специализированный подвижной состав грузового

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ "МАМИ"
В.В. Бернацкий
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ПОДВИЖНОЙ
СОСТАВ ГРУЗОВОГО АВТОТРАНСПОРТА
Часть I
Рекомендовано УМО по образованию в области транспортных машин и
транспортно-технологических комплексов в качестве учебного пособия
для студентов вузов, обучающихся по специальности
«Автомобиле- и тракторостроение»
Москва - 2005
УДК 631.372:629.114.2.012 (031)
ББК 40.721
Бернацкий В.В.
Специализированный подвижной состав грузового автотранспорта: Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по
специальности "Автомобиле- и тракторостроение" направления
подготовки дипломированных специалистов "Транспортные машины и транспортно-технологические комплексы". - М.: МГТУ
"МАМИ", 2005. – 48 с.
Рассмотрены особенности конструкции специализированных транспортных средств, их специальных узлов и механизмов,
классификация, требования, тенденции развития и связанные с
ними вопросы теории и расчета.
Для студентов высших учебных заведений, изучающих
конструкцию, теорию, конструирование и расчет автомобиля,
специализированный подвижной состав, а также для инженернотехнических работников.
 В.В. Бернацкий, 2005
2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СПС .................................................
2 АВТОПОЕЗДА .........................................................................
2.1. Автомобили-тягачи ...........................................................
2.2. Прицепной состав ..............................................................
2.3. Тягово-сцепные устройства .............................................
2.4. Опорно-сцепные устройства ............................................
2.5. Поворотные устройства ....................................................
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .............................................................
4
5
11
18
21
27
36
38
46
3
ВВЕДЕНИЕ
Основной задачей автомобильного транспорта, которым перевозится до 80 % грузов, является своевременное, качественное и полное
удовлетворение потребностей населения и хозяйства страны в перевозках, повышение эффективности его работы, что особенно важно в условиях рыночной экономики в связи с коммерциализацией перевозок.
Эффективное использование автотранспортных средств (АТС) невозможно без широкого применения специализированных грузовых автомобилей, прицепов и полуприцепов, уменьшения непроизводительных простоев, порожних пробегов и нерациональных перевозок, дальнейшего развития и совершенствования централизованных перевозок
грузов, обеспечения преимущественного развития транспорта общего
пользования и улучшения структуры парка подвижного состава.
Одно из главных направлений научно-технического прогресса на
грузовом автомобильном транспорте - широкая специализация АТС с
учетом требований строительства, промышленности, торговли, бытового обслуживания, здравоохранения и других отраслей народного хозяйства.
Расширение выпуска специализированных АТС за счет применения самосвалов, цистерн, рефрижераторов, контейнеровозов, панелевозов, автомобилей с автономным погрузочно-разгрузочным оборудованием и других позволяет повысить сохранность перевозимых грузов,
снизить потери при перевозке, механизировать погрузочноразгрузочные работы, уменьшить время на перевозку и разгрузку, т.е. в
наибольшей степени реализовать основное преимущество автомобильного транспорта - принцип "от двери до двери".
Широкому применению специализированного подвижного состава
способствует укрупнение автотранспортных предприятий, развитие
централизованных перевозок грузов, увеличение объема перевозок грузов торговли и общественного питания.
Эффективное использование специализированного подвижного
состава в данных условиях эксплуатации зависит от того, насколько учтены требования, предъявляемые к конструкции кузова или вспомогательным устройствам АТС.
Изучение курса "Специализированный подвижной состав" базируется на дисциплинах: "Конструкция автомобиля", "Теория автомобиля",
"Конструирование и расчет автомобиля", "Основы эксплуатации и ремонта автомобиля". Предполагается, что студенты знакомы с устройством основных агрегатов и систем базовых автомобилей. Поэтому в
4
дальнейшем рассматриваются только особенности конструкции специализированных автомобилей, их специальных узлов и механизмов и
связанные с ними вопросы теории и расчета. Необходимо также знать
требования к конструкции, классификацию, тенденции развития, методы специализации, эксплуатационные особенности специализированного подвижного состава.
Настоящее учебное пособие рассчитано в основном на самостоятельную работу студентов. С этой целью приводится расширенный список вспомогательных литературных источников, в каждом из которых
освещается тот или иной вопрос курса. В работе кратко изложены основные главы дисциплины, требующие детальной проработки самостоятельно. Учитывая, что каждый студент не может располагать всей
указанной литературой, в тексте даются ссылки на несколько источников по данному вопросу. Вместе с тем использование пособия в качестве основного и единственного для подготовки к зачету или экзамену по
курсу недостаточно. Однако в данной работе сделана попытка систематизировать сведения, касающиеся общего устройства, классификации,
предъявляемых требований, эксплуатационных особенностей специализированного подвижного состава, и привести их в соответствие с учебным планом и программой дисциплины "Специализированный подвижной состав".
I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СПС
Специализированный подвижной состав (СПС) - это совокупность специализированных автотранспортных средств (САТС).
САТС - автомобиль, прицеп или полуприцеп, конструктивно приспособленный к размещению и перевозке определенного вида груза
(однородных грузов) и (или) обладающий наличием погрузочных (разгрузочных) устройств, обеспечивающих его приспособленность к погрузке (разгрузке).
Специализированный подвижной состав предназначен в первую
очередь для выполнения транспортной работы, т.е. для перевозки грузов. В этом заключается отличие специализированных автомобилей от
специальных, назначение которых всевозможные технологические
функции. К специальным относятся пожарные, медицинские, уборочные автомобили, автокраны, автофрезы, компрессорные установки и
т.п. Это отдельный класс автомобилей, к которым предъявляются свои
специфические требования, но в курсе "Специализированный подвижной состав" они не рассматриваются.
5
Современное состояние развития автомобильного транспорта характеризуется возрастающей ролью СПС, который в ближайшей перспективе будет иметь преобладающее значение при перевозках в различных отраслях народного хозяйства.
Одной из основных причин развития СПС является то обстоятельство, что с увеличением объемов перевозок возрастают требования к
качеству транспортного обслуживания [2, 4, 5,7].
Ввиду отсутствия достаточного количества специализированных
автомобилей, кузовов и контейнеров в сельском хозяйстве ежегодно теряется 1-1,5 % валового сбора зерна, 7-10 % свеклы, 3-5 % картофеля. В
строительстве теряется до 1,5 млрд. штук кирпича, до 11 млн. м. стекла,
10-12 % стеклопрофилита, около 9 млн. тонн цемента, около 3 млн. м3
товарного раствора и бетона и повреждается до 800 тыс. тонн железобетонных конструкций и изделий [4].
Виды грузов и их влияние на конструкцию САТС [2]
Грузы своими свойствами (массой, габаритами, размерами, геометрической формой, физическим состоянием и т.д.) оказывают существенное влияние на выбор компоновочных решений и особенностей,
конструкций узлов и механизмов САТС.
По физическому состоянию грузы делятся на твердые, жидкие, газообразные; по приспособленности к производству погрузочноразгрузочных работ - на навалочные, тарно-штучные, жидкие и газообразные.
Некоторые специфические категории грузов:
- строительные (щебень, глина, песок, асфальт, цемент, бетон...);
- сельскохозяйственные (зерно, овощи, минеральные удобрения);
- горнорудные (руда, уголь...);
- жидкости (молоко, вода, бензин);
- химические вещества;
- сжиженные и сжатые газы;
- пылевидные и порошкообразные (цемент, мука...);
- строительные конструкции (панели, плиты, балки...);
- длинномеры (плети труб, прокат, лес...);
- тяжеловесные неделимые грузы (фермы, трубы...);
- скоропортящиеся грузы (мясо, живая рыба, фрукты...);
- тарно-штучные грузы (промышленные товары, продукты...);
- хлебобулочные изделия.
