НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

УДК 7822

МГТУ им. Н.Э. Баумана

wolff_al@mail.ru

В настоящее время большое значение имеет перевозка крупногабаритных грузов. Одним из самых распространённых видов доставки таких грузов являются автомобильные грузоперевозки, основным преимуществом которых по сравнению с другими видами транспорта являются: относительно высокая скорость перевозки, мобильность автомобильного транспорта (возможность транспортировки груза на непосредственно заказчику без промежуточных разгрузок и погрузок на другой вид транспорта), высокая степень надежности при транспортировки опасных, скоропортящихся и хрупких грузов, сравнительно небольшая стоимость. Для транспортировки используют большегрузные транспортные средства, такие как тягач с полуприцепом. Опрокидывание тягача с полуприцепом ведет за собой большие убытки и образование заторов на дороге, особенно если речь идет о перевозке вредных веществ и отходов. Ликвидировать последствия таких аварий очень сложно, поскольку они ведут к значительному загрязнению окружающей среды. В связи с этим важнейшей задачей является минимизация риска опрокидывания.

В настоящее время эта задача решается с помощью системы обеспечения поперечной устойчивости (RollStabilitySupportsystem  или RSS). Система обеспечения поперечной устойчивости относится к системам активной безопасности. Это означает, что она может использовать тормозную систему и самостоятельно привести в действие тормоза транспортного средства без участия водителя. Система поперечной устойчивости полуприцепа определяет, когда возникает риск опрокидывания, например, на основании  увеличения поперечного ускорения, а так же значительного снижения нагрузки на колеса , едущие по внутренней стороне поворота. На колеса, движущиеся по внешней стороне поворота, подается высокое тормозное давление, чтобы своевременно предотвратить возможность опрокидывания. Можно отметить, что в этом случае тормозная система работает, не достаточно эффективно, в связи этим, система обеспечения поперечной устойчивости  не может дать полную гарантию выполнения поставленной задачи в случае возникновения экстремальной ситуации на дороге. Например, когда водитель, управляя тягачом с груженым полуприцепом, вынужден резко повернуть руль при большой скорости автомобиля. В этой ситуации существует риск опрокидывания, поскольку реакции системы обеспечения поперечной устойчивости может быть не достаточно для стабилизации движения транспортного средства. Кроме того, одностороннее торможение непосредственно не препятствует увеличению центробежной силы, которая является одной из основных причин опрокидывания полуприцепа.

Автором предлагается усовершенствовать систему поперечной устойчивости полуприцепа и снизить риск опрокидывания, за счет применения регулируемой пневматической подвески с пневматическими рессорами с дискретной коммутацией полостей сжатого воздуха. Распространение пневморессор на автомобилях связано с их преимуществом по сравнению с другими упругими элементами: простотой регулирования основных показателей и изменения характеристик подвески. Регулирование пневматической подвески произво­дится за счет подвода или отвода  воздуха в пневморессоры. В результате такого регулирования легко можно изменять положение кузова и колес, жесткость подвески и частоту собственных колебаний кузова. Грузо­подъемность пневморессоры обеспечивается давлением сжатого воздуха (или газа), а жесткость — объемом, в котором этот воздух находится. На рисунке 1 представлены используемые в настоящий момент в автомобилестроении основные типы рессор. Однако эти рессоры не учитывают решения задачи риска опрокидывания.

Рис. 1. Пневматические рессоры рукавного и баллонного типов

Автор настоящей статьи предлагает использовать конструкцию пневматических рессор с дискретной коммутацией, которая представлена на рисунке 2. Пневматическая рессора  с дискретной коммутацией состоит из следующих основных частей:демпфируемой части (поз.2), аккумулирующей части (поз.4) и импульсного электроклапана (поз.3). В качестве демпфирующей части используется резинокордная оболочка (поз.1), а в качестве аккумулирующей- металлический каркас.

