Рис. 33. Осциллограммы записи фазовых сдвигов амплитуд вертикальных и

угловых колебаний

Из выражения (26) видно, что динамическая нагрузка, действующая в ходовой части, определяется в первую очередь амплитудами вертикальных и угловых колебаний подрессоренной массы. Это означает, что все выводы о влиянии схемы ходовой части на параметры колебаний, полученные в гл. 2, полностью относятся к оценке схем с точки зрения динамических нагрузок, вызываемых колебаниями подрессоренной массы. Вероятно, как колебания, так и динамические нагрузки мало зависят от схемы расстановки осей по базе и от числа осей. На уменьшение динамических нагрузок можно эффективно повлиять улучшением параметров подрессоривания, а не выбором той или иной схемы компоновки ходовой части.

По экспериментальным данным для всех типов многоосных автомобилей, имеющих удовлетворительное подрессоривание, среднее значение максимального коэффициента динамичности /Сдтах = 2,9...3,5, т. е. приближенно можно считать его для всех типов машин постоянным. В случае неудовлетворительных характеристик подрессоривания динамические нагрузки могут превосходить указанные значения во много раз.

Так, при испытании опытного автомобильного крана, смонтированного на шасси, имевшем неудовлетворительное подрессоривание, значения динамических нагрузок были таковы, что рычаги подвески передних колес быстро выходили из строя, осыпалась активная масса пластин аккумуляторных батарей и происходили поломки деталей ходовой части. Такие нагрузки возникали при движении со скоростью 23... 27 км/ч по грунтовым дорогам, на которых встречались периодические неровности Sh = 8... 10 м, Ян = 100... 150 мм. После проезда трех неровностей автокраном наступал резонанс продольно-угловых колебаний, при котором передние колеса отрывались от грунта и поднимались на высоту до 500 мм. При падении с этой высоты возникали недопустимые динамические нагрузки. Опасность такого явления усугублялась еще тем, что оно сопровождалось потерей управляемости, возникали на эксплуатационных скоростях движения по неровностям, часто встречающимся на дорогах и плохо различимым водителем.

Анализ описанного явления позволил установить две основные причины его Бозникиовения: непригодность подвески колес автомобиля и малая база шасси. Автомобиль имел полуподвесочную схему -задние оси не имели упругих элементов и амортизаторов, в результате чего гашение колебаний было очень низким. База шасси автомобиля такова, что иа неровностях 5н = 8... 10 м возмущающая функция продольно-угловых колебаний имела максимум, увеличенный из-за отсутствия упругих элементов на задних осях (см. гл. 11). Введение подрессоривания задних осей и установка амортизаторов соответствующей мощности иа передних и задних осях позволили устранить серьезные недостатки автомобильного крана.

Этот пример показывает, насколько важен выбор оптимальных характеристик подрессоривания для многоосных автомобилей для обеспечения надежности ходовой части.

20. ПРОФИЛЬНЫЕ НАГРУЗКИ В ХОДОВОЙ ЧАСТИ

К большинству многоосных автомобилей предъявляется обязательное требование возможности движения вне дорог по местности и на строительных площадках через искусственные и естественные препятствия, съезда с усовершенствованных дорог на бездорожье и т. п. Это требование определяется условиями использования некоторых многоосных автомобилей. Кроме того, большие неровности могут встречаться и на грунтовых дорогах. В связи с этим важно рассмотреть дополнительные нагрузки, возникающие в ходовой части при движении через неровности.

Полный ход подвески современных многоосных автомобилей сравнительно невелик и не превышает 200...300 мм. При движении по неровностям на дорогах наблюдаются значительные перераспределения нагрузок, отдельные оси полностью разгружаются, а другие испытывают значительные перегрузки. При движении вне дорог, а также по искусственным и естественным неровностям это явление еш,е больше усугубляется.

Все встречающиеся неровности и препятствия по их воздействию на ходовую часть можно разделить на три группы: впадины (ухабы, ямы, кюветы и др.), выступы (насыпи, холмы, эскарпы, эстакады и т. п.) и сочетание впадин и выступов. При медленном переезде впадин автомобилем вначале происходит разгрузка передней оси и вся подрессоренная масса распределяется между остальными осями. Корпус автомобиля при этом наклоняется. В определенных условиях могут разгружаться несколько осей с соответствующей большой перегрузкой остальных (рис. 34). Дифферент корпуса р при полном прогибе подвески наиболее нагруженной оси /т.

При независимой подвеске колес автомобиля с тремя и более осями задача определения нагрузок на оси является статически неопределимой. Поэтому при решении ее приходится кроме уравнений статики использовать уравнения упругих деформаций. Задачу рассматриваем как плоскостную. Характеристики

Рис. 34. Расчетная схема нагружения ходовой части при переезде неровности

приведенных упругих элементов линейные. Составим уравнение проекций внешних сил, действующих на корпус автомобиля,

2 =0,50,

(27)

и уравнение моментов внешних сил относительно наиболее нагруженной оси

2 0,50;

(28)

уравнение упругих сил

(29)

уравнение связей между деформациями

fi = fm~b (30)

где 1=1, 2,... (п-1).

/oof уравнения относительно р и / . Из формул (29) и (30) имеем т г >

/=С,(/т-С,а,). Подставив Fi в формулу (27), получим

Данное равенство можно переписать в виде

/m2-pilC/ /=0,5O. (31)

Из формулы (28) находим

C,{f,-i)a=0,5eQ

2 Cfli - Р i; Cfl]=0,5eQ. (32)

Решив уравнения (31) и (32) относительно р и fm, получим окончательно

1 1

/Л \2 п п

\ 1 /1 1

е S -1] Cia] 1 1

п \2 п п

\ 1 /1 1

0,50;

(33)

0,50.