6
Классификация СПС [2, 4, 5]
1. По наличию погрузочно-разгрузочные устройств: самосвалы,
самопогрузчики, автомобили со съемными кузовами (контейнерами).
2. По типу несущей системы (типу кузова): фургоны, цистерны.
3. По роду перевозимого груза: металловозы, контейнеровозы,
трубовозы, лесовозы, плетевозы (и для др. железобетонных изделий),
тяжеловозы,
сельскохозяйственного
назначения
(скотовозы, птицевозы и др.).
Предусмотрена, кроме того, более детальная классификация, например, по конструкции рамы; по возможности изменения колесной базы или габаритной длины; по наличию дополнительного оборудования
и т.п.
Уровень и методы специализации [2, 4 ,5]
Значение автомобильного транспорта в экономике страны в значительной степени определяется уровнем его специализации. Параметры и
конструкции специализированных автомобилей и автопоездов в наибольшей степени отвечают разнообразным условиям эксплуатации,
учитывая при этом интересы грузоотправителей и грузополучателей.
Применение специализированных кузовов, подъемных бортов и соответствующих платформ обеспечивает максимальную сохранность грузов, ускоряется и облегчается перегрузочный процесс, что в конечном
итоге приводит к повышению производительности и эффективности
транспортного процесса.
Теоретически оптимальным на перспективу считается уровень
специализации, когда СПС составляет 75 % от общего парка грузовых
автомобилей.
Специализация подвижного состава осуществляется следующими методами:
- установкой специализированных кузовов и дополнительного
оборудования на шасси базовых автомобилей (базовым, как
правило, является автомобиль с бортовой платформой);
- установкой кузовов на специальные шасси (самосвалы);
- созданием специальных несущих систем с формообразованием
определенного кузова (цистерны, фургоны);
- созданием узкоспециализированных конструкций, как правило,
прицепного состава (тяжеловозы, панелевозы, роспуски и др.).
7
Преимущества и недостатки СПС [1, 2, 3, 4, 5]
По сравнению с универсальным базовым автомобилем специализированный имеет следующие преимущества использования:
- большая сохранность (количества и качества) грузов в процессе
перевозки;
- более высокая механизация погрузочно-разгрузочных работ;
- более полное использование грузоподъемности;
- возможность перевозки специфических видов грузов (например, жидких или длинномерных);
- снижение затрат на тару и экспедитора;
- повышение
безопасности
и
улучшение
санитарногигиенических условий перевозок (например, химических продуктов и пылевидных грузов - цемент, мука).
Однако, СПС по сравнению с базовыми универсальными автомобилями имеют, как правило, несколько большую массу и худшие эксплуатационные качества (прежде всего, тягово-скоростные), а также
меньший коэффициент использования пробега и более высокую стоимость. Тем не менее при комплексной оценке преимущества СПС очевидны.
Развитие СПС в России и за рубежом [2, 4, 5]
Автомобильная промышленность России на начальном этапе развития в качестве СПС выпускала только самосвалы (первый отечественный серийный самосвал ГАЗ-410 построен в 1936 году).
Это привело к тому, что разные ведомства и сами автотранспортные предприятия, не имея единых требований, рекомендаций, типовых
конструкций, по собственной инициативе начали проектировать и изготовлять САТС. В результате стало производиться около 1000 типоразмеров САТС, причем большое число типоразмеров одного и того же назначения по конструкции и техническим показателям не отвечало поставленной задаче. Начиная с 50-х годов ХХ века, в нашей стране отмечается быстрый рост количества САТС разного назначения (первый
фургон УАЗ-450 - 1958 г.).
В дальнейшем номенклатура САТС подвергалась упорядочению в
соответствии с типажом специализированных автомобилей, автомобильных прицепов и полуприцепов, разработанным Минавтопромом.
Для иллюстрации ниже приводится типаж САТС на период до 2000 г.
8
ТИПАЖ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ МИНАВТОПРОМА НА ПЕРИОД ДО 2000 г.
За рубежом производство разнообразных видов специализированных кузовов организовано на небольших кузовостроительных заводах,
хотя имеются и крупные прицепостроительные фирмы.
Крупные автомобилестроительные фирмы выпускают большое
количество грузовых шасси без кузова. Такая система позволяет гибко
реагировать на заказы потребителей.
В США в выпуске специализированного прицепного состава
распространены полуприцепы. В Европе преобладание того или иного
типа кузова или прицепного состава по странам весьма разнообразно,
но в целом зарубежные фирмы предоставляют потребителям широкую
гамму специализированных автомобилей, автопоездов, прицепного
состава, отвечающих самым высоким требованиям.
Пути совершенствования СПС [1, 2, 3, 4, 5, 32]
Для более эффективного использования СПС необходимо постоянное проведение работ по улучшению его технико-эксплуатационных
показателей.
Основные тенденции развития СПС:
- рост полезной грузоподъемности;
- рост скорости движения;
- увеличение коэффициента использования длины:
длина кузова
Lг
КИД = длина автомобиля = Lп ;
- увеличение габаритной длины подвижного состава;
- снижение коэффициента тары (коэффициента снаряженной
массы):
масса снаряженного автомобиля (прицепа, полуMСН
прицепа, автопоезда)
=
;
КТ =
масса перевозимого груза
МГ
- повышение удельной мощности:
мощность двигателя
Nдв.
Nуд. =
= Nп ;
полная масса
- совершенствование подвески;
- увеличение ремонтопригодности и надежности конструкции;
- применение автопоездов там, где это допустимо по условиям
эксплуатации.
2. АВТОПОЕЗДА
Автопоезд - конструктивно законченное автотранспортное средство, состоящее из нескольких звеньев, соединенных между собой разъемными сцепными устройствами. Звенья - части автопоезда, имеющие
собственную траекторию движения, что хорошо заметно при движении
на повороте. Звенья автопоезда могут быть активными (в том числе и
прицепные) и пассивными (неведущими).
Преимущества и перспективы использования автопоездов
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 19, 20, 22, 32, 33, 34]
1. Выигрыш в грузоподъемности по сравнению с одиночным АТС
в 2-2,5 раза.
2. Выигрыш в производительности в 1,5 : 2 раза (несмотря на снижение средней технической скорости движения на 15-20 %).
3. Снижение нагрузки на одиночную ось.
4. Коэффициент тары ниже, чем у одиночных автомобилей.
5. Снижение расхода топлива на тонну перевозимого груза на 2030 %.
6. Снижение себестоимости перевозок на 20-30 %.
7. Возможность широкой специализации (применение тягачей с
различными прицепами и полуприцепами и организации прогрессивных и экономичных методов перевозок.
Предпочтительнее использование седельных автопоездов в составе тягач - полуприцеп, т.к. снижается коэффициент тары, повышается
коэффициент использования пробега и длины, сокращаются простои
под погрузкой-разгрузкой, а главное: применение прогрессивных методов перевозок, особенно на дальних расстояниях - плечевых.
Автопоезд в составе тягача и полуприцепа имеет более высокие
устойчивость, маневренность, проходимость по сравнению с автопоездом в составе тягач - прицеп. Существенным недостатком седельного
автопоезда является то обстоятельство, что его эксплуатация без полуприцепа практически невозможна.
Прогрессивным является также использование комбинированных
автопоездов в составе тягачей с полуприцепами и прицепами, многозвенных седельных автопоездов с использованием подкатных тележек и
т.д. Однако, их применение сдерживается дорожными и габаритными
ограничениями, недостаточной удельной мощностью.
11
Классификация автопоездов [1,2, 4, 5, 7]
Критерии классификации:
I. По назначению.
1. Универсальные (общетранспортные).
