СПОСОБ РАСЧЕТА МАССОВО-ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И НАГРУЗОЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
METHOD OF CALCULATING WEIGHT-GEOMETRICAL AND LOAD PARAMETERS OF SPECIAL-PURPOSE VEHICLE

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано для определения массово-геометрических и динамических параметров транспортных средств специального назначения, оснащенных кузовом - фургоном и имеющих сложную пространственную схему размещения оборудования и аппаратных средств.
Известен метод определения момента инерции и координат центра масс механической системы через координаты центров масс отдельных элементов, входящих в ее состав (см. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики: Учебник для втузов. - 10-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1986, 264-265 с.), принятый за прототип. Согласно данному методу координаты геометрической точки, называемой центром масс, определяются как отношение суммы произведений масс элементов системы на их координаты к массе системы.
Недостатками способа, принятого за прототип, являются:
- необходимость полного пересчета координат центра масс при изменении компоновочных решений по размещению оборудования и аппаратных средств;
- недостаточное количество определяемых параметров для реальных систем, в частности для транспортных средств специального назначения, передвигающихся по дорогам различного типа.
Предлагаемым изобретением решается задача по повышению эффективности и точности расчетных методов определения массово-геометрических и нагрузочных параметров при проектировании транспортных средств специального назначения по общему снижению затрат на их создание.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в формировании способа расчета массово-геометрических и нагрузочных параметров транспортного средства специального назначения, который позволяет определить массу и координаты центра масс полностью снаряженного автомобиля, оборудования с экипажем и шасси с кузовом - фургоном, нагрузки по осям и бортам транспортного средства, в т.ч. с использованием программных средств вычислительной техники.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе расчета массово-геометрических и нагрузочных параметров транспортного средства специального назначения, заключающемся в том, что координаты центра масс системы (транспортного средства) определяются через координаты центров масс отдельных элементов системы, входящих в ее состав, как отношение суммы произведений масс элементов системы на их координаты к полной массе системы, новым является то, что на первоначальном этапе принимается система координат транспортного средства, на втором этапе определяются масса и координаты центра масс оборудования и аппаратных средств с экипажем, на третьем этапе определяются координаты центра масс транспортного средства, оборудованного кузовом-фургоном, на четвертом этапе определяются масса и координаты центра масс полностью снаряженного транспортного средства, на пятом этапе определяется распределение нагрузки на переднюю, заднюю оси и борта транспортного средства, для чего силы, распределенные по длине транспортного средства, заменяются на сосредоточенные, приложенные соответственно к серединам колес и бортам, на шестом этапе определяется продольная и поперечная устойчивость транспортного средства без учета деформации рессор и шин, на седьмом этапе определяются допустимые нагрузки на элементы кузова-фургона: пол, борта, заднюю и переднюю панели, крышу, на восьмом этапе проводится анализ полученных результатов и при необходимости производится перекомпоновка оборудования и аппаратных средств с дальнейшим перерасчетом.
Принятие на первоначальном этапе системы координат транспортного средства позволяет определить точку начала координат, наиболее удобную для проведения дальнейших расчетов.
Определение на втором этапе массы и координат центра масс оборудования и аппаратных средств с экипажем позволяет:
- определить обобщенные массовые характеристики оборудования, аппаратных средств и членов экипажа (командира, механика-водителя и двух операторов);
- определить обобщенные координаты центра масс оборудования, аппаратных средств и членов экипажа.
Определение на третьем этапе координат центра масс транспортного средства, оборудованного кузовом-фургоном, позволяет преобразовать координаты центра масс транспортного средства, взятые из его сопроводительной документации, к принятой на первоначальном этапе системе координат.
Определение на четвертом этапе массы и координат центра масс полностью снаряженного транспортного средства позволяет получить окончательные данные для проведения расчетов нагрузочных характеристик.
Определение на пятом этапе схемы распределения нагрузки на переднюю, заднюю оси и борта транспортного средства, для чего силы, распределенные по длине транспортного средства, заменяются на сосредоточенные, приложенные соответственно к серединам колес и бортам, позволяет:
- определить соответствие полученных при расчете нагрузок на переднюю и заднюю оси транспортного средства допустимым нагрузкам;
- определить перевес (разницу нагрузок на оси и борта).
Определение на шестом этапе продольной и поперечной устойчивости транспортного средства позволяет:
- определить предельное значение переднего и заднего углов свеса транспортного средства;
- определить предельное значение поперечной устойчивости транспортного транспортного средства.
Определение на седьмом этапе допустимых нагрузок на элементы кузова-фургона: пол, борта, заднюю и переднюю панели, крышу позволяет провести компоновку оборудования и аппаратных средств, не допуская перегрузки на отдельные элементы кузова-фургона.
Проведение на восьмом этапе анализа полученных результатов позволяет определить необходимость изменения компоновочных решений с целью оптимизации распределения нагрузок на элементы кузова-фургона.
Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и фиг.2 показана схема положения центров масс транспортного средства; на фиг.3 - задний угол свеса транспортного средства; на фиг.4 - передний угол свеса транспортного средства; на фиг.5 - поперечная устойчивость транспортного средства; на фиг.6 - схема распределения нагрузок на переднюю и заднюю оси транспортного средства; на фиг.7 - схема распределения нагрузок по бортам транспортного средства.
Способ расчета массово-геометрических и нагрузочных параметров транспортного средства специального назначения реализуется следующим образом.
На первоначальном этапе принимается система координат транспортного средства. За начало координат рассматриваемой системы в виде транспортного средства специального назначения принята крайняя передняя точка левой панели кузова-фургона изнутри. Координата Х - по длине кузова в направлении, обратном движению транспортного средства. Координата Y - по ширине кузова вправо по ходу транспортного средства. Координата Z - по высоте кузова от пола вверх.
