Сравнительная оценка опорной проходимости автомобилей КамАЗ-4350, КамАЗ-43114 и Урал-4320-31 на сыпучем песке

Турбоэлектрокомпрессор имеет три режима работы. В первом режиме, при избытке мощности турбины над потребной мощностью компрессора, обратимая электрическая машина работает в режиме генератора и заряжает аккумулятор автомобиля. Во втором режиме, при избытке мощности турбины над необходимой мощностью компрессора и при заряженном аккумуляторе, обратимая электрическая машина работает в режиме генератора и питает бортовую сеть автомобиля вместо штатного генератора. Особенность третьего режима - при недостатке мощности турбины для работы компрессора, обратимая электрическая машина работает в режиме двигателя и «подкручивает» компрессор за счет энергии аккумулятора.

Также полученную электрическую энергию из кинетической энергии выхлопных газов можно накапливать в аккумуляторных батареях или суперконденсаторах, а затем использовать для работы электротурбокомпрессора.

Использование электротурбокомпрессора и систем регенерации энергии выхлопных газов - это кардинальный способ повысить энергоэффективность силовой установки и сократить расход топлива в среднем на 1G-15 % в зависимости от типа двигателя и топлива. С учетом прогнозов специалистов об использовании традиционных двигателей внутреннего сгорания еще как минимум лет двадцать, использование систем регенерации кинетической энергии выхлопных газов актуально как с экономической, так и экологической точки зрения.

Литература

1. Патент РФ №2459G97 «Электромеханическая система для двигателя внутреннего сгорания»

2. Патент US7891185; Deere & Company; Turbo-generator control with variable valve actuation.

3. Патент US7893554; Deere & Company; Turbo compounding system.

4. Патент US7950231; Deere & Company; Low emission turbo compound engine system.

5. Патент № 2G1G134216; Электро-турбокомпрессор.

6. Патент № 2216647; Turbocompressor.

7. Патент № 2427714; Turbo-electro-generator.

8. Патент № 2418957; Turbo-electro-generator.

9. http://www.cpowert.com/products/tigers.htm.

10. http://www.cpowert.com/products/vtes.htm.

Сравнительная оценка опорной проходимости автомобилей КамАЗ-4350, КамАЗ-43114 и Урал-4320-31 на сыпучем песке

к.т.н. с.н.с. Острецов А.В., к.т.н. Есаков А.Е., д.т.н. проф. Шарипов В.М.

Университет машиностроения (495) 223-05-23, доб. 1111, avt@mami.ru

Аннотация. В статье приведены результаты экспериментальных исследований опорной проходимости автомобилей КамAЗ-4350, КамАЗ-43114 и Урал-4320-31 с шинами модели Кама-1260 на сухом сыпучем песке. Сравнительная оценка опорной проходимости проведена по основным показателям: удельной силе тяги на крюке, удельной силе сопротивления буксированию автомобиля, наибольшей скорости прямолинейного равномерного движения без нагрузки на крюке и наименьшему радиусу поворота автомобиля без потери проходимости.

Ключевые слова: полноприводный автомобиль, нагрузка на ось, система регулирования давления воздуха в шинах, опорная проходимость, удельная сила тяги на крюке автомобиля, удельная сила сопротивления буксированию, угол преодолеваемого подъёма, скорость движения, деформируемая опорная поверхность.

Тяговые и скоростные свойства автомобиля на деформируемой опорной поверхности и энергия, затрачиваемая на её деформирование и преодоление потерь в шинах, являются определяющими факторами опорной проходимости автомобиля. Соответствие нагрузочных

и размерных параметров шин характеристикам поверхности движения определяет потенциальные возможности опорной проходимости автомобиля.

Исследованию опорной проходимости различных колёсных машин посвящены работы

[1-4].

Для каждого автомобиля в конкретных условиях движения показатели опорной проходимости зависят, при отсутствии прочих ограничений, от сцепных свойств шин с опорной поверхностью и потерь на её деформирование [4]. Чем лучше сцепные свойства шин и меньше потери на деформирование опорной поверхности, тем выше показатели опорной проходимости автомобиля. В наибольшей степени выполнение этих условий связано с особенностями конструкции шин (в первую очередь, с характеристиками их жёсткости) и возможностью снижения давления воздуха в них.

С целью сравнения опорной проходимости автомобилей КамАЗ-4350, КамАЗ-43114 и Урал-4320-31 на сухом сыпучем песке (влажность до 6 %, общая глубина залегания более 3 м) был выполнен комплекс экспериментальных исследований по методике, изложенной в ГОСТ Р В 52048-2003 [5].