Рис. 2. Пневматическая рессора с дискретной коммутацией полостей

При движении полуприцепа в нормальных условиях, клапан открыт, и работа подвески осуществляется в обычном режиме.

Рассмотрим работу подвески полуприцепа при возникновении риска опрокидывания.  Будем исследовать трехосный полуприцеп, поскольку  именно он получил широкое распространение для осуществления крупногабаритных и большегрузных перевозок в связи с простотой обслуживания, маневренностью и большей (до 40 тонн), по сравнению с двухосными полуприцепами, грузоподъемностью.

Для усовершенствования системы обеспечения поперечной устойчивости автором предлагается структура, представленная на рисунке 3.

Рис. 3. Схема пневматической подвески полуприцепа с пневморессорами с дискретной коммутацией

На рисунке изображен трехосный полуприцеп с шестью пневморессорами с дискретной коммутацией полостей сжатого воздуха. Пневморессоры установлены на зависимой подвеске с направляющими устройствами в виде продольных рычагов. Эти подвески помимо пневморессор имеют гидравлические амортизаторы для улучшения плавности хода. Передняя ось полуприцепа является подъемной в случае отсутствия груза на прицепе. На второй и третьей осях установлены датчики частоты вращения колес и датчики поперечного ускорения. Эти датчики являются источниками информации для работы антиблокировочной системы и систем поперечной стабилизации. Электронный блок управления управляет клапанами пневморессор с дискретной коммутацией

В блоке управления анализируется входная информация о: скорости вращения колес, нагрузке, повороте руля и величине поперечного ускорения. При возникновении риска опрокидывания с блока управления поступает управляющий сигнал на исполнительное устройство. Исполнительным устройством являются клапана пневматических рессор внешних к повороту колес. Под действием управляющего сигнала, клапана пневморессор внешней стороны закрываются. Быстрое закрытие клапанов приводит к резкому увеличению жесткости пневморессор. Такая система существенно уменьшает риск опрокидывания, которое происходит очень быстро, поэтому для эффективной работы системы особенно важно быстродействие. Благодаря рациональной конструкции пневморессор увеличение жесткости происходит за доли секунды, увеличивая вертикальную силу и препятствуя развитию центробежной силы.

Характеристика пневморессоры (зависимость вертикальной силы от перемещения) в общем случае определяется степенью сжатия воздуха. При большом объеме пневморессоры увеличение вертикальной силы незначительно. Такие рессоры способствуют улучшению плавности хода (мягкая подвеска). При значительном уменьшении рабочего объема сжатого воздуха в  пневморессоре происходит существенное увеличение вертикальной силы, таким образом, управляемые рессоры с дискретной коммутацией могут значительно воспрепятствовать центробежной силе.

На рисунке 4, представлены характеристики пневморессоры с дискретной коммутацией полостей в обычном режиме и при возникновении риска опрокидывания, когда клапан закрыт. Как видно из графика, в нормальном режиме работают оба объема пневматической рессоры с дискретной коммутацией, и вертикальная сила увеличивается незначительно. При работе только одного объема происходит рост вертикальной силы

Рис. 4. Характеристика пневматической рессоры

Таким образом, при возникновении риска опрокидывания, предлагаемая система обеспечения поперечной устойчивости будет не только тормозить колеса, движущиеся по внешней стороне поворота, но и увеличивать  жесткость подвески на этой стороне, сводя к минимуму риск опрокидывания даже при возникновении экстремальной ситуации.

Дальнейшая задача исследования состоит в тщательном анализе системы регулировки жесткости, построении детальной математической модели и поведении эксперимента на специально оборудованном стенде лаборатории НПЦ СМ МГТУ им. Баумана, в котором представлена модель подвески трехосного полуприцепа с пневморессорами.

Список литературы:

1.     Цыбин В.С.,. Галашин В.А Легковые автомобили. М.: Просвещение,1996.239с.

2.     Калашников Б.А. Системы амортизации объектов с дискретной коммутацией упругих элементов. Омск: Изд-во ОМ ГТУ,2008.344с.