СПОСОБ РАСЧЕТА МАССОВО-ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И НАГРУЗОЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК G01M17/00 

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.

Общая масса оборудования и аппаратных средств с экипажем ΣG_общI:

ΣG_общI=G₁+G₂+…+G_i,

где G - масса единицы оборудования (члена экипажа);

i - количество оборудования и членов экипажа.

Координаты центра масс оборудования и аппаратных средств с экипажем X_I, Y_I, Z_I (см. точку I на фиг.1 и фиг.2):

X_I=ΣS_XI/G_общI,

Y_I=ΣS_YI/G_общI,

Z_I=ΣS_ZI/G_общI,

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.

Общая масса транспортного средства ΣG_общII:

ΣG_общII=G_ш+G_к,

где G_ш - масса шасси;

G_к - масса кузова - фургона.

Преобразованные координаты X_II, Y_II, Z_II (см. точку II на фиг.1 и фиг.2):

X_II=ΣS_XII/G_общII,

Y_II=ΣS_YII/G_общII,

Z_II=ΣS_ZII/G_общII.

На четвертом этапе определяются масса и координаты центра масс полностью снаряженного транспортного средства.

Общая масса полностью снаряженного транспортного средства ΣG_общIII:

ΣG_общIII=ΣG_общI+ΣG_общII,

Координаты центра масс полностью снаряженного транспортного средства X_III, Y_III, Z_III (см. точку III на фиг.1 и фиг.2):

X_III=(ΣS_XI+ΣS_XII)/G_общIII,

Y_III=(ΣS_YI+ΣS_YII)/G_общIII,

Z_III=(ΣS_ZI+ΣS_ZII)/G_общIII.

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.

Нагрузка Р_пер, действующая на передний мост (см. фиг.6):

Р_пер=(Р_общ·(L-L₁))/L,

где Р_общ - общая нагрузка;

L - расстояние между задней и передней осями;

L₁ - расстояние от передней оси до центра масс полностью снаряженного транспортного средства.

Нагрузка Р_зад, действующая на задний мост:

P_зад=P_общ-P_пер

Полученные значения нагрузок Р_зад, Р_пер сравниваются с допустимыми значениями для конкретного типа автошасси.

Далее определяется перевес ΔР_ос - разница нагружения на задний и передний мосты:

ΔP_ос=P_зад-P_пер

Нагрузка Р_лб, действующая на левый борт (см. фиг.7):

Р_лб=(Р_общ·(В-В₁))/В,

В - расстояние между бортами;

B₁ - расстояние от левого борта до центра масс полностью снаряженного транспортного средства.

Нагрузка Р_пб, действующая на правый борт

Р_пб=Р_общ-Р_лб

Далее определяется перевес ΔР_ос - разница нагружения на левый и правый борт:

ΔР_б=Р_лб-Р_пб

На шестом этапе определяется продольная и поперечная устойчивость транспортного средства без учета деформации рессор и шин.

Передний угол свеса α_пmax (см. фиг.4) определяется по формуле:

α_пmax=arctg I₁ /z_max,

где I₁ - центр масс по длине транспортного средства относительно оси передних колес;

z_max - центр масс по высоте транспортного средства относительно уровня земли.

Задний угол свеса α_зmах (см. фиг 3) определяется по формуле:

α_зmax=arctg a /z_max,

где а - центр масс по длине транспортного средства относительно оси задних колес.

Поперечная устойчивость транспортного средства β_mах (см. фиг.5) определяется по формуле:

β_mах=arctg s/2-s_r/z_max,

где s - расстояние между колесами;

S_r - 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.

Нагрузка на пол F_п определяется по формуле:

F_пол=G_пол/S_пол,

где G_пол - общая масса оборудования, установленного на пол;

S_пол - площадь пола.

Нагрузка на борт F_б определяется по формуле:

F_б=G_п/L_б,

где G_б - общая масса оборудования, установленного на соответствующий борт;

L_б - длина соответствующего борта.

Нагрузка на переднюю и заднюю панели F_п определяется по формуле:

F_пан= G_пан/L_пан,

где G_пан - общая масса оборудования, установленного на соответствующей панели;

L_пан - длина соответствующей панели.

Нагрузка на крышу F_кр 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.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Способ расчета массово-геометрических и нагрузочных параметров транспортного средства специального назначения заключается 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. На первоначальном этапе принимают систему координат транспортного средства. Нa втором этапе определяют массу и координаты центра масс оборудования и аппаратных средств с экипажем. На третьем этапе определяют координаты центра масс транспортного средства, оборудованного кузовом-фургоном. На четвертом этапе определяют массу и координаты центра масс полностью снаряженного транспортного средства. На пятом этапе определяют распределение нагрузки на переднюю и заднюю оси и борта транспортного средства. На шестом этапе определяют продольную и поперечную устойчивость транспортного средства без учета деформации рессор и шин. На седьмом этапе определяют допустимые нагрузки на элементы кузова-фургона: пол, борта, заднюю и переднюю панели, крышу, на восьмом этапе проводится анализ полученных результатов. При необходимости производится перекомпоновка оборудования и аппаратных средств с дальнейшим перерасчетом. Достигается повышение точности определения массово-геометрических параметров транспортного средства. 7 ил.

Способ расчета массово-геометрических и нагрузочных параметров транспортного средства специального назначения, заключающийся 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, отличающийся тем, 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.