В роботі проведені основні елементи розрахунків необхідні при розробці системи вимірювання фактичної прямолінійною швидкості руху автомобіля типу «П'яте колесо». Описано математичну модель кочення вимірювального колеса без прослизання по опорній поверхні в двох режимах руху (прискореному і уповільненому). Визначено величину вертикальних переміщень вимірювального колеса при клювки і присіданні кузова автомобіля щодо опорної поверхні. Визначено хід переміщення системи підресорювання вимірювального колеса.

Анотація наукової статті з механіки і машинобудування, автор наукової роботи - Брюхов А.П., Козирін Н.С.


MATHEMATICAL DESCRIPTION OF ROLLING OF MEASURING WHEEL SYSTEM "FIFTH WHEEL"

The work provides the main calculation elements required for the development of a system for the measurement of the actual straight-line speed of the automobile "Fifth wheel." It describes the mathematical model of the measuring wheel rolling without slipping on the supporting surface in two modes of movement (acceleration and deceleration). The magnitude of the vertical displacement of a measuring wheel at graze burst and bottoming of the car body in relation to the bearing surface is determined. The course of movement of the system cushioning the measuring wheel is also determined.


Область наук:
  • Механіка і машинобудування
  • Рік видавництва діє до: 2017
    Журнал: Міжнародний науково-дослідний журнал
    Наукова стаття на тему 'МАТЕМАТИЧНЕ ОПИС КОЧЕННЯ ВИМІРЮВАЛЬНОГО КОЛЕСА СИСТЕМИ 'П'ЯТЕ КОЛЕСО''

    Текст наукової роботи на тему «МАТЕМАТИЧНЕ ОПИС КОЧЕННЯ ВИМІРЮВАЛЬНОГО КОЛЕСА СИСТЕМИ" П'ЯТЕ КОЛЕСО "»

    ?and on Prospect till 2020 "program] / EV Bondarenko, AA Filippov, RT Shajlin // Aktual'nye voprosy innovacionnogo razvitija transportnogo kompleksa: materialy 3-ej mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Topical issues of innovative development of a transport complex: materials of the 3rd international scientific and practical conference]. - Orel: FGBOU VPO «Gosuniversitet - UNPK», 2013. - P. 41-45. [in Russian]

    3. Bondarenko E.V. Kojefficient potrebitel'skoj ocenki rezul'tativnosti dejatel'nosti obsluzhivajushhih predprijatij, kak osnova dlja razrabotki innovacionnyh proektov [Coefficient of consumer assessment of effectiveness of activity of the serving enterprises as basis for development of innovative projects] / E.V. Bondarenko, A.A. Filippov, R.T. Shajlin // Mir transporta i tehnologicheskih mashin [World of transport and technological machines]. - 2014. - № 1. - P. 15-21. [In Russian]

    4. Bondarenko E.V. Formirovanie seti zapravochnyh stancij komprimirovannym prirodnym gazom [Formation of network of fuel stations compressed natural gas] / E.V. Bondarenko, A.M. Fedotov, R.T. Shajlin // Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of the Orenburg state university]. - 2014. - №10. - P.23-29. [In Russian]

    5. Filippov A.A. Povyshenie jeffektivnosti jekspluatacii avtotransportnyh sredstv putjom podbora al'ternativnyh vidov topliva [Increase in efficiency of operation of vehicles by selection of alternative types of fuel]: dis. ... of PhD in Engineering: 05.22.10: defense of the thesis 21.01.2005: approved. 13.05.2005 / Filippov Andrej Aleksandrovich. - Orenburg, 2005. -135 p. [In Russian]

    DOI: 10.23670 / IRJ.2017.55.138 Брюхов А.П.1, Козирна Н.С.2

    1,2Магістрант, Пермський державний технічний університет МАТЕМАТИЧНЕ ОПИС КОЧЕННЯ ВИМІРЮВАЛЬНОГО КОЛЕСА СИСТЕМИ

    «П'ЯТА КОЛЕСО»

    Анотація

    В роботі проведені основні елементи розрахунків необхідні при розробці системи вимірювання фактичної прямолінійною швидкості руху автомобіля типу «П'яте колесо». Описано математичну модель кочення вимірювального колеса без прослизання по опорній поверхні в двох режимах руху (прискореному і уповільненому). Визначено величину вертикальних переміщень вимірювального колеса при клювки і присіданні кузова автомобіля щодо опорної поверхні. Визначено хід переміщення системи підресорювання вимірювального колеса.