2. Специализированные (цистерны, рефрижераторы и др.).
3. Специальные, в том числе активные (негабаритный, тяжеловесный груз и т.п.).
II. По характеру силовой связи между звеньями.
1. Тяговая
2. Опорно-тяговая.
3. Смешанная.
III. По типу прицепного звена (компоновочной схеме).
1. Прицепной автопоезд (рис. 2.1.).
Рис 2.1. Прицепной автопоезд
2. Седельный с полуприцепом (рис. 2.2.).
Рис. 2.2. Седельный автопоезд
3. С прицепом-роспуском (рис. 2.3.).
Рис. 2.3. Автопоезд с прицепом-роспуском
12
4. Комбинированный автопоезд (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Седельно-прицепной автопоезд
5. Комбинированный автопоезд с использованием подкатной
тележки, возможно использование второго полуприцепа в
качестве прицепа (рис. 2.5.).
Рис. 2.5. Седельно-прицепной автопоезд с подкатной тележкой
6. Модульный автопоезд (рис. 2.6, 2.7).
Рис. 2.6. Принципиальные схемы составления модульных автопоездов
13
Рис. 2.7. Общий вид модульного тягача
Конструктивные особенности модульных автопоездов.
При анализе достоинств и недостатков существующих автопоездов родилась идея построения транзитных АТС на принципиально новой модульной основе.
Потребителю предлагается несколько модулей – звеньев АТС,
различным сочетанием которых можно комплектовать большую гамму
АТС различной длины, грузоподъемности и грузовместимости.
Модульная конструкция АТС состоит из следующих основных
частей:
- модуль кабина – состоит из рабочего места и мест отдыха водителя, органов управления автопоездом;
- тяговый модуль – включает в себя агрегат с системами обеспечения его работы и ведущими колесами;
- модуль рулевого управления – содержит поворотный шарнир,
исполнительный механизм поворота и седельно-сцепное устройство,
объединенные рамой. Сочленением этих трех модулей получаем одноосный тягач;
14
- транспортный модуль – подрамник с ведомыми колесами и дополнительным оборудованием (топливный бак, запасное колесо, инструментальный ящик и т.п.);
- модуль ось – подрамник с ведомой осью;
- модуль рама – рама с унифицированными присоединительными
элементами для крепления всех модулей;
- грузовой модуль – грузовая платформа с несущей рамой, представляющая собой кузов.
Сочленением транспортного модуля, модуля оси с грузовым модулем получаем прицепной состав различного назначения.
Соединением всех модулей в единую систему позволяет получить
простейший вариант модульного автопоезда в составе полуприцепа и
одноосного тягача с низким расположением двигателя, объединенными
в один блок с коробкой передач и редуктором ведущего моста разрезного типа, с независимой пневмоподвеской ведущих односкатных колес,
кабина которого закреплена на поворотной (относительно ходовой части ) раме.
Сочетанием унифицированных модульных звеньев можно получить различные автопоезда с различным количеством осей, различной
грузоподъемностью, а также с различным числом грузовых модулей
(звеньев) и тяговых модулей.
Преимущества модульных автопоездов.
1. Наиболее эффективное использование модульных автопоездов –
магистральные автопоезда для междугородных и международных перевозок.
2. Совмещение седельного принципа построения автопоезда с бортовым автомобилем, что позволило увеличить длину грузовой платформы за счет эффективного использования пространства между кабиной и
передним бортом платформы без увеличения габарита.
3. Возможность транспортировки многозвенных автопоездов
большой и особо большой грузоподъемности с дополнительными тяговыми модулями и одинаковыми грузовыми платформами, обеспечивая
при этом одинаковые показатели грузоподъемности и грузовместимости
на всех звеньях автопоезда.
4. Улучшение тягово-динамических характеристик автопоезда при
эксплуатации его в трудных дорожных условиях (в горах) путем дополнительной установки тягового модуля вместо модуля оси.
5. Возможность распределения тяговых осей по всей длине автопоезда, в том числе и на прицепных звеньях, что позволяет улучшить
15
тягово-динамические характеристики, маневренность, особенно при
движении задним ходом.
6. Увеличение (уменьшение) грузоподъемности путем увеличения
(уменьшения) количества модулей осей или тяговых модулей.
7. Максимальное использование осевых нагрузок на ведущие, ведомые оси.
8. Использование в производстве небольшого количества модульных звеньев и получение из них у потребителя большой гаммы необходимых транспортных средств.
9. Улучшение аэродинамических характеристик за счет аннулирования зазора между кабиной и полуприцепом.
10. Улучшение условий труда водителя за счет уменьшения шума
в кабине, увеличения ее объема; создание комфортных условий для труда и отдыха.
11. Уменьшение процента перераспределения масс при торможении из-за увеличения базы автопоезда, снижения высоты центра масс,
что повышает безопасность движения.
12. Возможность проведения технического обслуживания и ремонта отдельно снятых с автопоезда основных модулей и заменой их
новыми или отремонтированными, тем самым эффективно используя
автопоезд в целом.
Требования к весовым, габаритным и другим параметрам
автопоездов [2, 4, 5, 21,23]
В настоящее время ГОСТ 9314-59 "Автомобили и автопоезда. Весовые параметры и габариты" отменен, а введение нового задерживается. Но, поскольку существующие АТС проектировались с учетом требований ГОСТ 9314-59 и ему же отвечают действующие "Правила дорожного движения", необходимо знать основные положения этого ГОСТа.
Согласно ГОСТ 9314-59 АТС подразделяются на группы А и Б.
Для группы А допускается нагрузка на одиночную ось 10т (100 кН), для
группы Б - 6т (60 кН). Такое разделение приведено в соответствие с категориями дорог, которые согласно СНиП 2.05.02-85 "Автомобильные
дороги" (строительные нормы и правила) допускают 10 т (100 кН) на
одиночную ось (категория А) и 6 т (60 кН) (категория Б). Ось считается
одиночной, если расстояние до ближайшей смежной оси 2,5 м. При расстоянии между сближенными осями 1,39-2,5 м допустимая нагрузка на
каждую ось снижается до 9 т (90 кН) (группа А) и 5,5 т (55 кН) (группа
Б). При расстоянии между сближенными осями 1,25-1,39 м - соответст16
венно 8 т (80 кН) и 5 т (50 кН). Таким образом, зная число осей автопоезда (если оно 5 или менее), можно определить его допустимую полную
массу. Если число осей 6 и более, то полная масса для группы А - 52 т,
для группы Б - 34 т.
Однако разрешенная полная масса автопоезда, как правило, не используется, прежде всего, из-за недогружения передней оси. Основные
причины связаны с трудностями компоновки, стремлением облегчить
работу рулевого управления, сохранить устойчивость при торможении и
повысить проходимость. Кроме того, при больших расстояниях между
сближенными неуправляемыми осями - повышенный износ шин и затрудненность поворота АТС.
Габаритные ограничения:
1. По длине:
для одиночного АТС
- 12 м;
для двухзвенного АТС
- 20 м.
2. По высоте: для всех АТС - 4,0 м.
3. По ширине: для всех АТС - 2,55 м.
для рефрижераторов и изотермических кузовов -2,6м.
4. Свес не боле 2 м.
5. Угол въезда автопоезда αп≥30о
Угол съезда автопоезда αз≥25о; при перевозке негабаритного
груза αз≥15о (рис. 2.8).
Рис. 2.8. Углы продольной проходимости автомобиля (въезда и съезда).
6. Минимальный радиус поворота автопоезда 15 м (рис. 2.29.).
