ОЦЕНКА УСИЛИЯ НА РУЛЕВОМ ОЦЕНКА УСИЛИЯ НА РУЛЕВОМ КОЛЕСЕ МЕТОДОМ КОЛЕСЕ МЕТОДОМ

МОДЕЛИРОВАНИЯ В СРЕДЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ В СРЕДЕ MSCMSC..ADAMSADAMS

Харитончик С.В., Выгонный А.Г., Харитончик С.В., Выгонный А.Г., Колесникович А.Н., Калинин А.А.Колесникович А.Н., Калинин А.А.

Объединенный институт машиностроения Объединенный институт машиностроения НАН БеларусиНАН Беларуси

РУП Минский автомобильный заводРУП Минский автомобильный завод

Взаимосвязь критериев Взаимосвязь критериев проектирования и оценки проектирования и оценки

эксплуатационных свойств автомобиляэксплуатационных свойств автомобиля

Нормативные требования к оценке усилия на Нормативные требования к оценке усилия на рулевом колесерулевом колесе

Выписка из правила ЕЭК ООН №79 Выписка из правила ЕЭК ООН №79 (категория (категория NN22))

Исправный механизм Неисправный механизм

Максимальное усилие,

даН

Время, с Радиус

поворота, м

Макси-мальное

усилие, даНВремя, с

Радиус поворота, м

25 4 12 40 4 20

Скорость выполнения маневра – 10 км/час

Выписка из ГОСТ 21398-89Выписка из ГОСТ 21398-89

Согласно ГОСТ 21398-89 усилие на рулевом колесе движущегося автомобиля не должно превышать:

245 Н (25 кгс) – для рулевого управления без усилителя;

118 Н (12 кгс) – для рулевого управления с усилителем;

490 Н (50 кгс) – для рулевого управления с усилителем в

случае прекращения действия усилителя.

Выписка из ОСТ 37.001.487-89Выписка из ОСТ 37.001.487-89

Предельные усилия на рулевом колесе, Н

Неподвижный автомобиль Движущийся автомобиль

Без рулевого усилителя

С рулевым усилителем

С исправным рулевым управлением

При отказеусилителя

350 180 250 400

Испытания проводятся как для неподвижного автомобиля, так и для

движущегося со скоростью 10 км/час

Особенности расчетной модели, Особенности расчетной модели, учитываемые в учитываемые в MSC.ADAMS MSC.ADAMS ::

•распределение масс и учет инерционности деталей привода;

•силы трения и преднатяга в шарнирах рулевого привода;

•переменное передаточное число рулевого механизма;

•углы установки управляемых колес;

•кинематику рулевой трапеции;

•возможность получения реального момента сопротивления колес повороту:

– в движении;

– на месте.

Объект исследованияОбъект исследования

Среднетоннажный автомобиль-самосвал

Расчетные схемыРасчетные схемы

Кинематическая схема рулевого управления

Тип А

Тип Б

Тип А - распределитель встроен в рулевой механизм, силовой цилиндр в виде отдельного агрегата, устанавливаемого в рулевом приводе

Тип Б - силовой цилиндр и распределитель встроен в рулевой механизм

Анализ результатов расчета

Элементы модели рулевого управленияЭлементы модели рулевого управления

Углы установки управляемых колесУглы установки управляемых колес

НаименованиеЗначение

развал колёс ( ), град 0,5-1

схождение колёс (А-В), мм -

поперечный наклон шкворня (), град 7

продольный наклон шкворня (), град 2,5

Модель шиныМодель шины

ПараметрОбозначение в файле свойств

шиныЗначение

Масса шины, кг 40

Моменты инерции колеса, Ixx, Iyy, Izz, кгмм4 2800, 2800, 700

Ширина беговой дорожки шины, мм 235

Свободный радиус шины, мм R1 405,5

Радиус тороидального каркаса шины, мм R2 117,5

Радиальная жесткость шины, Н/мм CNORMAL 920

Коэффициент продольной силы, Н CSLIP 30000

Коэффициент увода колеса, Н/град CALPHA 335368

Смещение радиальной реакции на шину в пятне контакта, мм CRR 40

Относительный коэффициент затухания колебаний шины RDR 0,7

Коэффициента сцепления шины с опорной поверхностью при отсутствии скольжения

U0 0,99

Коэффициента сцепления шины с опорной поверхностью при полном скольжении

U1 0,74

Расчет момента сопротивления Расчет момента сопротивления поворотуповороту

MMMMM f

fM

M

MиM

1. формула для расчета суммарного момента на цапфах:

— момент сопротивления перекатыванию управляемых колес при их повороте вокруг шкворней; — момент сопротивления деформации шин и трения в контакте с опорной поверхностью вследствие проскальзывания шины;

— моменты, обусловленные поперечным и продольным наклонами шкворней.

ш

31

3

p

G

3

10M

рш – давление в шине, МПа;

- коэффициент трения шины с дорогой: =0.7…0.9 /3/.