    Ключові слова: вимірювання швидкості, дослідження гальмівної ефективності, мобільна лабораторія, система типу «П'яте колесо», теорія кочення деформованого колеса, кочення вимірювального колеса без прослизання, величина крену кузова автомобіля.

    Bryukhov A.P.1, Kozyrin N.S.2 ^ Undergraduate student, Perm National Research Polytechnic University MATHEMATICAL DESCRIPTION OF ROLLING OF MEASURING WHEEL SYSTEM "FIFTH WHEEL"

    Abstract

    The work provides the main calculation elements required for the development of a system for the measurement of the actual straight-line speed of the automobile "Fifth wheel." It describes the mathematical model of the measuring wheel rolling without slipping on the supporting surface in two modes of movement (acceleration and deceleration). The magnitude of the vertical displacement of a measuring wheel at graze burst and bottoming of the car body in relation to the bearing surface is determined. The course of movement of the system cushioning the measuring wheel is also determined.

    Keywords: speed measurement, research braking effectiveness, mobility laboratories, the system of the "Fifth Wheel", theory of deformable rolling wheels, rolling measuring wheel without slipping, the value of the car body roll.

    Устаткування для вимірювання фактичної швидкості руху автомобіля необхідно при проведенні в севозможних випробувань і досліджень автомобіля, таких як випробування на керованість і стійкість, дослідження ефективності гальмівної системи автомобіля, визначення тягово-швидкісних і інших експлуатаційних характеристик автомобіля, а так само перевірка відповідності вимог безпеки технічного стану.

    Система типу «П'яте колесо» зарекомендувало себе найбільш практичною і надійною для випробування при прямолінійній нереверсивного русі по рівних опорних поверхонь з твердим покриттям. Системи є однією з елементів мобільної лабораторії для досліджень ефективності гальмування автомобіля. Існують і інші системи вимірювання швидкості руху, але найбільш простий з технологічної і конструктивної точки зору є саме ця система.

    Також існує можливість застосування для вимірювання параметрів руху автомобіля за допомогою вимірювальних систем з оптичними датчиками швидкості або з GPS - приймачем, але в першому випадку велика ймовірність збоїв при роботі на деяких видах покриття, у другому випадку не забезпечується необхідна точність вимірювань [1, С. 3].

    З метою мінімізації виникають похибок при прослизанні вимірювального колеса необхідно скласти модель його кочення при прискореному і уповільненому русі випробуваного автомобіля. Науці відомо безліч теорій кочення колеса. Потреба в теоріях кочення колеса з еластичною шиною обумовлюється різноманітністю інженерних задач про коливання і курсової стійкості автомобіля, і складність процесів, що протікають в зоні контакту шини з опорною поверхнею і в самій шині.

    Завдання вирішальні курсову стійкість засновані на гіпотезі, що при наявності, діючої на колесо поперечної горизонтальної реакції виникає бічне відведення шини. Дана теорія не може бути застосована при описі кочення вимірювального колеса, так як в загальному випадку на колесо не діє поперечних реакцій, а зміна курсу руху відбувається лише при маневруванні на полігоні, випробування по дослідженню гальмівних властивостей, відбуваються при прямолінійній русі.

    Більш повна модель кочення колеса розглянута М. В. Келдишем. У теорії М. В. Келдиша розглянута складна деформація шини, при коченні без ковзання по плоскій опорної поверхні при наявності постійного навантаження. Також розглядаються узагальнення і уточнення для побудови моделі кочення колеса з еластичною шиною по нерівній поверхні при швидко мінливих навантаженнях. Дана теорія дуже складна і не підходить в повній мірі для застосування в описі кочення вимірювального колеса, більш докладне ознайомлення з даною теорією винесено на розгляд в магістерської дисертації [2, С.6].