Следует отметить, что в ряде стран Европы и США существуют
несколько отличающиеся нормы на весовые, габаритные и др. параметры. Например, в странах ЕЭК ООН одной из основ транспортной политики является переход на осевую нагрузку 11 т. Во Франции, Бельгии,
Испании стандарты предусматривают 13 т. В этом случае снижаются
транспортные издержки на 8 % при увеличении стоимости дорог лишь
на 2 %, уменьшается общее количество автомобилей для той же работы,
обеспечиваются лучшие условия сцепления шин с дорожным покрытием (особенно в зимнее время).
17
По рекомендации СЭВ длина многозвенного автопоезда ограничена 22 м, а минимальный радиус поворота 12 м.
В Великобритании принят закон об увеличении допустимой ширины автомобилей-рефрижераторов с 2,5 до 2,58 м. Это облегчает размещение в кузове контейнеров для перевозки скоропортящихся продуктов. В некоторых странах Европейского Экономического сообщества
допустимая ширина автомобилей - рефрижераторов увеличена до 2,6 м.
Важным параметром, определяющим производительность автопоезда, является величина удельной мощности, в связи с чем введены следующие ограничения ее минимальных значений: Россия - 4,5-6 кВт/т;
СЭВ - 5,5 кВт/т; в большинстве стран ЕЭС 5,5 кВт/т; Германия - 6 кВт/т.
2.1. Автомобили-тягачи [1, 2, 5, 10, 13, 20, 22]
Автомобиль-тягач - это АТС, предназначенное для буксировки
прицепного звена в качестве тягового звена.
Классификация автомобилей-тягачей
I. По типу прицепного звена:
- прицепные;
- седельные.
II. По назначению:
1. Универсальные (общетранспортные).
2. Балластные.
3. Специализированные.
4. Специальные.
Краткая характеристика автотягачей.
Универсальные тягачи (прицепные) - обычные грузовые автомобили, как правило, с бортовой платформой группы А средней и
большой грузоподъемности, обладающие достаточными тяговыми возможностями (крюковым усилием) с минимальным конструктивными
изменениями, включающими:
- тягово-сцепное (буксировочное) устройство;
- комбинированный тормозной кран и др. узлы тормозного привода;
- соединительные элементы электропроводки для вывода на прицеп.
18
Балластные (прицепные) тягачи предназначены для буксировки
тяжелых прицепов, причем с этой целью имеют небольшую платформу
для размещения специального груза (балласта), увеличивающего сцепной вес.
Специализированные тягачи, как правило, имеют оригинальную
конструкцию и не являются модификацией базовых одиночных автомобилей. Для прицепных тягачей в этом случае характерно наличие большого количества осей (МАЗ-7310), многоступенчатая коробка передач
(в том числе с делителем), коробка отбора мощности, специальные шины и др. Седельный тягач по сути уже специализирован, т.к. имеет оригинальное опорно-сцепное устройство и, как правило, эксплуатируется
с единственным типом полуприцепа. По сравнению с базовым шасси он
имеет укороченную базу и меньшую длину, отсюда лучшую маневренность.
Специальные тягачи - АТС оригинальной и сложной конструкции для выполнения узкоспециализированных (уникальных) транспортных операций, например, для буксиров прицепов-тяжеловозов грузоподъемностью 1000 т и более.
Конструктивные особенности и тенденции развития автотягачей
1. Снижение коэффициента тары. Применение легких материалов,
низколегированных сталей вместо углеродистых.
2. Увеличение нагрузки на переднюю ось, опорно-сцепное устройство.
3. Применение шин повышенной грузоподъемности.
4. Перемещающееся седло (догрузка тягача).
5. Дифференциальные двухскатные передние колеса (рис. 2.9.).
Рис. 2.9. Принципиальная схема дифференциального переднего колеса
19
6. Четырехосные тягачи (рис. 2.10.).
Рис. 2.10. Четырехосный тягач.
7. Применение компоновки кабины над двигателем.
8. Использование модификаций трансмиссий: 2-х скоростная главная передача, делитель и демультипликатор в коробке передач,
гидромеханическая трансмиссия, гидрообъемная передача.
9. Совершенствование подвески, повышение плавности хода и, как
следствие, большие сохранность груза, средняя скорость движения.
10. Мероприятия по снижению аэродинамического сопротивления
(рис. 2.11.).
Рис. 2.11. Аэродинамические устройства автопоезда.
1
-
2
-
3
-
аэродинамически оптимальная форма капота и кабины тягача. В этом отношении
предпочтительнее капотная компоновка. Например, седельный автопоезд Колани
имеет коэффициент сопротивления воздуха Сх = 0,38, соизмеримый с таковым
для легковых автомобилей, в основном за счет формы передней части кабины и
капота;
передний спойлер, расположенный под передним буфером, направляет поток воздуха вверх;
верхний обтекатель, установленный на кабине. Уменьшает влияние ступеньки
между кабиной и кузовом полуприцепа;
20
4
-
5
6
7
-
8 9 10 11 12 13 14 -
правильная организация вентиляции подкапотного пространства и кабины водителя;
аэродинамически оптимальная форма зеркал и других выступающих частей;
гармошка, закрывающая промежуток между кабиной и кузовом полуприцепа;
подвижное седельное устройство, уменьшающее зазор между кабиной и полуприцепом при прямолинейном движении;
фальшдиски, закрывающие выступающие детали вращающихся колес;
боковые панели - экраны, закрывающие вращающиеся колеса;
боковой экран, закрывающий промежуток между полуприцепом и дорогой.
Обычно совмещается с боковым противоподкатным буфером;
экран, закрывающий снизу выступающие части трансмиссии, подвески и т.п.;
воздушный мешок, снижающий разрежение в задней части кузова;
покрытие, снижающее трение о воздух или устройства, уменьшающие "полоскание" тента полуприцепа;
задний грязезащитный фартук, уменьшающий загрязнение задних фонарей и опознавательных знаков.
Примечание: Все дополнительные устройства и мероприятия будут иметь положительный эффект только при условии проведения экспериментальных исследований в аэродинамической трубе. Необходимо также помнить, что эти устройства могут недопустимо изменить свойства агрегатов автомобиля, например, при установке переднего спойлера
и фальшдисков нарушается вентиляция тормозных механизмов.
2.2. Прицепной состав [1, 2, 5, 9, 10, 12, 17, 20, 24, 25, 35]
Прицепной состав (прицепы, полуприцепы) можно классифицировать по следующим критериям:
1. Характер перевозок (международные, междугородние, внутригородские).
2. Назначение (универсальный, специализированный).
3. Тип кузова (платформа - бортовая с дугами для тента и без них
и безбортовая; фургон, цистерна, рефрижератор и т.п.);
4. Число осей (одноосные, двухосные и многоосные).
5. Тип поворотного устройства.
Для прицепов: поворотный круг, поворотные колеса.
Для полуприцепов: самоустанавливающиеся колеса, поворотные
колеса.
6. Тип привода (активный, пассивный).
Основные технические требования к прицепному составу [ 24 ]
Всего ГОСТ 3163-76 включает 33 пункта, где перечислены требования безопасности, надежности, эксплуатации и др. Некоторые из них
приведены ниже:
21
1. Весовые параметры и габариты должны соответствовать вышеизложенному (см. ГОСТ 9314-59).
2. Минимальный дорожный просвет (кроме тяжеловозов) не менее
чем у тягача. Прицепной состав должен следовать по колее тягача.
3. Прицепы с полной массой свыше 750 кг должны иметь рабочую
тормозную систему на всех колесах с приводом от тягача. Допускается применение инерционного тормоза наката, если полная масса не более 2500 кг и не более 60 % полной массы тягача.
