Моделирование движения колёсной машины высокой проходимости по деформируемому грунту

Введение. Совершенствование конструкций колёсных машин (КМ), предназначенных для эксплуатации на территориях со слабо развитой дорожной сетью, является важной задачей. Повышение эффективности эксплуатации транспортных средств позволяет существенно снизить себестоимость грузовых перевозок в труднодоступные районы нашей страны, а также проводить освоение новых территорий. Многообразие грунтовых поверхностей территории Российской Федерации вызывает сложность выбора параметров автомобиля на ранних стадиях проектирования. В связи с высоким уровнем развития вычислительной техники, целесообразно использовать методы имитационного моделирования движения КМ.

Цель исследования - применить новые подходы при расчёте параметров взаимодействия колёсного движителя с грунтом, учитывающие основные особенности конструкции КМ, позволяющие точнее моделировать процесс движения транспортного средства по грунтовой поверхности и учитывающие взаимовлияние различных систем на проходимость транспортного средства при движении по деформируемым опорным поверхностям.

Методология и методы. В статье представлен метод имитационного моделирования движения КМ высокой проходимости по деформируемому грунту. Метод основан на принципе создания математической модели КМ в среде динамики твёрдых тел, расширенной новыми моделями. Особенности моделирования взаимодействия эластичной шины с деформируемым грунтом заключаются в создании дополнительной динамической библиотеки. Алгоритм этой библиотеки использует модель взаимодействия эластичной шины с деформируемым грунтом, разработанную профессором Я.С. Агейкиным и дополненную его учениками.

Результаты и научная новизна. В статье рассмотрен пример прямолинейного движения КМ на суглинке, приведены результаты исследования. Рассмотренный подход позволяет комплексно исследовать проходимость КМ при движении по деформируемым опорным поверхностям. Математическая модель учитывает основные системы КМ и их характеристики: двигатель, трансмиссию, механизмы распределения потоков мощности (дифференциалы) и их состояние, колёсный движитель, массово-инерционные свойства звеньев КМ.

Практическая значимость. Разработанный метод позволяет анализировать проходимость КМ как уже существующих, так и вновь разрабатываемых. Позволяет изучать взаимовлияние систем КМ на возможность движения по различным грунтовым поверхностям. Определять нагрузки на несущие элементы КМ, в том числе и получать историю нагружения для оценки ресурса.

1. Агейкин Я.С. Вездеходные колёсные и комбинированные движители. Теория и расчёт. - М.: Машиностроение, 1972. - 184 с.

2. Агейкин Я.С. Проходимость автомобилей. - М.: Машиностроение, 1981. - 232 с.

3. Bekker M.G. Introduction to terrain-vehicle systems. - Ann Arbor: University of Michigan Press, 1969. -520 p.

4. Wong J.Y. Theory of Ground Vehicles. - New York: Wiley IEEE, 2001. - 560 p.

5. Бабков В.Ф., Бируля А.К., Сиденко В.М. Проходимость колёсных машин по грунту. - М.: Автотранс-издат, 1959. - 189 с.

6. Барахтанов Л.В., Беляков В.В., Кравец В.Н. Проходимость автомобиля. - Н. Новгород: Изд-во НГТУ, 1996. - 200 с.

7. Ларин В.В. Теория движения полноприводных колёсных машин: учебник. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. - 391 с.: ил.

8. Котиев Г.О., Шарипов В.М., Щетинин Ю.С., Хашем М.Ш. Подбор шин низкого давления для сельскохозяйственных тракторов и вездеходных транспортных средств // Современные тенденции развития науки и технологий. - 2016. - Вып. 7-2. - С. 46-51.

9. Горбатовский А.В., Котиев Г.О., Чулюкин А.О., Васильев В.В. Теоретическое исследование буксования движителя в начале движения автомобиля, оснащённого различными трансмиссиями, на деформируемом грунте // Журнал автомобильных инженеров. - 2016. -№ 2. - С. 12-14.

10. Горелов В.А., Падалкин Б.В., Чудаков О.И. Математическая модель прямолинейного движения по деформируемой опорной поверхности двухзвенного седельного автопоезда с активным полуприцепным звеном // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение». - 2017. - № 2. - С. 121-138.

