Теоретический анализ кинематики машины высокой проходимости

THEORETICAL ANALYSIS OF THE KINEMATICS OF A CROSS-COUNTRY VEHICLE

1 2 3

Shukurov N.R. , Muhamadiev G.M. , Abidjanov Z.H. (Republic of Uzbekistan) Email: Shukurov569@scientifictext.ru

1Shukurov Nuritdin Rakhimovich - PhD in Technical Sciences, Associate Professor; 2Muhamadiev Gayrat Mahmudovich - Researcher; 3Abidjanov Zafar Hamidjanovich - Researcher, DEPARTMENT OF TECHNICAL SUPPORT, ACADEMY OF ARMED FORCES OF THE REPUBLIC OF UZBEKISTAN, TASHKENT, REPUBLIC OF UZBEKISTAN

Abstract: one of the most important advantages of articulated wheeled vehicles is the simplicity of the construction of the turning mechanism, as well as their ability to overcome sections of a complex profile without significantly changing the grip weight under each wheel, which allows for increased cross-country ability while maintaining good maneuverability.

The article presents the results of a theoretical analysis of the kinematics of rotation of a four-axis articulated machine, taking into account its design features. When considering the kinematics of rotation, the projections of the velocities of the coordinates of the centers of the wheels of the front and rear sections, as well as the center of mass of the rear section and the articulated joint on the coordinate axes are found.

Keywords: kinematics of rotation, articulated machine, front and rear section, angle of abstraction, patency, road coordinates.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КИНЕМАТИКИ МАШИНЫ ВЫСОКОЙ

ПРОХОДИМОСТИ

1 2 3

Шукуров Н.Р. , Мухамадиев Г.М. , Абиджанов З.Х.

1Шукуров Нуритдин Рахимович - кандидат технических наук, доцент; 2Мухамадиев Гайрат Махмудович - научный сотрудник; 3Абиджанов Зафар Хамиджанович - научный сотрудник, кафедра технического обеспечения, Академия Вооруженных Сил Республики Узбекистан, г. Ташкент, Республика Узбекистан

Аннотация: одним из важнейших достоинств колесных машин с шарнирно-сочлененной рамой является простота конструкций механизма поворота, а также их способность преодолевать участки сложного профиля без существенного изменения сцепного веса под каждым колесом, что позволяет иметь повышенную проходимость, сохраняя при этом достаточно хорошую маневренность.

В статье приводятся результаты теоретического анализа кинематики поворота четырехосной шарнирно-сочлененной машины с учетом ее конструктивных особенностей. При рассмотрении кинематики поворота найдены проекции скоростей координат центров колес передней и задней секции, а также центр масс задней секции и сочленяемого шарнира на координатные оси.

Ключевые слова: кинематика поворота, шарнирно-сочлененная машина, передняя и задняя секция, угол увода, проходимость, координаты дорог.

В настоящее время развития дорожного и строительного машиностроения, увеличение выпуска машин повышенной единичной мощности для строительства, освоение серийного производства машин на базе мощных промышленных тракторов и колесных тягачей связано

с увеличением единицы мощности, надежности и долговечности, улучшением качества машин и повышения их производительности.

Шарнирно-сочлененные машины находят широкое применение при строительстве дорог, тоннелей, газопроводов, возведения плотин и дамб, на горнодобывающих производствах. Если обычным тяжелым и крупногабаритным машинам требуется твердая поверхность под колесами, то особая конструкция и широкие шины сочлененной техники позволяют ей не бояться даже песчаного или заболоченного грунта. А это значит, что владелец экономит на прокладке дорог к пункту назначения [1].

Производительность строительных и дорожных машин с преобладающим транспортным режимом работы во многом определяется их проходимостью по бездорожью и слабонесущим грунтам.

Одним из способов повышения проходимости базовых энергонасыщенных машин является установка крупногабаритных шин низкого давления, пневмотоков и арочных шин. Однако, крупногабаритные шины низкого давления, пневмотоки и арочные шины не агрегатируются со стандартными управляемыми ведущими мостами серийных выпускаемых машин. Установка пневмотоков приводит к увеличению расстояния между осью поворотного шкворня и продольной плоскостью колеса, ограничивает углы поворота вокруг шкворней, а также затрудняет движение машин из-за увеличения габаритных размеров по ширине. Поэтому выбор оптимальной конструктивной схемы ходовой части, обеспечивающей максимальную унификацию разрабатываемых машин на шинах этого типа, представляет большой практический интерес.