4. Прицепы, кроме роспуска, должны иметь стояночную тормозную систему, управляемую от тягача. В груженном состоянии
стояночная система должна удерживать автопоезд на уклоне
16%, в снаряженном - 31 %.
5. Тормозные системы прицепов, полуприцепов должны обеспечивать автоматическое затормаживание при отрыве прицепа,
полуприцепа от тягача. Прицепы, не имеющие тормозов, а также все одноосные должны иметь аварийные цепи или тросы.
6. Полуприцеп должен быть оборудован опорными устройствами.
При механическом приводе опорного устройства усилие на рукоятке не более 150 Н.
7. Нагрузка на петлю дышла одноосного прицепа не более 500 Н
(для прицепов к легковым автомобилям - 250 Н).
8. Прицеп в составе автопоезда с основным тягачом не должен вилять в каждую сторону более 3 % его габаритной ширины.
9. Запорные устройства бортов платформ и дверей фургонов, прицепов и полуприцепов (в груженном состоянии) должны быть
расположены на высоте не более 1,9 м от опорной поверхности.
Компоновочные схемы и оценочные параметры
прицепного состава [1, 2]
Современные тенденции в прицепостроении - применение 2-х 3-х-осных прицепов и полуприцепов грузоподъемностью 16-22 т; применение подкатной тележки, что позволяет превратить полуприцеп в
прицеп и эксплуатировать его с любым тягачом.
Прицепной состав оценивается по следующим показателям:
- коэффициент тары Кт (характеризует материалоемкость);
22
- коэффициент удельной грузоподъемности по площади Кг (отношение
 Т 
грузоподъемности к площади грузовой платформы)  2  ;
М 
- коэффициент удельной вместимости кузова Кв (отношение грузо Т 
подъемности к объему кузова  3  .
М 
Основным классификационным признаком прицепного состава
является число и расположение осей, дополнительным - поворотное
устройство.
I. Прицепы.
В нашей стране серийно выпускаются одно и двухосные прицепы.
1. Одноосные прицепы общего назначения: грузоподъемность
500 кг - ГАЗ-704; УАЗ-8109 (рис. 2.12.).
Конструктивные особенности:
- нагрузка на сцепное устройство тягача не более 500 Н;
- дышло необходимо упрочнить;
- обязательно применение регулируемой опоры дышла; регулировка дискретная, если полная масса прицепа не более 3 т, в
противном случае опора домкратного типа.
Преимущества использования по отношению к двухосным:
- облегчается маневрирование автопоезда задним ходом;
- при равной грузоподъемности одноосные прицепы легче на 200700 кг, т.е. коэффициент тары ниже: Кт=0,35-0,6 и снижается с
ростом грузоподъемности.
В странах Европы одноосных прицепов до 50 %.
Рис. 2.12. Одноосный прицеп:
1- кузов; 2– рама; 3– подвеска; 4– ось колеса; 5- дышло; 6- петля дышла; 7- опора;
а- смещение центра масс Сд относительно оси колеса; Р- нагрузка на сцепное устройство.
23
2. Двухосные прицепы общего назначения (рис. 2.13.).
Наиболее распространенные из выпускаемых и выпускающихся:
ГКБ - 710В – грузоподъемность 2000 кг;
СМЗ – 8325 – грузоподъемность 2100 кг;
ГКБ – 817 - грузоподъемность 5500 кг;
ГКБ – 8350 - грузоподъемность 8040 кг;
СЗАП – 8352 – грузоподъемность 10000 кг;
МАЗ – 8926 – грузоподъемность 8240 кг.
Коэффициент тары двухосных прицепов Кт=0,46-0,75.
Большинство прицепов имеет переднюю поворотную ось с углом
поворота 90о=120о.
Поворотные передние колеса делаются обычно у низкорамных
прицепов.
При большой базе все колеса делают управляемыми.
Рис. 2.13. Двухосный прицеп:
1- кузов; 2- рама; 3- поворотная передняя ось; 4- дышло; 5- петля дышла; 6- удерживающее устройство дышла; 7- шарнир дышла; Сд – центр масс; Р- нагрузка на сцепное
устройство тягача.
II. Полуприцепы.
В нашей стране серийно выпускались и выпускаются одно, двух и
трехосные полуприцепы. Ниже приводятся примеры наиболее распространенных конструкций:
1. Одноосные полуприцепы общего назначения:
ОдАЗ-885
- грузоподъемность 7800 кг.
КАЗ - 93
- грузоподъемность 11500 кг.
МАЗ-93801
- грузоподъемность 13750 кг.
2. Двухосные полуприцепы общего назначения:
Мод. 9370
- грузоподъемность 14200 кг.
Мод. 9385/9386 - грузоподъемность 25000/20800 кг.
МАЗ-9397
- грузоподъемность 20900 кг.
24
3. Трехосные полуприцепы общего назначения: МАЗ-9398 грузоподъемностью 25350 кг.
По сравнению с прицепами полуприцепы имеют меньший коэффициент тары: для одноосных - Кт = 0,27-0,35; для двух- и трехосных
Кт = 0,27-0,60.
Примечание.
При рассмотрении прицепного состава перечислены только выпускаемые в настоящее время модели прицепов и полуприцепов общего
назначения.
Необходимо учитывать, что существуют также прицепы шасси,
прицепы и полуприцепы самосвальные, прицепы и полуприцепы цистерны, полуприцепы-контейнеровозы, полуприцепы-рефрижераторы и
фургоны, прицепы-роспуски, прицепы и полуприцепы-тяжеловозы [20,
22].
Кроме того, наряду с перечисленными большое количество САТС
выпускается также другими организациями и фирмами.
Конструктивные особенности полуприцепов [1, 2, 12, 14, 19, 32]
Важной конструктивной особенностью полуприцепов, наряду с
типом поворотного и сцепного устройств, числом и расположением
осей, является конструкция пола и его расположение относительно колес.
Можно выделить три основные схемы независимо от числа осей.
1. Полуприцеп с ровным полом по всей длине (рис. 2.14.).
Рис. 2.14. Полуприцеп с ровным полом
Преимущества. Простота конструкции, ниже коэффициент тары,
удобство в размещении грузов и применении автопогрузчиков.
25
Недостатки. Наибольшая погрузочная высота и наименьший объем груза. Центр масс полуприцепа расположен выше по сравнению с
другими схемами.
2. Полуприцеп со ступенчатым полом, основная часть которого
ровная, без выступающих ниш колес (рис. 2.15.).
Рис. 2.15. Полуприцеп со ступенчатым полом
Преимущества. По сравнению с первой схемой меньше погрузочная и больше полезная высота, что важно для фургонов. Конструкция
позволяет пользоваться автопогрузчиками.
Недостатки. Большая металлоемкость и сложность конструкции.
3. Полуприцеп со ступенчатым полом и выступающими надколесными нишами (рис. 2.16.).
Рис. 2.16. Полуприцеп с глубоко ступенчатым полом
Преимущества. Наименьшая погрузочная высота, наибольшая полезная высота груза. Наибольшая устойчивость.
Недостатки. Сложность конструкции, наибольшая металлоемкость. Выступающие надколесные ниши в ряде случаев мешают распо26
ложению грузов и пользованию автопогрузчиком. Ухудшается проходимость автопоезда.
Условные обозначения, шифр прицепного состава.
П - прицеп;
ПП - полуприцеп;
Р - роспуск;
ПТ - прицеп-тяжеловоз;
ПН - прицеп низкорамный.
Пример условного обозначения:
2 - ПП - 20,9 - МАЗ-9397
2
- число осей;
ПП
- полуприцеп;
20,9
- грузоподъемность в тоннах;
МАЗ-9397 - заводская марка.