2. формула Гуха В.Е.:

)14,0( стfа rrfGМ аGf

frстr

- нагрузк на переднюю ось, Н - коэффициент сопротивления качению - радиус обкатки,м - коэффициент трения шины - статический радиус колеса, м

3. формула Лысова М.И.:

Результаты Результаты компьютерного компьютерного моделированиямоделирования

Оценка усилия на рулевом колесе Оценка усилия на рулевом колесе автомобиля в движении со скоростью 10 автомобиля в движении со скоростью 10

км/часкм/час

Оценка усилия на рулевом колесе Оценка усилия на рулевом колесе автомобиля в движении со скоростью 10 автомобиля в движении со скоростью 10

км/часкм/час

Оценка усилия на рулевом колесе Оценка усилия на рулевом колесе автомобиля, автомобиля,

стоящего на местестоящего на месте

Результаты оценки усилия на рулевом Результаты оценки усилия на рулевом колесе автомобиля с компоновкой колесе автомобиля с компоновкой рулевого управления по типу А и рулевого управления по типу А и

движущегося со скоростью 10 км/час движущегося со скоростью 10 км/час

Наименование параметра Значение

Угол поворота внутреннего колеса при Rmin=20 м, град 11,43

Угол поворота внешнего колеса при Rmin=20 м, град 10,66

Угол поворота рулевого колеса при повороте влево, град 177

Угол поворота рулевого колеса при повороте вправо, град 182

Время входа в поворот Rmin=20 м, с 4

Усилие на рулевом колесе, даН поворот влево поворот вправо

16,116,9

Результаты оценки усилия на Результаты оценки усилия на рулевом колесе автомобиля с рулевом колесе автомобиля с

компоновкой рулевого управления по компоновкой рулевого управления по типу А, стоящего на местетипу А, стоящего на месте

Формула суммарного момента

Формула Гуха Формула Лысова

поворот влево

поворот вправо

поворот влево

поворот вправо

поворот влево

поворот вправо

Момент сопротивления на цапфе, Нм

2065 2581 1217

Сила сопротивления повороты на продольной

тяге, Н9306 11470 5407

Сила сопротивления повороту на руле, даН

55,6 54,2 68,2 66,4 32,9 32,3

Результаты оценки усилия на рулевом Результаты оценки усилия на рулевом колесе автомобиля с компоновкой колесе автомобиля с компоновкой рулевого управления по типу Б и рулевого управления по типу Б и

движущегося со скоростью 10 км/час движущегося со скоростью 10 км/час

Наименование параметра Значение

Угол поворота внутреннего колеса при Rmin=20 м, град 11,43

Угол поворота внешнего колеса при Rmin=20 м, град 10,66

Угол поворота рулевого колеса при повороте влево, град 210

Угол поворота рулевого колеса при повороте вправо, град 216

Время входа в поворот Rmin=20 м, с 6

Усилие на рулевом колесе, даН поворот влево поворот вправо

13,313,5

Результаты оценки усилия на Результаты оценки усилия на рулевом колесе автомобиля с рулевом колесе автомобиля с

компоновкой рулевого управления по компоновкой рулевого управления по типу Б, стоящего на местетипу Б, стоящего на месте

Формула суммарного момента

Формула Гуха Формула Лысова

поворот влево

поворот вправо

поворот влево

поворот вправо

поворот влево

поворот вправо

Момент сопротивления на цапфе, Нм

2065 2581 1217

Сила сопротивления повороты на продольной

тяге, Н7245 9055 4269

Сила сопротивления повороту на руле, даН

48,5 47,1 60,2 58,4 29,3 28,5

Сравнение результатов Сравнение результатов моделирования с результатами моделирования с результатами

натурных испытанийнатурных испытаний

Натурные испытания Расчет в среде MSC.ADAMS

поворот влево поворот вправо поворот влево поворот вправо

усилие, даН

время, с усилие, даН время, с усилие, даН время, с усилие, даН время, с

13,2 5,9 13,6 5,8

13,3 6 13,5 6

13,0 6,0 13,7 5,9

13,0 6,0 13,6 6,0

Среднее значение

13,0 6,0 13,6 5,9

ВыводыВыводы::

1. Разработаны математические модели среднетоннажного автомобиля-самосвала для

различных вариантов компоновки рулевого управления :а) тип А – распределитель встроен в рулевой механизм, силовой цилиндр

в виде отдельного агрегата, устанавливаемого в рулевом приводе;б) тип Б – силовой цилиндр и распределитель встроен в рулевой

механизм.

2. Методом моделирования в MSC.ADAMS проведена оценка усилия на рулевом колесе для

четырех вариантов расчетных схем (компоновка рулевого управления по типу А или Б и

автомобиль стоящий на месте или в движении) в соответствии с нормативными

требованиями.

3. В результате выполнения работы установлено, что принятая для расчета модель шины

<FIALA> дает неадекватные результаты в расчетах усилия на рулевом колесе при нулевой

скорости автомобиля, т.е. «автомобиль стоящий на месте», поэтому для данного случая

расчета применена методика расчета суммарного момента сопротивления на цапфах

автомобиля . В связи с этим в таких расчетах рекомендуется использовать другие модели

шин пакета MSC.ADAMS, поддерживающих нулевую скорость автомобиля.

4. Для компоновки рулевого управления по типу Б при движении автомобиля со скоростью

10 км/час проведено сравнение результатов расчета в пакете ADAMS с результатами

натурных испытаний. Полученное расхождение не превышает 3%, что говорит о высокой

точности результатов моделирования.

Спасибо за Спасибо за вниманиевнимание ! !