Исследованиям подвергались автомобили с шинами модели Кама-1260 размерностью 425/85Я21 (номинальная нагрузка на колесо - 29400 Н; наружный диаметр - 1260 мм; посадочный диаметр - 533 мм; ширина беговой дорожки - 380 мм) с регулируемым давлением воздуха и рисунком протектора повышенной проходимости [6]. Краткая техническая характеристика автомобилей приведена в таблице 1.

Таблица 1

Краткая техническая характеристика автомобилей

Марка автомобиля (колесная формула) Масса перевозимого груза, кг Полная масса (распределение по осям), кг Удель- ная мощ-ность, кВт/т (л.с./т) Шины, модель (минимальное давление воздуха в шинах, МПа) Удельная нагружен-ность шин, передних /задних (средняя), т/м3

КамАЗ-4350

КамАЗ-43114

Урал-4320-31

В процессе исследований межосевые и межколёсные дифференциалы автомобилей были заблокированы.

Отдельные фрагменты экспериментальных исследований показаны на рисунках 1 и 2. В процессе исследований с помощью подвижной лаборатории, оборудованной необходимыми тензоизмерительной и регистрирующей аппаратурой и приборами, определялись

максимальная сила тяги Рk max на крюке и сила Pfe сопротивления буксированию автомоби-

Количественно опорная проходимость автомобилей оценивалась следующими показателями:

• наибольшей удельной силой тяги на крюке автомобиля

Кт max = Pk max / Ga, где: Ga - эксплуатационный вес автомобиля;

• удельной силой сопротивления буксированию автомобиля

fe = Pf6 / Ga ;

• наибольшей скоростью Va max прямолинейного равномерного движения автомобиля без нагрузки на крюке;

Серия. «Транспортные средства и энергетические установки» • наименьшим радиусом Кт1П поворота автомобиля без потери проходимости.

Рисунок 1. Определение наибольшей силы тяги на крюке автомобиля КамАЗ-4350

Рисунок 2. Определение силы сопротивления буксированию автомобиля Урал-4320-31

В таблице 2 и на рисунках 3 - 5 показано изменение показателей опорной проходимости автомобилей от величины давления воздуха в шинах.

Таблица 2

Показатели опорной проходимости автомобилей

Марка автомобиля Ра , МПа КТ тах V г а тах > км/ч !б ^ тт , м

0,40 0,025 — 0,170 да

КамАЗ-4350 0,30 0,092 17,1 0,102 —

0,20 0,152 20,9 0,076 11,3

0,10 0,272 27,5 0,063 11,2

0,40 0,045 14,5 0,183 13,5

КамАЗ-43114 0,30 0,090 16,5 0,150 12,5

0,20 0,144 22,5 0,114 11,5

0,10 0,267 26,9 0,068 11,1

0,40 0,045 16,2 0,148 12,7

Урал-4320-31 0,30 0,091 19,7 0,122 12,5

0,20 0,142 27,9 0,071 12,0

0,10 0,277 30,0 0,060 11,3

Анализ полученных результатов экспериментальных исследований показал, что при движении по сухому сыпучему песку лучшие показатели опорной проходимости автомобили имеют при минимально допустимом давлении воздуха в шинах. Тяговые их показатели ограничиваются сцеплением колес с опорной поверхностью при любом давлении воздуха в ши-

Наибольшую удельную силу тяги КТ тах = 0,267.. .0,277 автомобили развивали при минимально допустимом давлении воздуха в шинах pв = 0,10 МПа (рисунок 3), что выше требу-

емой ГОСТ Р В 52395-2005 (не менее 0,250). Автомобиль Урал-4320-31 по тягово-сцепным свойствам лишь незначительно превосходил автомобили КамАЗ-4350 и КамАЗ-43114 (на 1,8 и 3,6 %, соответственно).

0,10 0,20 030 0,40 рв,МПа Рисунок 3. Зависимость удельной силы тяги на крюке от давления воздуха в шинах автомобилей: 1 - Урал-4320-31; 2 - КамАЗ-43114; 3 - КамАЗ-4350

КамАЗ-4350 КамА.3-43114 Урал-4320-31 КамАЗ 4350 КамАЗ-43114 Урал-4320-31

Рисунок 4. Показатели удельного Рисунок 5. Показатели наибольшей ско-

сопротивления буксированию автомобилей: рости движения автомобилей:

1 - рв = 0,1 МПа; 2 - рв = 0,4 МПа 1 - рв = 0,1 МПа; 2 - рв = 0,4 МПа

При увеличении давления воздуха в шинах значения удельной силы тяги на крюке значительно снижаются и приближаются к нулю при величинах давления, близкого к номинальному.