2.3. Тягово-сцепные устройства ТСУ [1, 11, 18, 26]
ТСУ - совокупность механизмов и деталей, предназначенных для
соединения тягача и прицепа, для передачи тягового и тормозного усилий.
Особенности работы тягово-сцепных устройств.
Силы, нагружающие элементы ТСУ, обусловлены главным образом продольными перемещениями звеньев автопоезда (особенно полно
проявляется на неустановившихся режимах – трогание с места, торможение). Изменение нагрузки носит сложный колебательный характер, а
процесс продольных относительных колебаний звеньев автопоезда прежде всего определяется упругой характеристикой сцепного устройства.
При линейных характеристиках собственные колебания происходят с
постоянной частотой и не зависят от амплитуды. Предпочтительны нелинейные упругие элементы. Тогда вместо резонансных колебаний возникают зоны неустойчивости, при которых наблюдаются срывы колебаний с изменением амплитуды как в сторону увеличения, так и уменьшения (это зависит от направления изменения частот).
ТСУ условно подразделяется на элементы:
1. Разъемно-сцепной механизм.
2. Амортизационно-поглощающее устройство
3. Поворотно-сцепной механизм (может не быть).
4. Детали крепления.
Требования к ТСУ.
1. Высокая надежность.
2. Обеспечение необходимой гибкости, характеризуемой углами
гибкости.
27
3. Поглощение продольных колебаний и смягчение динамических
нагрузок, возникающих при взаимодействии тягача и прицепа,
на неустановившихся режимах.
4. Возможность быстрой и безопасной сцепки-расцепки.
Углы гибкости по ГОСТ 2349-75 должны иметь следующие значения:
1. Угол горизонтальной гибкости - максимально допустимое отклонение дышла прицепа от продольной оси тягача
в горизонтальной плоскости αг = ±55о (рис 2.17.).
Рис. 2.17. Движение автопоезда на повороте:
1- тягач; 2- прицеп; 3- дышло прицепа; 4- продольная ось тягача; αг- угол горизонтальной гибкости.
2. Угол вертикальной гибкости - максимально допустимое
отклонение дышла прицепа от продольной оси тягача в
вертикальной плоскости β = ±40о - автопоезд общетранспортного назначения;
β = ±62о - автопоезд многоцелевой высокой проходимости (рис 2.18.).
28
Рис. 2.18. Преодоление продольных уклонов дороги:
1- тягач; 2- прицеп; 3- дышло прицепа; β- угол продольной гибкости.
3. Угол независимости ходов - максимально допустимое отклонение прицепа от вертикали в поперечной плоскости
ϒ = ±15о (рис 2.19.).
Рис. 2.19. Преодоление поперечных уклонов дороги:
1- ось тягача; 2- ось прицепа; γ- угол независимости ходов.
Классификация ТСУ по разъемно-сцепному механизму:
1. Крюковые (крюк-петля) [1, 28, 29, 30,31] (рис. 2.20.)
Рис. 2.20. Крюковое ТСУ:
1- тело крюка; 2- тяговый стержень крюка; 3- упругий элемент; 4- корпус.
29
Большинство отечественных автопоездов имеет такой механизм.
Он достаточно прост и технологичен, имеет небольшую массу и невысокую стоимость.
Недостатки:
- большая изнашиваемость;
- наличие зазоров в паре;
- сравнительная трудоемкость, сложность и небезопасность сцепки.
Зазор в паре крюк - петля необходим для избежания заедания
дышла, облегчения сцепки-расцепки, эксплуатации с нестандартным
дышлом.
2. Вильчатые (вилка-шкворень) [1, 8] (рис. 2.21).
Рис. 2.21. Вильчатое ТСУ:
а) – положение перед сцепкой; б) – положение после сцепки
1- сменная втулка петли дышла; 2- направляющее устройство; 3- петля дышла; 4шкворень; 5- поводок; 6- пружина; 7- рукоятка подготовки устройства к сцепке; 8- корпус.
Применятся в ФРГ, Италии, бывшем ЧССР, бывшем СССР (КрАЗ255В), России (ЗИЛ), Белоруссии (МАЗ). В ряде стран используется усложненный вариант механизма. Его преимущества следующие:
- наличие направляющего аппарата и механического или полуавтоматического затвора;
- отсутствие значительных свободных зазоров;
- упругие связи со значительными демпфирующими свойствами.
Недостатки: малая гибкость из-за наличия направляющего аппарата, возможность расцепки на ходу.
3. Шаровые [16] (рис. 2.22.).
Применяются в основном на легковых автомобилях. Характеризуются беззазорным зацеплением, удобством сцепки-расцепки, достаточной гибкостью, но для грузовых автомобилей недостаточна прочность, большая материалоемкость, стоимость, сложнее конструкция.
30
Рис. 2.22. Шаровое ТСУ:
1- сцепной шар тягача; 2- поджимной сухарь; 3- пружина; 4- корпус; 5- рукоятка; 6втулка; 7- страховочные цепи (2 шт.); 8- страховочный палец; цепочка пальца.
4. Клиновые, подшипниковые (рис 2.23.).
Рис. 2.23. Подшипниковое ТСУ сочлененного автобуса
Применяются у сочлененных автобусов.
31
Передняя и задняя секции соединены между собой подшипником,
расположенном в горизонтальной плоскости. Наличие подшипниковой
связи допускает взаимное угловое перемещение секций в горизонтальной плоскости, что уменьшает радиус поворота сочлененного автобуса.
Амортизационно-поглощающее устройство [1, 8, 28, 29, 30, 31]
Основные требования:
1. Характеристика упругости должна быть нелинейной для
исключения резонансных явлений.
2. Зоны неустойчивости (при нелинейных характеристиках упругих элементов) должен лежать за пределами наиболее вероятных эксплуатационных скоростей.
3. Не должно быть вредных воздействий на водителя и пассажиров.
4. Характеристика должна иметь достаточную петлю гистерезиса
для гашения продольных колебаний.
5. Характеристика должна разделить моменты начала движения
тягача и прицепа и исключить продольную раскачку при движении.
Конструкции амортизационно-поглощающих устройств [1, 8]
1. Витые цилиндрические пружины (рис. 2.24.).
Рис. 2.24. ТСУ с витой цилиндрической пружиной:
1- пружина; 2- задняя поперечина рамы тягача; 3- тело крюка; 4- регулировочная
гайка.
32
Наиболее просты, но имеют линейную характеристику, не
обладающую достаточным гистерезисом для гашения колебаний.
2. Кольцевые пружины (рис. 2.25.).
Рис. 2.25. ТСУ с кольцевыми пружинами:
Ртр- сила трения между кольцами, приводящая к гашению колебаний.
Перспективны, часто используются в сочетании в цилиндрическими, обладают большим демпфированием. Требуют высокой точности в
изготовлении, сложность конструкции.
3.Резиновый упругий элемент (рис 2.26.).
Рис. 2.26. ТСУ с резиновым упругим элементом:
1- резиновый упругий элемент; 2- задняя поперечина рамы тягача; 3- тело крюка.
Элемент выполнен в одном блоке или составным, что обеспечивает точный подбор требуемой жесткости. Резиновый, обладает наиболь-
33
шей нелинейностью, но по интенсивности демпфирования уступает
кольцевым пружинам.
Ориентировочный расчет параметров амортизационнопоглощающих устройств.
1. Усилие в сцепке:
Ркр.=сS,
где с- средняя расчетная жесткость; S- полный ход упругого элемента (S= 20-30мм).
