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 ОсетияАлания, 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. 01.9.90 002 330- «Разработка, исследование и внедрение в производство дискового тормоза с механическим приводом для мотоцикла ММВЗ», № гос. per. 01.200.207 979- «Разработка, исследование и внедрение в производство барабанного тормоза с воздействием одной колодки на другую, № гос. per. 01.200.207 980- «Проектирование, эксплуатация и ремонт колесных машин для горных условий», № гос. per. 01.2.708 203.

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 колодоквзаимодействие разжимного клина с роликами и толкателями тормозных колодоквзаимодействие элементов винтовой передачиразработать 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.

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.