Полученные наибольшие удельные показатели тягово-сцепных свойств позволяют автомобилям уверенно двигаться не только по горизонтальным участкам сухого сыпучего песка, но и, учитывая, что наибольший угол преодолеваемого подъёма

а max ~ arctg (KT max) , 1С0

преодолевать подъемы крутизной до 15 .

Наименьшие величины удельного сопротивления буксированию автомобилей Jq = 0,060.. .0,068 также были получены при минимально допустимом давлении воздуха в шинах рв = 0,10 МПа (рисунок 4). У автомобиля Урал-4320-31 этот показатель был несколько ниже, чем у автомобилей КамАЗ-4350 и КамАЗ-43114 (на 5 и 13 %, соответственно).

С увеличением давления воздуха в шинах у всех автомобилей увеличивалось и удельное сопротивление буксированию, которое при номинальном давлении воздуха в шинах возрастало в 2,5.2,7 раза.

Поскольку потери (сопротивление) на буксирование автомобиля в определенной степени характеризуют и потери (сопротивление) на качение автомобиля, то очевидно, что мень-

шие значения этих потерь способствуют достижению более высокой скорости движения. Кроме того, наибольшая скорость движения автомобиля определяется его удельной мощностью и передаточными числами трансмиссии. Закономерно, что наибольшую скорость движения развивал автомобиль Урал-4320-31 (30,0 км/ч). Автомобили КамАЗ-4350 (27,5 км/ч) и КамАЗ-43114 (26,9 км/ч) уступали ему по этому показателю.

В результате экспериментальных исследований было установлено, что при минимально допустимом давлении воздуха в шинах проходимость автомобилей не ограничивалась радиусом их поворота (при движении на повороте управляемые колеса поворачивались до упора в ограничители), то есть они могли уверенно маневрировать на сухом сыпучем песке. Однако с увеличением давления воздуха в шинах до номинального значения, проходимость автомобилей при движении с минимальным радиусом заметно ухудшалась или вообще происходила потеря проходимости при повороте с любым радиусом, как, например, у автомобиля КамАЗ-4350.

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования опорной проходимости полноприводных автомобилей КамАЗ-4350, КамАЗ-43114 и Урал 4320-31 на сухом сыпучем песке показали следующее [1, 3]:

• лучшей опорной проходимостью среди подвергавшихся экспериментальным исследованиям автомобилей обладает Урал-4320-31;

• регулирование давления воздуха в шинах автомобилей остаётся наиболее эффективным способом повышения опорной проходимости автомобилей;

• наибольшие значения удельной силы тяги (0,267.0,277) и наименьшие значения удельного сопротивления буксированию (0,060.0,068) достигались при минимально допустимом давлении воздуха в шинах (0,01 МПа) и ограничивались сцепными свойствами с опорной поверхностью. Такие значения позволяют автомобилям не только уверенно двигаться (Va max = 27.30 км/ч) и маневрировать по сухому сыпучему песку, но и преодолевать подъёмы крутизной до 15 ;

• у всех автомобилей средняя удельная нагруженность шин модели Кама-1260 по объёму (6,60.7,70 т/м3), которая оказывает определяющее влияние на показатели их опорной проходимости, не превышала допускаемой для шин радиальной конструкции (8,0 т/м ).

Литература

1. Порядкин В.И., Годжаев З.А. Моделирование взаимодействия высокоэластичной шины с неровностью дороги // Тракторы и сельхозмашины, 2014, №1. - С. 16-18.

2. Котляренко В.И., Гончаренко С.В., Годжаев З.А. Шина сверхнизкого давления - оптимальный движитель для транспортных средств на слабонесущих грунтах // Тракторы и сельхозмашины, 2014, №2. - С. 17-21.

3. Мурог И.А., Калугин А.А. Метод снижения буксования колесного пневматического движителя // Тракторы и сельхозмашины, 2013, №4. - С. 36-38.

4. Оценка и выбор пневматических шин регулируемого давления для армейских автомобилей / В.Н. Абрамов, М.П. Чистов, И.В. Веселов, А.А. Колтуков; Под ред. В.В. Шипилова. - Бронницы: ФГУП 21 НИИИ МО РФ, 2006. - 223 с.

5. ГОСТ Р В 52048-2003. Автомобили многоцелевого назначения. Параметры проходимости и методы их определения. - М.: Издательство стандартов, 2003.

6. ГОСТ Р В 52395-2005. Шины пневматические с регулируемым давлением для военной техники. - М.: Издательство стандартов, 2005.