегодняшний день в сложившейся в машиностроении ситуации только активный поиск новых решений может осуществить движение вперёд, к новым характеристикам, отвечая современным требованиям, удовлетворяя потребности потребителей, сохраняя окружающую среду, достигая нового уровня качества.

Литература

1.      Ларин В.В. Теория движения полноприводных колёсных машин: учебник / В.В. Ларин. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 391, [1] с.: ил.

2.      Проектирование полноприводных колёсных машин: Учебник для вузов: В 3 т. Т. 3 / Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов, Л.Ф. Жеглов и др.; Под ред. А.А. Полунгяна. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 432 с.: ил.

3.      Гладов Г.И., Саркисов П.И. Анализ влияния расположения осей на управляемость четырёхосных  колёсных машин // Проектирование колёсных машин. Материалы Всероссийской научно-технической конференции, посвящённой 100-летию начала подготовки инженеров по автомобильной специальности в МГТУ им. Н.Э. Баумана 25-26 ноября 2009 г. – 2009. – с. 83-85.

4.      ГОСТ Р 41.13—99 (Правила ЕЭК ООН № 13). Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения механических транспортных средств категорий M, N и O в отношении торможения. [Текст]. – Введ. 1999–05–26. – М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2006 – II, 113 с.: ил.

5.      ГОСТ Р 52302-2004. Автотранспортные средства. Управляемость и устойчивость. Технические требования. Методы испытаний. [Текст]. – Введ. 2006–01–01. – М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2005 – III, 27 с.: ил.