06 марта 2016г.
Определение высоты прямоугольного препятствия, преодолеваемого двухосным автомобилем, впервые хорошо обосновано в монографии [2], где дается вывод уточнённых формул (1), (2) и (3), подстановка которых в общее решение (4) позволяет получить искомый результат для различных ситуаций:
K1 = (jx – f ) G2 / G1 ; (1)
K2 = (jпрG1 - f G2) / (G1 + f jпрG2) ; (2)
K3 = (jпрG1 + jx G2 -f G2 ) / (G1 + f jпрG2 – jпр jx G2) ; (3) hэmах = rc [1- (1-D /rс ) /Ö (Ki )2 + 1], (4)
где hэmах – максимальная высота преодолеваемого эластичными колёсами порога; G1 – вес, приходящийся на преодолевающие порог колёса; G2 – вес, приходящийся на колёса второй оси; rc – свободный радиус колеса; jпр – коэффициент сцепления на ребре порога; jx – коэффициент сцепления на поверхности дорожного полотна; f – коэффициент сопротивления качению колеса; D – радиальная деформация шины на ребре порога; Ki – коэффициент, соответствующий ситуации движения колёс через неровность (K1 – колёса ведомой оси автомобиля с колёсной формулой 4х2; K2 – колёса ведущей оси автомобиля с колёсной формулой 4х2; K3 – колёса въезжающей на порог оси автомобиля 4х4).
К сожалению, есть попытки других авторов приписать себе заслугу первооткрывательства в затронутой проблеме. Так, подстановка формулы (3) в формулу (4) дает аналитическую зависимость, полностью соответствующую выражению, которое авторы статьи [1] выдают за их научное достижение 2012 года. Но тогда возникает подозрение о несанкционированном использовании ранее созданной и в 2009 году опубликованной [2] чужой интеллектуальной собственности, что не может способствовать доверию к материалам статьи [1].
Следует сказать, что в работах, проведенных под руководством В.И. Пескова [2, 3], вопрос преодоления препятствия колёсными транспортными средствами рассмотрен значительно шире и глубже, чем это сделано в статье [1] специалистов Горского ГАУ, которые сосредоточили своё внимание только на въезде автомобиля передними колёсами на препятствие. В работах нижегородских ученых рассматривается весь процесс движения колёсной машины через пороговое препятствие, т.е. оценивается возможность его преодоления как передними, так и задними колёсами. Только в такой трактовке можно говорить о действительной оценке проходимости машины.
В этом плане интересными являются полученные в работах Пескова В.И., его коллег и учеников результаты. С точки зрения преодоления препятствия типа прямоугольного уступа, преимущество полноприводного автомобиля перед автомобилем классической компоновки и переднеприводным автомобилем безоговорочно. Как показывают расчёты и эксперименты, при переезде неровности колёсами полноприводного автомобиля происходит своеобразный качественный скачок, вызванный тем, что степень прижатия ведущих колёс к препятствию увеличивается за счёт действия толкающей силы со стороны ведущих колёс второй оси, что, в свою очередь, способствует реализации большего по величине момента на прижатых к препятствию колёсах и увеличению способности этих колёс к преодолению препятствия.
Анализ выведенных формул и выражений для входящих в эти формулы коэффициентов К1 , К2 и К3 уже в 2006 году (и ещё более полно в 2009 году) позволил установить, что высота преодолеваемой эластичным колесом вертикальной неровности прямо пропорциональна величине его свободного радиуса rc , толкающей силе Fx и тяговому моменту Тк (если это колесо ведущее), коэффициентам сцепления ведущих колёс с препятствием (jпр) и опорной поверхностью дороги (jх), радиальному прогибу шины D на уступе неровности (т.е. более эластичная шина потенциально лучше приспособлена к преодолению эскарпа) и обратно пропорциональна величине вертикальной нагрузки на это колесо. Так что выводы работы [1] отстали от первоисточника [2].
Влияние учёта потерь на сопротивление качению колёс автомобиля, не участвующих в переезде пороговой неровности, на дорогах с твердым покрытием часто оказывается пренебрежимо малым (f = 0,01-0,02). Поэтому с достаточной точностью можно в подобных расчётах использовать такие упрощенные выражения для определения коэффициентов Кi :
К1= jх G2 / G1 ; К2 = jпр ; К3 = (jпр G1 + jx G2) / (G1 – jпрjх G2). (5) Соответственно получим более простые формулы для определения hэmах.
Анализ расчётных и экспериментальных данных позволяет сделать полезные практические выводы.
1. Решающее влияние на приспособленность колеса (оси) автомобиля к преодолению порогового препятствия (при прочих равных условиях) оказывает вертикальная нагрузка, приходящаяся на это колесо (ось). И у неполноприводных, и у полноприводных автомобилей наибольшую высоту порога преодолевают колёса (оси), имеющие минимальную вертикальную нагрузку.