2. Частота собственных колебаний звеньев:
ωо=
где:
Мпр=
МТ • М П
МТ + М П
1 − 2ψ
1 −ψ
С
,
М пр 1 + 1 − 2ψ
- приведенная масса автопоезда;
Мт – полная масса тягача;
Мп - полная масса прицепа;
Ψ – приведенный коэффициент трения в упругих элементах;
Ψ=0 – цилиндрические пружины;
Ψ=0,3-0,4 – кольцевые пружины;
Ψ=0,15-0,25 – резиновые упругие элементы.
Обычно n=100-130 колебаний в минуту.
3. Амплитуда вынужденных колебаний:
А=
где:
2πqgГ ап
≤ S
l (ω 0 − ω b )
q – высота неровностей дороги синусоидального характера;
l – длина неровностей (l=2-3м);
МТ + М П
МТ
= 2π v э ,
l
Гап=
Wв
- коэффициент прицепной нагрузки;
vэ - эксплуатационная скорость.
34
Характеристика амортизационно-поглощающего устройства
Витая цилиндрическая пружина
Характеристика линейна, гистерезис отсутствует, нет гашения колебаний. Преимущества в простоте и надежности конструкции.
Кольцевая пружина
Такая характеристика обладает большим гистерезисом: эффективное гашение энергии колебаний. Однако конструкция достаточно сложная, дорогая, менее надежная.
35
Резиновый упругий элемент
Характеристика имеет петлю гистерезиса, за счет чего гасится
энергия колебаний. Наибольшая нелинейность. Однако по эффективности гашения уступает кольцевым пружинам. Нелинейность (α2> α1)
приводит к более плавному троганию с места в начале деформации и
«жесткой» связи в движении.
2.4. Опорно-сцепные устройства ОСУ [1, 15, 18, 27, 28, 29, 30, 31]
ОСУ - совокупность механизмов и деталей, предназначенных для
сцепки тягача и полуприцепа, для передачи тягового и тормозного усилия, а также для восприятия вертикальной нагрузки от части массы полуприцепа, приходящейся на тягач.
Основные элементы ОСУ:
1. Разъемно-сцепной механизм.
2. Механизм гибкости.
3. Детали крепления.
Требования к ОСУ:
1. Высокая надежность.
2. Надлежащая гибкость (αг = ±90о; β = ±8о; ϒ = ±3о).
3. Безопасность и простота сцепки-расцепки.
4. Демпфирование поперечных колебаний и стабилизация
полуприцепа.
Существуют два типа ОСУ - шкворневое и бесшкворневое.
36
1. Шкворневое ОСУ получило наибольшее распространение. Характеризуется простотой и надежностью. Сцепная пара образуется
шкворнем и захватом.
Разъемно-сцепные механизмы шкворневого ОСУ подразделяются
по следующим признакам:
- характеру осуществления сцепки - полуавтоматическая,
автоматическая;
- числу захватов - одно и двухзахватные;
- способы устранения зазоров - без устранения, с ручной
регулировкой, с автоматическим выбором зазоров.
2. Бесшкворневое ОСУ (с фиксирующими роликами) имеет сцепную пару с роликами и крюками. Такая конструкция обеспечивает возможность сцепки под любым углом, уменьшается сопротивление сцепки в 1,5-2 раза. Однако, конструкция сложная, требует тщательного
ухода и частых регулировок.
Наибольшее распространение в нашей стране получили ОСУ с полуавтоматическим двухзахватным шкворневым седлом с двухшарнирным механизмом гибкости (тип SAE). Таким ОСУ снабжены все современные седельные тягачи (рис. 2. 27.).
Рис. 2.27. Полуавтоматическое двухзахватное опорно-сцепное устройство седельного тягача:
37
1- планка; 2- продольная ось поперечной гибкости; 3- балансир; 4- поперечная ось
продольной гибкости; 5- опорный круг; 6- плита; 7- амортизационные пружины; 8- ограничители боковой качки; 9- деблокирующий штифт защелки замка; 10- пружина защелки;
11- защелка; 12- направляющий палец; 13- стержень кулака; 14- возвратная пружина замка; 15- замок; 16- рычаг отвода замка; 17- пальцы (оси) захватов; 18- захваты; 19- направляющее устье.
Основные присоединительные размеры седельных тягачей и
полуприцепов.
В
ГОСТе
12105-74
[25]
оговариваются
следующие
присоединительные размеры: высота седла тягача относительно его
рамы и опорной поверхности, расстояния от центра захвата седла до
кабины тягача ми наиболее удаленной от центра захвата точки задней
части рамы тягача, а также расстояния от центра шкворня полуприцепа
до ближайшей точки платформы и до наиболее удаленной от центра
точки передней части рамы полуприцепа, т.е. передний и задний зазор
между тягачем и полуприцепом. Эти размеры дают возможность
широкой взаимозаменяемости тягачей и полуприцепов, например, при
организации плечевых перевозок (рис. 2.28.).
Рис. 2.28. Присоединительные размеры седельных тягачей и полуприцепов:
1- седельно-сцепное устройство; 2- направляющая; h – высота седла относительно
рамы; H – высота седла относительно дороги; r – r3 – передний зазор; r2 – r1 – задний зазор.
2.5. Поворотные устройства автопоездов [ 1, 3, 8. 9].
Прежде чем рассматривать поворотные устройства автопоездов
необходимо остановиться на понятии маневренности автопоездов.
Под маневренностью автопоезда понимается способность его двигаться в заданном по ширине коридоре по кривой заданного радиуса с
38
минимальным маневрированием, т.е. без попеременного движения задним ходом.
Существует понятие установившийся или неустановившийся поворот. При установившемся повороте рулевое колесо повернуто на фиксированный угол, а тягач и прицепное звено движутся по кривой постоянного радиуса. При неустановившемся повороте рулевое колесо находится в стадии поворота или при фиксированном руле прицепное звено
продолжает смещаться к центру поворота.
В качестве примера рассмотрим движение на повороте прицепного
автопоезда (рис.2.29.).
Рис. 2.29. Критерии маневренности автопоезда:
Т – тягач;
П – прицеп;
Rmin -минимальный радиус поворота – расстояние от центра поворота до следа
внешнего колеса тягача;
RНГ - наибольший габаритный радиус - расстояние от центра поворота до наиболее
удаленной точки автопоезда;
RВГ - наименьший габаритный радиус - расстояние от центра поворота до ближайшей точки автопоезда;
К – коридор движения автопоезда - К =RНГ – RВГ.
Приведенные критерии маневренности учитываются комплексно.
Минимальным считается радиус траектории именно внешнего,
наиболее удаленного от центра поворота, колеса. Этот критерий позволяет оценить возможность преодоления заданного поворота, например
на горной дороге, без попеременного движения задним ходом.
39
Показатель «коридор» - удобный критерий маневренности. Однако он зависит от наибольшего габаритного радиуса, а при большой базе
прицепного звена не является критерием, т.к. прицеп может постоянно
смещаться к центру поворота (неустановившийся поворот).
Прицепное звено автопоезда при криволинейном движении смещается к центру поворота. Это смещение зависит от конструкции поворотного устройства, конструкции и расположения сцепного устройства,
наличия и конструкции управляемых и самоустанавливающихся колес
прицепного звена. Чем совершеннее эти устройства тем меньше смещение прицепного звена к центру поворота. При выполнении определенных условий возможно движение прицепного звена по следу тягача.
Конструкции уменьшающие смещение прицепного звена к
центру поворота:
1. Поворотная (самоустанавливающаяся) передняя ось (тележка).
2. Управляемые передние колеса прицепа.
3. Самоустанавливающиеся колеса прицепов и полуприцепов.
4. Все управляемые колеса.
Примечание.
Самоустанавливающиеся колеса поворачиваются и следуют по заданной траектории под действием сил, приложенных со стороны дороги.
Управляемые колеса поворачиваются при помощи специальных
механизмов и систем, приводимых в действие водителем или в
ре6зультате «складывания» автопоезда.