На втором этапе определяются масса и координаты центра масс оборудования и аппаратных средств с экипажем.
общI
Общая масса оборудования и аппаратных средств с экипажем ΣG:
общI
1
2
i
ΣG=G+G+…+G,
где G - масса единицы оборудования (члена экипажа);
i - количество оборудования и членов экипажа.
I
I
I
Координаты центра масс оборудования и аппаратных средств с экипажем X, Y, Z (см. точку I на фиг.1 и фиг.2):
I
XI
общI
X=ΣS/G,
I
YI
общI
Y=ΣS/G,
I
ZI
общI
Z=ΣS/G,
где S=G·j - статический момент;
j - обобщенная координата центра масс.
На третьем этапе определяются координаты центра масс транспортного средства, оборудованного кузовом-фургоном. Для этого координаты центра масс транспортного средства преобразуются к принятой на первом этапе системе координат. Координаты центра масс, масса шасси и кузова - фургона известны из технической документации на них.
общII
Общая масса транспортного средства ΣG:
общII
ш
к
ΣG=G+G,
ш
где G - масса шасси;
к
G - масса кузова - фургона.
II
II
II
Преобразованные координаты X, Y, Z (см. точку II на фиг.1 и фиг.2):
II
XII
общII
X=ΣS/G,
II
YII
общII
Y=ΣS/G,
II
ZII
общII
Z=ΣS/G.
На четвертом этапе определяются масса и координаты центра масс полностью снаряженного транспортного средства.
общIII
Общая масса полностью снаряженного транспортного средства ΣG:
общIII
общI
общII
ΣG=ΣG+ΣG,
III
III
III
Координаты центра масс полностью снаряженного транспортного средства X, Y, Z (см. точку III на фиг.1 и фиг.2):
III
XI
XII
общIII
X=(ΣS+ΣS)/G,
III
YI
YII
общIII
Y=(ΣS+ΣS)/G,
III
ZI
ZII
общIII
Z=(ΣS+ΣS)/G.
На пятом этапе определяется распределение нагрузки на переднюю, заднюю оси и борта транспортного средства, для чего силы, распределенные по длине транспортного средства, заменяются на сосредоточенные, приложенные соответственно к серединам колес и бортам.
пер
Нагрузка Р, действующая на передний мост (см. фиг.6):
пер
общ
1
Р=(Р·(L-L))/L,
общ
где Р - общая нагрузка;
L - расстояние между задней и передней осями;
1
L - расстояние от передней оси до центра масс полностью снаряженного транспортного средства.
зад
Нагрузка Р, действующая на задний мост:
зад
общ
пер
P=P-P
зад
пер
Полученные значения нагрузок Р, Р сравниваются с допустимыми значениями для конкретного типа автошасси.
ос
Далее определяется перевес ΔР - разница нагружения на задний и передний мосты:
ос
зад
пер
ΔP=P-P
лб
Нагрузка Р, действующая на левый борт (см. фиг.7):
лб
общ
1
Р=(Р·(В-В))/В,
В - расстояние между бортами;
1
B - расстояние от левого борта до центра масс полностью снаряженного транспортного средства.
пб
Нагрузка Р, действующая на правый борт
пб
общ
лб
Р=Р-Р
ос
Далее определяется перевес ΔР - разница нагружения на левый и правый борт:
б
лб
пб
ΔР=Р-Р
На шестом этапе определяется продольная и поперечная устойчивость транспортного средства без учета деформации рессор и шин.
пmax
Передний угол свеса α (см. фиг.4) определяется по формуле:
пmax
1
max
α=arctg I /z,
1
где I - центр масс по длине транспортного средства относительно оси передних колес;
max
z - центр масс по высоте транспортного средства относительно уровня земли.
зmах
Задний угол свеса α (см. фиг 3) определяется по формуле:
зmax
max
α=arctg a /z,
где а - центр масс по длине транспортного средства относительно оси задних колес.
mах
Поперечная устойчивость транспортного средства β (см. фиг.5) определяется по формуле:
mах
r
max
β=arctg s/2-s/z,
где s - расстояние между колесами;
r
S - расстояние от центр масс по ширине кузова от продольной оси.
На седьмом этапе определяются допустимые нагрузки на элементы кузова-фургона: пол, борта, заднюю и переднюю панели, крышу.
п
Нагрузка на пол F определяется по формуле:
пол
пол
пол
F=G/S,
пол
где G - общая масса оборудования, установленного на пол;
пол
S - площадь пола.
б
Нагрузка на борт F определяется по формуле:
б
п
б
F=G/L,
б
где G - общая масса оборудования, установленного на соответствующий борт;
б
L - длина соответствующего борта.
п
Нагрузка на переднюю и заднюю панели F определяется по формуле:
пан
пан
пан
F= G/L,
пан
где G - общая масса оборудования, установленного на соответствующей панели;
пан
L - длина соответствующей панели.
кр
Нагрузка на крышу F определяется суммой масс установленного на ней оборудования.
На заключительном этапе проводится анализ полученных результатов: месторасположения центра масс полностью снаряженного транспортного средства, значения полученных нагрузочных параметров, которые не должны превышать допустимых для данного транспортного средства значений. При необходимости производится перекомпоновка оборудования и аппаратных средств с дальнейшим перерасчетом.
Таким образом, в предлагаемом изобретении решена задача по достижению технического результата, заключающегося в формировании способа расчета массово-геометрических и нагрузочных параметров транспортного средства специального назначения, который позволяет определить массу и координаты центр масс полностью снаряженного автомобиля, оборудования с операторами и командиром и шасси с кузовом-фургоном, нагрузки по осям и бортам транспортного средства, в т.ч. с использованием программных средств вычислительной техники.