2. Для автомобилей с одной ведущей осью наихудшие результаты по преодолению порога показывает именно ведущая ось. При этом изменением развесовки автомобиля можно улучшить преодолеваемость препятствия ведомой осью (за счёт уменьшения вертикальной нагрузки на неё), но возможности ведущей оси при этом изменяются мало. Этот факт является результатом отсутствия силовых параметров в формуле К2 = jпр (5), определяющей максимальную высоту порога, преодолеваемого ведущим колесом автомобиля при движении по поверхности с малым коэффициентом сопротивления качению колёс. Основной возможностью улучшения ситуации для ведущей оси остается увеличение коэффициента сцепления jпр колеса на препятствии, например, за счёт развитых грунтозацепов протектора шины или за счёт её большей эластичности. При движении по поверхностям с относительно большим коэффициентом сопротивления качению некоторое увеличение высоты преодолеваемого порога можно получить за счёт увеличения нагрузки на колёса ведущей оси, но в этом случае почти двукратное возрастание вертикальной нагрузки на ведущую ось автомобиля 4х2 по сравнению с нагрузкой на его опорную ось (0,65/0,35 для переднеприводной машины или 0,35/0,65 для заднеприводной) дает рост высоты преодолеваемого этой осью препятствия только на 10-15%. При этом ведущая ось существенно проигрывает по этому показателю опорной оси.
3. Передние колёса (оси) автомобилей с колёсными формулами 6х4 и 6х6 имеют более высокие показатели по преодолению порогового препятствия. Что касается задних колёс (осей), то необходима дополнительная проверка возможности балансирных подвесок этих колёс осуществлять беспрепятственные вертикальные перемещения каждой из задних осей в диапазоне ± (0,5-0,6) rc (примерно ± 250 ¸ 300 мм) без упора колёс в кузов автомобиля или мостов в его раму, приводящего к увеличению вертикальной нагрузки на эти колёса.
4. Автомобили с колёсными формулами 8х8, 10х10, 14х14 потенциально обладают более высокими способностями по преодолению препятствия типа вертикальной стенки (эскарпа), предельные теоретические значения которого для их передних осей могут даже превышать rс . Однако окончательное заключение об их возможностях по преодолению таких препятствий можно сделать лишь после тщательного анализа и учёта перераспределения вертикальной нагрузки по осям автомобиля, которое может достигать двукратного увеличения на преодолевающей препятствие оси за счёт вывешивания соседних осей.
Критически оценим выводы авторов работы [1], претендующих на первооткрывательство в данной научной сфере. Они заявляют, что оптимальной развесовкой по осям двухосного полноприводного автомобиля при jпр = jх = 0,8 следует считать 0,4/0,6. Но этот вывод сделан только для случая заезда передними колёсами на препятствие. Задние колёса при такой развесовке указанное препятствие не преодолеют, т.е. проходимость автомобиля не будет обеспечена. Точно такое же замечание можно высказать в отношении предложенной для случая jпр = 1 и jх = 0,8 развесовки 0,45/0,55.
Как показывают результаты опубликованных в монографии [2] исследований, оптимальной с точки зрения обеспечения проходимости автомобиля в условиях движения через большие пороговые препятствия является развесовка 50:50. Причем исследования 2010-2011 гг. [3] указали на то, что для получения правильных теоретических оценок необходимо уточнять статическую развесовку машины, учитывая влияющие на неё в момент преодоления препятствия факторы. Одним из них является реактивный момент, действующий на шасси автомобиля со стороны его ведущих осей. Например, статическая развесовка гоночного автомобиля КамАЗ-4326 VK (она составляет 0,58/0,42) выглядит противоречащей теоретическим выводам. Тщательный анализ показал, что её изменение в момент преодоления препятствия за счёт реактивного момента, приложенного со стороны ведущих осей автомобиля к его шасси, существенно. Для гоночного КамАЗа с двигателем мощностью 830 л.с. (максимальный крутящий момент 2700 Н.м) величина этого момента на типичном для таких ралли-гонок гравийном покрытии с jх ≈ 0,6 может составить 30 000 Н.м. В результате вертикальная реакция на передних колёсах уменьшится примерно на 7000 Н, на столько же возрастет нагрузка на задние колёса. В итоге, динамическая развесовка автомобиля приблизится к соотношению 50:50, т.е. к её оптимальному значению с точки зрения переезда препятствия колёсами обеих осей, т.е. проходимость автомобиля будет обеспечена.
Список литературы
1. Мамити Г.И. О высоте вертикального препятствия, преодолеваемого полноприводным автомобилем: статья/ Г.И. Мамити, С.Х. Плиев, Э.К. Гутиев, В.Г. Васильев. «Автомобильная промышленность» №1, 2014. С. 17- 18.
2. Песков В.И. Совершенствование эксплуатационных качеств автомобиля: монография/ В.И. Песков, В.И. Сердюк, А.Е. Сердюк.- Нижний Новгорд, НГТУ, 2009.- 135 с.
3. Песков В.И. Уточнение формул расчета высоты преодолеваемого колесом уступа прямоугольной формы //В.И. Песков, Д.В. Песков, А.Л. Безруков; Сб. науч. статей III Международ. науч.-технич. конференц. НГТУ им. Р.Е. Алексеева. Н. Новгород, НГТУ, 2012. С. 126-128.