Стремление применить на машине колеса большого диаметра (без изменения ширины рамы), снизить собственный вес, улучшить поворотливость и проходимость привело к созданию машин с шарнирно-сочлененной ломающейся рамой.

Сочлененная конструкция шасси позволяет устанавливать неуправляемые ведущие мосты, крупногабаритных шин низкого давления на подвеску стандартного типа. Поворот машины в этом случае осуществляется за счет относительного поворота передней и задней секций рамы в горизонтальной плоскости.

Так как шарнирно-сочлененная машина состоит из двух ломающихся полурам, то для анализа кинематики каждая секция рассмотрена как два отдельно-твердое тело, и для каждого из этих тел выведено отдельное уравнение кинематики. При выводе уравнения кинематики шарнирно-сочлененной машины эластичность пневматических шин учтены только радиусами качения колес и углами увода. Все кинематические параметры, в том числе и величина угла увода выражена через независимые координаты и геометрические размеры [2].

Рассмотрим кинематику поворота четырехосной шарнирно-сочлененной машины относительно системы отсчета, связанной с плоской дорогой. При этом находим проекции скоростей координат центров колес передней A¡...A4 и задней Вг..В4 секции; центр масс задней секции и сочленяемого шарнира 0, на координатные оси.

Как известно, проекция скорости на оси равна производной по времени от соответствующей координаты.

Учитывая зависимость углов складывания передней фА и задней секции фВ от времени относительно координатам дорог, получим: для передних колес:

ХА1 = *сА+ (аз -а1 + aJ(pA sin (рА -fa - а^фл cos (рА;

У Al = у Са- (аз -a-L+ а^)ф а cos фл + fa - а-^ф а siп фА;

*А4 = *сА + (аз - аа^ф А siп р А -fa + а-)p А cos р А; yAi = УСа- (аз -аг- а^ф а cos фл + fa + а-)фА sin фл . (1) Для сочленяемого шарнира:

= * с А + а -ф А С о s ф А + а ±ф а s i п ф а ;

У0 = УсА + sin р- - а^ со s р-.

Для задних колес:

Хв ! = ^о+ (В3 - В4)рВ sin <рв - (Ьз - В2 ) рВ со s <рв ;

Ув! = Уо - (В з — В4) рВ со s <рв - (Ьз - В2 ) 0В sin рв;

Хв4 = Хо + (Вз + В4)фв s i n (Рв - (Ь 3 + В2)Фв со s (Рв;

Ув1 = Уо - (Вз - В^рв со s Рв - (Ь - В 2)(рв sin Рв • (3) Для центра масс задней секции

Хсв = ХсА +р- (a i s in р- + а2 со s р- ) + рв(Вi s i n (в - В2 с о s рв);

УСв = У^-Р-4 (ai С05Рл + а 2 s¿прЛ; + рвВа^рв +В2 sinрв)• (4) Исходя из проекции скоростей центров координат колес передней и задней секции можно получить выражения тангенсов углов увода колес. Эти углы можно получить как разность образованных скоростями центров колес х4 ...х4 с осью х и углов р4, рв, образованных геометрическими осями секций хСу), ус хСв и уСв той же осью х из следующих соотношений:

для каждого колеса передней секции

УА i . УА4 /сч

tg a 1 = — ;........tg a4 = — ,

x/i ] х/14

для каждого колеса задней секции

tgft ;........^4 = ^ •

ХВ1 л В 4

Таким образом, в результате теоретического анализа кинематики шарнирно-сочлененной машины получена система уравнений, описывающих кинематику основных точек машины в зависимости от конструктивных параметров для всех случаев (прямолинейное и на поворот) движения и характера (плоскопараллельная, ровная и с наклоном) опорной поверхности. Реализация полученной системы уравнений кинематики в совокупности с уравнениями динамики шарнирно-сочлененной машины, с помощью компьютерной системы, позволил бы конструктору-исследователю еще на стадии предпроектной проработки выбрать наиболее эффективную компановку машин с учетом ее эксплуатационных свойств.

Список литературы /References

1. Као Х.Ж., Кочнев А.М. Обоснование способа поворота шарнирно-сочлененных машин // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн., 2018. № 7 (52). [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/6158/ (дата обращения: 16.04.2020).

2. Раззаков Х.Х., Шукуров Н.Р. Многоцелевая базовая машина высокой проходимости // Организация, технология, экология и механизация в строительстве: сб. научн. трудов. Самарканд: Сам ГАСИ, 1995. С. 23-25.