    Так само має місце бути пружним моделям кочення шин, що дозволяють оцінити характер і закономірність деформації шини, встановити залежність між реакцією з боку опорної поверхні і деформаціями шини. Оскільки в якості вимірювального колеса застосовується велосипедне колесо і шосейна шина, що володіє мінімальною деформацією для мінімізації опору коченню, дана теорія не може бути застосована в повній мірі в силу малих деформацій шини [3, С. 120].

    У моделі кочення вимірювального колеса розглянуто кочення вимірювального колеса по плоскій поверхні при постійній вертикальної навантаженні при двох режимах кочення колеса, прискореному і уповільненому русі автомобіля. Перед моделлю стоїть завдання у визначенні необхідної притискної сили для руху вимірювального колеса без прослизання [4, с.30].

    На вимірювальне колесо діє притискна сила Р2 в вертикальному напрямку перпендикулярно опорній поверхні, нормальна навантаження колеса. У поздовжньому напрямку діє тягова сила Рх. Нормальна реакції опорної поверхні спрямована вгору перпендикулярно площині дороги, точка докладання зміщена на величину аш щодо центру на підставі колеса. Поздовжня реакція Ях розташована в площині дороги і спрямована прискоренню руху. Так само прискорене або уповільнене обертання колеса супроводжується моментом інерції Котіться колеса викликає силу опору коченню Ру і момент опору кочення Му спрямований проти руху. Вихідні дані для розрахунку представлені в Таблиці 1.

    Таблиця 1 - Вихідні дані для розрахунку

    Параметр Літерне позначення Значення

    Коефіцієнт зчеплення для асфальтобетонного покриття <Рх 0,8

    Коефіцієнт опору коченню для асфальтобетонного покриття г 0,014

    Поздовжнє прискорення автомобіля при гальмуванні, м / с2] т 7

    Поздовжнє прискорення автомобіля при розгоні, м / с2? У 5

    Момент інерції вимірювального колеса, кгм Л 0,17

    Динамічний радіус вимірювального колеса, мм Гд 0,33

    Складається схема сил діючих на вимірювальне колесо при уповільненому і прискореному русі автомобіля (рис. 1 і рис. 2 відповідно).

    Мал. 1 - Розрахункова схема при уповільненому русі Система рівнянь для уповільненої руху автомобіля має вигляд:

    У _ Рх • тк] до Р х Рх

    й сік

    = ~ ^ 'Гд ~ Рг' аш

    (1) (2) (3)

    Мал. 2 - Розрахункова схема при прискореному русі колеса Система рівнянь для даної розрахункової схеми має вигляд, при відсутності вертикальних прискорень:

    УУ Рх • ^? К = -ях + Рх

    й сік

    = Рх 'Дд - Рг' ай

    (4)

    (5)

    (6)

    При русі колеса виникають втрати енергії на тертя шини та опорної поверхні, а так само деформацію шини. В результаті цих втрат виникає сила опору коченню Умовна кількісна характеристика визначає ставлення сили опору кочення Рг до нормальної реакції К2 опорної поверхні, називається коефіцієнтом опору кочення, значення якого є табличним в залежності від типу покриття. Сила опору кочення утворює момент опору кочення Мг на плечі гд.

    РГ / = - 'Рг

    МГ = РГ Гд

    (7)

    (8)

    Сила зчеплення є максимальне значення горизонтального реакції і пропорційна вертикальної навантаженні на колесо і залежить від коефіцієнта зчеплення. Коефіцієнт зчеплення, існує поздовжній і поперечний, в даному випадку розглядається поздовжній, залежить в свою чергу від конструктивних параметрів шини та типу дорожнього покриття.

    РСЦ = рх 'Р г

    МСЦ РСЦ Гд

    (9)

    Для першого випадку (уповільнення) рівняння моментів має вигляд:

    МЩ = мг-(ID

    МСЦ = Л-ТТК + М / (12)

    Для другого випадку (прискорення) рівняння моментів має вигляд:

    d з до dt

    У разі кочення уповільнення прослизання коліс виникає при такому моменті опору коченню, який більше суми моменту зчеплення і моменту інерції

    Як видно з рівняння (12) прослизання колеса при його прискореному коченні, виникає, коли момент інерції і момент опору коченню перевищує момент створюваний силою зчеплення шини з дорогою.