11. Падалкин Б.В., Горелов В.А., Чудаков О.И. Повышение энергоэффективности автопоезда при движении в тяжёлых дорожных условиях за счёт выбора рациональных параметров систем привода прицепных звеньев // Труды НАМИ. - 2017. - № 1 (268). -С. 60-66.

12. Горелов В.А., Карташов А.Б., Ковтун К.И., Комиссаров А.И. Разработка математической модели шарнирно-сочленённого транспортного средства для Арктических зон РФ, Крайнего Севера и Дальнего Востока // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. - 2017. - № 2 (32). - С. 16-24.

13. Кошарный Н.Ф. Технико-эксплуатационные свойства автомобилей высокой проходимости. - Киев: Вища школа, 1981. - 207 с.

14. Теория силового привода колёс автомобилей высокой проходимости / С.Б. Шухман, В.И. Соловьёв, Е.И. Прочко. - М.: Агробизнесцентр, 2007. - 333 с.: ил., табл.; 25 см. - ISBN 978-5-902792-15-4.

15. Volskaya N.S., Zhileykin M.M. and Zakharov A.Y. Mathematical model of rolling an elastic wheel over deformable support base // IASF-2017. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 315 (2018) 012028. - DOI: 10.1088/1757-899X/315/1/012028.

16. Агейкин Я.С., Вольская Н.С., Чичекин И.В. Проходимость автомобиля. - М.: МГИУ, 2010. - 275 с.

17. Вольская Н.С. Разработка методов расчёта опорно-тяговых характеристик колёсных машин по заданным дорожно-грунтовым условиям в районах эксплуатации: автореферат дисс. ... д-ра техн. наук. -М.: Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2008. - 35 с.

18. Чичекин И.В. Разработка пространственных динамических моделей колёсных машин для анализа проходимости при движении по неровным грунтовым поверхностям: автореферат дисс. . кандидат технических наук. - М.: Московский государственный индустриальный университет, 2010. - 25 с.

19. Сапожников В.В. Метод оценки проходимости многоколёсных транспортных средств большой грузоподъёмности по обследованным маршрутам на слоистых грунтах: автореферат дисс. . кандидат технических наук. - М.: З-д-втуз при Моск. автомоб. з-де им. И.А. Лихачёва, 1985. - 18 с.

20. Ястребов Г.Ю. Оценка тяговых возможностей колёсных машин на грунтах с низкой несущей способностью: автореферат дисс. . кандидат технических наук. - М.: Моск. автомобилестроит. ин-т, 1990. - 17 с.

21. Кульчицкий-Сметанка В.М. Оценка динамики взаимодействия колёсной машины с неровной грунтовой поверхностью: дисс. . кандидат технических наук. - М.: Моск. гос. индустр. ун-т, 2002. - 180 с.

22. Вольская Н.С., Кузнецов А.В., Левенков Я.Ю., Палагута К.А., Ширяев К.Н. Автоматизированный стенд для определения деформации грунта в условиях циклического взаимодействия с эластичным колесом // Труды ФГУП «НПЦАП». Системы и приборы управления. - 2016. - № 3. - С. 19-27.

23. Вольская Н.С., Агейкин Я.С., Чичекин И.В., Ширяев К.Н. Методика определения глубины колеи под колёсами многоосной машины с учётом физико-механического состояния грунта // Журнал автомобильных инженеров. - 2013. - № 2 (79). - С. 22-25.

24. Бабийчук А.Э., Агейкин Я.С., Вольская Н.С. Методика определения потерь мощности на качение колёсного движителя с учётом типа трансмиссии и давления воздуха в шинах машины // Журнал автомобильных инженеров. - 2013. - № 2 (79). - С. 44-47.

25. Чичекин И.В., Левенков Я.Ю., Зуенков П.И., Максимов Р.О. Формирование закона управления углом поворота рулевого колеса для поддержания заданной траектории движения автомобиля // Труды НАМИ. - 2019. - № 3 (278). - С. 53-61.