Клімов Е.С.

Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського, Україна

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ТРАЄКТОРІЇ РУХУ ТОЧКИ КОНТАКТУ ЖОРСТКОГО ФАЛЬШ-КОЛЕСА ПРИ ПОВОРОТІ НА МІСЦІ

 

Рух колеса з пневматичною шиною по опорній поверхні у загальному випадку можно представити як кочення колеса по криволінійній траєкторії, радіус якої змінюється від нуля до нескінченності. У першому випадку це буде поворот на місці розблокованого керованого колеса за умови відсутності його кочення по опорній поверхні. У другому випадку це буде кочення колеса по прямолінійній траєкторії. З точки зору теорії кочення колеса важливо знати особливості взаємодії пневматичної шини колеса з опорною поверхнею залежно від радіуса траєкторії його руху.

З аналізу літературних джерел відомо, що кочення колеса по прямолінійній траєкторії характеризується відомим коефіцієнтом опору коченню, який уважається достатньо вивченим, а його значення можна визначити тільки експериментально [1].

Поворот на місці керованого колеса за відсутності його кочення відбувається при розташуванні точки зустрічі вісі шворня з опорною поверхнею в межах контактного відбитка. При цьому сама точка зустрічі вважається центром повороту відбитка шини. Однак зміщення цієї точки за межі контактного відбитка призведе до того, що, на відміну від попереднього випадку , кероване колесо при повороті на місці буде перекочуватись по опорній поверхні [1]. Аналіз літературних джерел засвідчив, що рух колеса у цьому випадку недостатньо вивчений.

У зв’язку з цим, важливо знати, по якій траєкторії буде рухатись контактний відбиток шини, оскільки момент опору повороту шини буде залежати від радіуса кривизни цієї траєкторії.

Траєкторію руху контактного відбитка шини будемо визначати за траєкторією руху його центра відносного повороту. Ураховуючи складність процесів, що відбуваються у тілі шини, траєкторію руху центра відносного повороту її контактного відбитка будемо визначати по відношенню до траєкторії руху точки контакту жорсткого фальш-колеса. Жорстке фальш-колесо дозволяє замінити контактний відбиток шини точкою, яка буде центром відносного повороту.

Метою даної роботи є експериментальне дослідження траєкторії руху точки контакту жорсткого фальш-колеса при повороті на місці.

Експериментальні дослідження було проведено на розробленому на кафедрі «Автомобілі та трактори» Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського стенді для визначення зміщення центра відносного повороту відбитка пневматичної шини керованого колеса [2]. Стенд складається із рами та переднього моста автомобіля КрАЗ–260, на якому встановлено праве кероване колесо із широкопрофільною шиною регульованого тиску розміром 1300х530–533 мод. ВИ?3. На місці лівого колеса встановлено жорстке фальш-колесо. Жорстке фальш-колесо (рис. 1.) складається з обода бездискового колеса розміром 440–533, металевої пластини, що приварено до обода у середній його площині, та ребер жорсткості. Радіус фальш-колеса дорівнює 0,571 м .

Навантаження на ліве кероване колесо становило 27282 Н. Кут поперечного нахилу шворня дорівнював 9,5°. Кут поздовжнього нахилу шворня мав нульове значення, яке забезпечувалось установкою клинів між передніми ресорами та балкою моста. Поперечну тягу було від’єднано.

На рис. 1 наведено схеми експериментального дослідження траєкторії руху точки контакту жорсткого фальш-колеса. Дослідження проводилось для двох випадків: жорстке фальш-колесо не торкається опорної поверхні (рис. 1, а), що відповідає повороту на місці заблокованого керованого колеса, та фальш-колесо спирається на пофарбовану металеву пластину (рис. 1, б), що відповідає повороту на місці розблокованого керованого колеса. До фальш-колеса на кронштейні було закріплено самописець, який установлювався у точці зустрічі вісі шворня з опорною поверхнею, точці D. Фальш-колесо повертали гідроциліндром підсилювача кермового керування ліворуч та праворуч від нейтрального положення.

 

Рис. 1. Схеми експериментального дослідження траєкторії руху точки контакту жорсткого фальш-колеса

 

З аналізу результатів проведених досліджень було встановлено, що у першому випадку самописець практично залишився на місці. Цим підтверджується той факт, що за відсутності кочення керованого колеса при повороті на місці центром, відносно якого рухається контактний відбиток шини, є точка зустрічі вісі шворня з опорною поверхнею. У другому випадку жорстке фальш-колесо перекочувалось по металевій пластині та залишило на ній слід, який наведено на рис. 2.

Для визначення траєкторії руху точки контакту жорсткого фальш-колеса при його коченні по опорній повехні скористаємось схемою, наведеною на рис. 1, б. З аналізу схеми видно, що рух фальш-колесу задає цапфа. Зусилля від цапфи до фальш-колеса передається через точку А , яка є центром фальш-колеса.

При повороті фальш-колеса відносно вісі шворня його центр, точка А, буде рухатись у площині, перпендикулярній вісі шворня, по колу із центром у точці О . Цю точку отримано перпендикуляром, опущеним із центра фальш-колеса на вісь шворня. Радіус кола дорівнює довжині перпендикуляра .

 

Рис. 2. Слід жорсткого фальш-колеса на металевій пластині

 

Ураховуючи, що точка контакту фальш-колеса з опорною поверхнею, точка В , та центр фальш-колеса, точка А , є точками одного суцільного тіла, яке при повороті може рухатись тільки відносно одного центра, то центром траєкторій руху точок В та А ₁ буде одна точка. Таким центром є проекція на опорну поверхню центра повороту фальш-колеса, точка .

За методикою, викладеною у роботі [3], було експериментально визначено радіус кривизни траєкторії руху точки контакту фальш-колеса при його повороті відносно вісі шворня ліворуч та праворуч від нейтрального положення на кут 10, 20 та 25°. За значеннями цього радіуса на сліді було нанесено точки, які відкладались від центра траєкторії руху точки контакту фальш-колеса, точки . З аналізу рис. 2 видно, що нанесені точки практично збігаються зі слідом при кутах повороту фальш-колеса до < 20°. При кутах повороту >20° спостерігається відхилення сліду від нанесених точок, що пояснюється неточністю вимірів та зміщенням балки моста вздовж його вісі у бік фальш-колеса, яке при проведенні експерименту не контролювалось. Збіг точок траєкторії руху зі слідом підтверджує, що центром траєкторії руху точки контакту фальш-колеса під час його повороту на місці за умови кочення по опорній поверхні є проекція на цю поверхню центра повороту фальш-колеса.

Таким чином, з аналізу результатів вищенаведених експериментальних досліджень було вперше встановлено, що при повороті на місці розблокованого жорсткого фальш-колеса центром траєкторії руху його точки контакту є проекція на опорну поверхню центра повороту фальш-колеса. При повороті на місці заблокованого фальш-колеса центром траєкторії руху його точки контакту є точка зустрічі вісі шворня з опорною поверхнею.

 

Список використаних джерел:

1.     Солтус А.П. Теорія експлуатаційних властивостей автомобіля / А.П. Солтус. – К.: Арістей, 2006. – 176 с.

2.     Солтус А.П. Патент України, МПК G01L 5/13. Стенд для визначення зміщення центра відносного повороту відбитка пневматичної шини керованого колеса / А.П. Солтус , Е.С. Клімов. Рішення про видачу деклараційного патенту на корисну модель № 7514/ЗУ/12 від 09.04.2012.

3.     Солтус А.П. Дослідження впливу положення точки зустрічі вісі шворня з опорною поверхнею на поворот керованого колеса на місці / А.П. Солтус, Е.С. Клімов, В.І. Пилипенко // Всеукраїнський щомісячний науково-технічний і виробничий журнал «Машинознавство». – 2009. – № 6 (144). – С. 41–44.