(34)

Если принять приведенную жесткость упругих элементов подвески и шин одинаковой для всех колес и считать, что центр масс автомобиля совпадает с центром упругости подвески (см. гл. 2), то

0,5О = лРет; ПР =и 2

где fcT - статический прогиб подвески и шины.

Тогда, с учетом уравнения (34), коэффициент перераспределения нагрузки

е 2 Ii ~2 Ii

Кп=----У С,. (35)

1 /11

Аналогичной зависимостью характеризуется случай переезда выступа.

Расчеты по таким зависимостям показывают, что при неблагоприятном размещении осей по базе, когда коэффициент t имеет наибольшее значение, максимальное значение коэффициента Ки численно может быть равно числу осей. Неблагоприятной является компоновка, при которой одна из осей располагается

Рис. 35. Уровень нагружения ходовой части автомобиля в зависимости от числа осей н их размещения по базе:

1-К

max при i = max; 2-#С при i-min; 5 - /Сд

ПОД центром масс или вблизи него. При оптимальном размещении оси должны быть максимально удалены от центра масс, что имеет место при минимальном значении коэффициента размещения осей по базе i, определяемого по зависимости (7).

На рис. 35 показано (прямая линия 1) предельное значение Ки для любого многоосного многоопорного автомобиля. Результаты подсчета коэффициента по формуле (35) для автомобилей с различным числом осей при оптимальной схеме расположения их по базе (наименьшем значении i) и равномерной статической нагрузке на оси представлены ступенчатой линией 2. На рис. 35 для сравнения и анализа приведены полученные экспериментально значения максимального коэффициента динамичности от колебаний /(к (линия 5), который, как было указано, изменяется в малых пределах в зависимости от числа осей автомобиля. Штриховая часть линии соответствует области, не исследованной экспериментально.

Из графика видно, что с увеличением числа осей коэффициент перераспределения нагрузки Ка растет, причем для автомобилей с нечетным числом осей его значения больше, чем для автомобилей с четным числом осей. Это объясняется тем, что доля нагрузки, приходящейся на наиболее нагруженную ось автомобиля с нечетным числом осей, больше, чем автомобиля с четным числом осей.

Разница между профильными нагрузками автомобилей с четным и нечетным числом осей по мере увеличения числа осей уменьшается. Особенно велика разница между профильными нагрузками четырех- и пятиосного автомобиля. У автомобилей с числом осей более четырех профильные нагрузки значительно превосходят динамические от колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс. Таким образом, профильные нагрузки этих автомобилей определяют прочность элементов ходовой части и трансмиссии.

У двух-, трех- и частично четырехосных автомобилей прочность и надежность ходовой части зависят от динамических нагрузок, возникающих при колебаниях. Из этого можно сделать такой практический вывод: расчет на прочность элементов ходо-

вой части автомобиля, зависящий от вертикальных нагрузок на колесо, для автомобилей с числом осей не более четырех необходимо вести на динамические нагрузки от колебаний подрессоренной и неподрессоренных масс, а расчет для автомобилей с числом осей более четырех, кроме того, должен учитывать нагрузки от перераспределения силы тяжести между осями при переезде неровностей на дорогах и вне дорог.

Учитывая жесткие современные требования к снижению материалоемкости автомобилей, создание пятиосного автомобиля и автомобиля с числом осей более шести с однотипными конструкциями подвесок нецелесообразно. Шестиосное шасси при принятом в настоящее время методе конструирования ходовой части и симметричном размещении осей по базе является рациональным и целесообразным. При разработке шасси с числом осей более шести необходимо конструктивно обеспечить выравнивание распределения нагрузок между осями при переезде неровностей или их равную прочность.

При необходимости создания многоосных автомобилей с числом осей более шести следует предусмотреть защиту наиболее нагруженных осей от возможной многократной перегрузки от перераспределения силы тяжести при движении через неровности пути, или же при организации эксплуатации этих автомобилей необходимо исключать движение их через неровности большой высоты, когда возможны большие перегрузки колес. В гл. 1 было показано, что у шасси автомобильных кранов с числом осей более четырех такие конструктивные мероприятия предусмотрены: на наиболее нагруженных осях применены сдвоенные шины, балансирные связи осей, увеличены значения хода подвесок и пр.

Установленная зависимость уровня нагрузок на ходовую часть автомобилей от числа осей может служить основанием для построения ряда, унифицированного по принципу единой осевой нагрузки. Один уровень нагруженности от колебаний ходовой части двух-, трех- и четырехосных автомобилей позволяет за базовую модель принимать любой автомобиль с числом осей в этих пределах. При разработке автомобилей с числом осей более четырех и четырехосных автомобилей с осевой формулой 1-2-1 нельзя принимать за базовые узлы ходовой части автомобиля с меньшим числом осей, так как динамические нагрузки в рассматриваемом случае больше. В данном случае унифицированный ряд Может строиться на базе узлов ходовой части шасси с большим числом осей - восьмиосиое шасси может служить базой шестиосиого, шестиосное - базой четырехосного. Разумеется, при этом важно учитывать объем производства автомобилей и необходимость снижения материалоемкости конструкций.

При различном размещении осей по базе при одном и том же количестве осей профильные нагрузки могут изменяться в 1,5...2 раза (см. рис. 35). На примере шестиосиого автомобиля было