    В якості вимірювального колеса виступає колесо шосейного велосипеда, яке володіє малим моментом інерції, а покришка має достатню твердість, при якій момент опору коченню не великий. З чого можна зробити висновок, що при наявності достатньої вертикального навантаження, прослизання вимірювального колеса виникати не будуть.

    Нормальна реакція опорної поверхні чисельно дорівнює вертикальному навантаженні на вимірювальне колесо. Мінімальна необхідна величина притискного зусилля становить 12 Ньютоновий (в режимі уповільненого руху). Визначивши необхідну притискну силу подальшим етапом роботи, є дослідження впливу подовжнього крену кузова при русі автомобіля на роботу вимірювального колеса.

    Наведені розрахунки являють собою передумову для подальшого розрахунку системи підресорювання і розробки елементів конструкції вимірювальної системи типу «П'яте колесо», що застосовується для проведення випробувань автомобільного транспорту.

    Список літератури / References

    1. Кристалічний С. Р. Принцип створення шинного тестера на базі серійного легкового автомобіля / С. Р. Кристалічний, В. Н. Задворнов, Н. В. Попов, В. А. Фомічов. // Журнал автомобільних інженерів. - 2013. - № 5 (82). - С.38-45.

    2. Келдиш М. В. Шиммі переднього колеса триколісного шасі / М. В. Келдиш. -М., Бюро нової техніки НКАП, 1945, 34 с.

    3. Хачатуров А. А. Динаміка системи дорога - шина - водій / А. А. Хачатуров. - М .: Машинобудування, 1976. - 535 с.

    4. Литвинов А. С., Автомобіль. Теорія експлуатаційних властивостей / А. С. Литвинов, Я. Е. Фаробін. - М .: Машинобудування, 1989. - 243 с .;

    Список літератури англійською мовою / References in English

    1. Crystal SR, Princip sozdanija shinnogo testera na baze serijnogo legkovogo avtomobilja [Principle of establishing a bus tester on the basis of serial car] / SR Crystal, VN Zadvornov, NV Popov, VA Fomichev // Zhurnal avtomobil'nyh inzhenerov [Journal of automotive engineers]. - 2013. - № 5 (82). - P.38-45. [In Russian]

    2. Keldysh M. V. Shimmi perednego kolesa trehkolesnogo shassi [Shimmy front wheel tricycle undercarriage] / M. V. Keldysh. -M., Bjuro novoj tehniki NKAP, 1945, 34 P. [in Russian]

    3. Khachaturov A. A. Dinamika sistemy doroga - shina - voditel '[Dynamics of system road - tyre - car - driver] / A. A. Khachaturov. - M.: Mashinostroenie, 1976. - 535 P. [in Russian]

    4. Litvinov A. S., Avtomobil '. Teorija jekspluatacionnyh svojstv [Car. Theory of operating properties] / A. S. Litvinov, J. E. Farobin. - M .: Mashinostroenie, 1989. - 243 P. [in Russian]

    DOAJ

    Всі матеріали, опубліковані в Міжнародному науково-дослідному журналі, розміщуються в депозитарії наукових видань Університету Лунда. DOAJ (Лунд, Швеція) [http://www.doaj.org/].

    Таким чином, публікації наших авторів доступні ще більшому колу дослідників, що піднімає їх статус і збільшує можливість цитування.


    Ключові слова: ВИМІР ШВИДКОСТІ / SPEED MEASUREMENT / ДОСЛІДЖЕННЯ ТОРМОЗНОЙ ЕФЕКТИВНОСТІ / МОБІЛЬНИЙ ЛАБОРАТОРІЯ / СИСТЕМА ТИПУ "П'ЯТЕ КОЛЕСО" / THE SYSTEM OF THE "FIFTH WHEEL" / ТЕОРІЯ КОЧЕННЯ деформованість КОЛЕСА / THEORY OF DEFORMABLE ROLLING WHEELS / Кочення ВИМІРЮВАЛЬНОГО КОЛЕСА без прослизання / ROLLING MEASURING WHEEL WITHOUT SLIPPING / ВЕЛИЧИНА крен кузова АВТОМОБІЛЯ / THE VALUE OF THE CAR BODY ROLL / RESEARCH BRAKING EFFECTIVENESS / MOBILITY LABORATORIES

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити