Исследование влияния расположения стабилизаторов поперечной устойчивости на грузовом автомобиле рамной конструкции

Автомобильный транспорт – одна из крупнейших отраслей общественного производства, влияющая на все сферы деятельности человека и развитие общества в целом. Транспорт – неотъемлемый элемент процесса производства, обеспечивающий связь между промышленностью и сельским хозяйством, а также между отдельными отраслями промышленности и отдельными предприятиями. Крупнейшим обслуживающим подкомплексом агропромышленного комплекса (АПК) является транспортный. Ведущее место в нем занимает автомобильный транспорт

Перевозки, осуществляемые в сельском хозяйстве, связаны с обслуживанием производственных процессов. В сельском хозяйстве большинство процессов выполняется под открытым небом, и зависит от почвенных, дорожных и климатических условий. Во многих случаях при перевозке сельскохозяйственных грузов их перевозка производится на автомобилях с нарощенными бортами. Это обусловлено малой плотностью сельхозпродукции и желанием перевезти как можно большее количество груза. Примеры машин, выполняющих транспортные операции приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Примеры машин, выполняющих транспортные операции в сельском хозяйстве

DOI:10.23670/IRJ.2023.138.162.1

При этом центр тяжести машины значительно повышается, что, в свою очередь, ведет к снижению устойчивости движения, большему крену при движении по неровностям и при поворотах. Избежать неблагоприятных последствий для грузовых машин, занятых в сельскохозяйственных перевозках можно путем установки дополнительных стабилизаторов поперечной устойчивости на мостах транспортного средства. Поэтому в данной статье рассмотрим методику расчета влияния стабилизаторов поперечной устойчивости на устойчивость грузовых автомобилей.

Подобные исследования выполняются не впервые, описание и результаты аналогичных исследований можно встретить в работах других исследователей

Предыдущие результаты авторов исследования показали, что жесткость рамы автомобиля влияет на его показатели управляемости и устойчивости описаны в статьях

При проведении исследований статической устойчивости к поперечному крену по стандарту ГОСТ 31507-2012

При недеформируемой раме, способ установки стабилизаторов ни на что не влияет, но при деформируемой раме, способ установки стабилизаторов поперечной устойчивости может повлиять на его эффективность. Из-за закрутки рамы угол крена в разных сечениях рамы отличается. Для рамного автомобиля с двумя мостами можно рассмотреть несколько схем установки стабилизаторов поперечной устойчивости (рис. 2). Первая схема стабилизатор установлен на переднем мосту снаружи колесной базы. Вторая схема стабилизатор установлен на переднем мосту внутри колесной базы. Третья схема стабилизатор установлен на заднем мосту внутри колесной базы. Четвертая схема стабилизатор установлен на заднем мосту снаружи колесной базы.

Рисунок 2 - Схемы расположения стабилизаторов поперечной устойчивости

DOI:10.23670/IRJ.2023.138.162.2

Для исследования использовалась имитационная модель грузового автомобиля с бортовой платформой (рис. 3) учитывающей деформацию рамы (рис. 4). Модель создавалась и рассчитывалась в программном пакете MSC ADAMS / Car

[11]

,

[12]

,

[13]

. Полная масса автомобиля с грузом составляет 15 тонн, с распределением веса между осями пред/зад, 26/74%. Подвеска зависимая, рессорная. Задняя подвеска с подрессорником. Амортизаторы на всех осях.

Рисунок 3 - Имитационная модель грузового автомобиля с бортовой платформой

DOI:10.23670/IRJ.2023.138.162.3

Рисунок 4 - Форма собственного колебания модели рамы

DOI:10.23670/IRJ.2023.138.162.4

В соответствии со схемами установки стабилизаторов, изображенных на рисунке 2 были созданы имитационные модели стабилизаторов в модели автомобиля. Торсион стабилизатора выполнен из конечных элементов Beam, а рычаги и стойки из недеформируемых частей Line (рис. 5).

Рисунок 5 - Модель подвески автомобиля со стабилизаторами поперечной устойчивости

DOI:10.23670/IRJ.2023.138.162.5

Исследования по опрокидыванию автомобиля проводились с помощью стандартного испытательного стенда Tilt test. Скорость опрокидывания платформы составляла 0,5 град/с. Угля статической устойчивости и кренов поперечен фиксировались в момент предшествующий отрыву всех колес одного борта. Результаты исследования представлены в виде графиков на рисунках 6-10.

Рисунок 6 - Зависимость угла поперечной устойчивости от диаметров стабилизаторов

Примечание: синим цветом обозначена схема I, красным – схема II, серым – схема III, желтым – схема IV

DOI:10.23670/IRJ.2023.138.162.6

Наибольший эффект был достигнут при помощи установки стабилизатора по схеме I. При такой схеме установки, угол статической устойчивости увеличился на 2,9%. При установке стабилизатора по схеме IV, угол статической устойчивости увеличился на 2,2 %.

Рисунок 7 - Зависимость угла крена поперечен рамы от диаметров стабилизаторов при установке стабилизатора по схеме I

Примечание: синяя сплошная линия – передняя поперечина; оранжевая пунктирная линия – задняя поперечина

DOI:10.23670/IRJ.2023.138.162.7

При помощи установки стабилизатора по схеме I. Удалось уменьшить угол крена передней поперечины на 51%, а задней на 37%. Увеличение диаметра стабилизатора установленного по схеме I ведет к уменьшению кренов поперечин рамы.

Рисунок 8 - Зависимость угла крена поперечен рамы от диаметров стабилизаторов при установке стабилизатора по схеме II

Примечание: синяя сплошная линия – передняя поперечина; оранжевая пунктирная линия – задняя поперечина

DOI:10.23670/IRJ.2023.138.162.8

При помощи установки стабилизатора по схеме I, удалось уменьшить угол крена передней поперечины на 25%, а задней на 39%. Увеличение диаметра стабилизатора, установленного по схеме II, имеет нелинейную зависимость на крены поперечин рамы.

Рисунок 9 - Зависимость угла крена поперечен рамы от диаметров стабилизаторов при установке стабилизатора по схеме III

Примечание: синяя сплошная линия – передняя поперечина; оранжевая пунктирная линия – задняя поперечина

DOI:10.23670/IRJ.2023.138.162.9

При помощи установки стабилизатора по схеме III, не удалось уменьшить угол крена передней и задней поперечины. Увеличение диаметра стабилизатора, установленного по схеме III, ведет к увеличению угла крена задней поперечины.

Рисунок 10 - Зависимость угла крена поперечен рамы от диаметров стабилизаторов при установке стабилизатора по схеме IV

Примечание: синяя сплошная линия – передняя поперечина; оранжевая пунктирная линия – задняя поперечина

DOI:10.23670/IRJ.2023.138.162.10

При помощи установки стабилизатора по схеме IV, удалось уменьшить угол крена задней поперечины на 30%. Увеличение диаметра стабилизатора, установленного по схеме IV, ведет к уменьшению угла крена задней поперечины. На угол крена передней поперечины влияния не оказывается.

Предыдущие исследования

Были исследованы четыре схемы установки стабилизаторов поперечной устойчивости: I – установлен на переднем мосту снаружи колесной базы; II – установлен на переднем мосту внутри колесной базы; III – установлен на заднем мосту внутри колесной базы; IV – установлен на заднем мосту снаружи колесной базы.

Наиболее положительное влиятельное на угол статической устойчивости имеет расположение стабилизаторов по схеме I и IV, при этих схемах удалось увеличить угол статической устойчивости автомобиля на 2,9% и 2,2% соответственно.

Наиболее положительное влиятельное на угол крена передней поперечины имеет расположение стабилизаторов по схеме I, при этой схеме удалось уменьшить угол крена передней поперечины рамы на 25%.

Наиболее положительное влиятельное на угол крена задней поперечины имеет расположение стабилизаторов по схеме IV, при этой схеме удалось уменьшить угол крена задней поперечины рамы на 30%.

При установке стабилизаторов поперечной устойчивости по схеме II и III наблюдаются немонотонные зависимости угла статической устойчивости и крена поперечин рамы от диаметра стабилизатора. Предполагается что, в связи с податливостью рамы, при определенной жесткости стабилизаторов, установленных по этим схемам, происходят неустойчивые процессы при критических поперечных кренах автомобиля.