5. «Ломающееся» дышло прицепа (рис. 2.30.).
При движении по криволинейной траектории дышло прицепа за
счет упруго-податливой связи отклоняется от направления перпендикуляра к передней оси прицепа. В результате прицеп отдалятся от центра
поворота, стремится как-бы обогнать тягач по внешнему радиусу, что
приводит к уменьшению отклонения от траектории тягача, т.е. у
уменьшению смещения к центру поворота.
«Ломающееся» дышло характеризуется передаточным отношением i:
ε
i= >1
ϕ
Целесообразно обеспечить передаточное отношение в интервале :
i =1, 2….1,5
40
При увеличении i до 2 маневренность повышается. Однако возрастает
боковая сила, действующая со стороны дороги на переднюю ось:
Рy= k sin [(i-1)φ],
где k – коэффициент пропорциональности, зависит от конструкции.
В результате возрастает сопротивление повороту, износ шин, возможно
также нарушение устойчивости прицепа.
Рис. 2.30. «Ломающееся» дышло прицепа
Т- тягач; П- прицеп; 1- дышло прицепа; 2- продольная ось прицепа; 3- перпендикуляр к передней оси прицепа; φ- угол поворота передней оси; ε- угол поворота дышла; Рy- боковая сила на передней оси.
Схемы поворотных устройств [ 1, 12, 14 ]
1. Поворотный круг (рис. 2.31.).
Рис. 2.31. Прицеп с поворотной осью на поворотном круге:
1- дышло; 2- рама прицепа; 3- поворотная рама передней оси; 4- поворотный
круг – подшипник.
41
Осуществляется поворот передней оси прицепа вместе с дышлом относительно грузовой платформы.
Преимущества: относительная простота, возможность поворота на
большие углы (60о – 77о).
Недостатки: сравнительно большой коридор и большая погрузочная
высота прицепа, высоко расположен центр масс.
2. Поворотные колеса (рис. 2.32.).
Рис. 2.32. Прицеп с передними поворотными колесами:
1- дышло; 2- шкворень; 3- ось переднего колеса; 4- поворотный рычаг колеса; 5- поперечная тяга.
Происходит поворот передних колес относительно шкворней на разные углы (по аналогии с автомобильной трапецией в рулевом управлении).
Преимущества: по сравнению с первой схемой меньше коридор и погрузочная высота, поэтому применяется у низкорамных прицепов и
тяжеловозов.
Недостатки: сложность конструкции, ограниченность углов поворота
колеса.
3. Тросово-крестообразная (рис. 2.33.).
Рис. 2.33. Схема крестообразной сцепки:
1- тягач; 2- поперечные тяговые балки; 3- натяжные муфты; 4- стальной трос;
5- прицеп; 6- дышло.
42
Применяется для повышения маневренности автомобиля-тягача с
прицепом-роспуском. В этой схеме дышло шарнирно связано с рамой
тягача и прицепа. На раме тягача и прицепа укреплены поперечные
балки, которые связаны друг с другом крест-накрест тросами. Прицеп на повороте следует почти по следу тягача.
4. Тросово-рычажная крестообразная сцепка управления многоосными прицепами ( рис 2.34.).
Рис. 2.34. Схема поворота длиннобазного четырехосного прицепа:
1- тяги; 2- регулировочное устройство; 3- поворотный круг; 4- трос.
Передняя и задняя оси многоосного прицепа имеют поворотные круги, которые соединены крест-накрест. Поворот передней оси вызывает соответственно поворот в противоположную сторону задней оси,
что значительно повышает маневренность автопоезда.
Кроме этих схем поворотных устройств возможны различные их
комбинации.
Однако кроме стремления улучшить маневренность автопоезда
конструктор часто решает параллельные задачи с целью обеспечить
другие положительные свойства транспортного средства. Например, в
последнее время за рубежом появилось много прицепов с двумя сближенными осями, расположенными под центром масс прицепа, и достаточно длинным дышлом. Тягово-сцепное устройство на тягаче установлено вблизи заднего ведущего моста. Такая конструкция с одной стороны отличается худшей маневренностью на повороте, т.к. увеличивается
смещение прицепа к центру поворота, но с другой стороны прицеп с
двумя сближенными осями является по существу одноосным и поэтому
облегчается маневрирование при движении задним ходом. Кроме того,
длинное дышло позволяет приблизить прицеп к тягачу, уменьшить зазор между ними и тем самым снизить сопротивление воздуха.
43
На маневренность автопоезда также оказывает влияние соотношение между длиной дышла и расстоянием до задней оси тягача.
Для примера ниже рассматривается кинематика движения автопоезда с прицепом роспуском по криволинейной траектории.
Рис. 2.35. Движение роспускного автопоезда на повороте:
1- тягач; 2- прицеп роспуск; 3- груз длинномер; h(АБ) – расстояние сцепного устройства от задней оси тягача; lg(БВ) – длина дышла прицепа; ∆R-смещение прицепа к центру поворота.
При движении на повороте прицеп роспуск смещается к центру на
величину ∆R=RA-RB
Выразим ∆R через h и lg:
RB= Rб2 − l g2 (из ∆-ка ОБВ);
RБ= R A2 + h 2 (из ∆-ка ОАБ);
RB= R A2 + h 2 − l g2 ;
∆R=RA- R A2 + h 2 − l g2 .
При прямолинейном движении АВ=АБ+БВ
При криволинейном движении АВ<АБ+БВ.
Следовательно, кроме смещения прицепа к центру поворота еще
происходит изменение расстояния АВ между кониками тягача и прицепа, т.е. возникают силы, действующие на груз в осевом направлении.
Это необходимо учитывать при закреплении груза.
44
Если проанализировать влияние h и lg на величины ∆R и ∆AB,
можно выделить два крайних случая:
1. h=lg
2. h=0
∆R=0
∆AB=0
∆AB- max
∆R- max
В первом выбираются зазоры в сцепке, возникают значительные упругие деформации, скольжение груза, возможны поломки или потеря устойчивости.
Второй вариант предпочтительнее, т.к. можно использовать различные
варианты поворотных устройств для уменьшения ∆R.
45
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бурков М.С. "Специализированный подвижной состав автомобильного транспорта" (Учебник). 3 издание, переработанное и дополненное. М., Транспорт, 1979, 296 с.
2. Якобашвили А.М., Олитский В.С., Цеханович А.Л. "Специализированный подвижной состав для грузовых автомобильных
перевозок", М., Транспорт, 1988, 22267.
3. Фаробин Я.Е. и др. "Теория движения специализированного подвижного состава, Воронеж, Воронежский государственный университет, 1981, 170 с.
4. Чеботаев А.А., Кийченко И.М. "Тенденции развития специализированных автомобилей и автопоездов", М., Транспорт, 1974, 130 с.
5. Чеботаев А.А. "Специализированные автотранспортные средства.
Выбор и эффективность применения", М. Транспорт, 1988, 159 с.
6. Лахно Р.П. "Автомобильные транспортные средства для междугородных перевозок грузов", М., НИИН АВТОПРОМ, 1969, 86 с.
7. Фаробин Я.Е., Щупляков В.С. "Оценка эксплуатационных
свойств автопоездов для междунгородных перевозок", М., Транспорт, 1983.
8. Закин Я.Х. "Конструкция и расчет автомобильных поездов", Л.,
Машиностроение, 1968, 246 с.
9. Павлов В.А., Муханов С.А. "Транспортные прицепы и полуприцепы", М., Воениздат, 1981, 191 с.
10. Чеботаев А.А.,Китайченко И.М. Тенденции развития прицепного
состава, журнал "Автомобильная промышленность", № 2, 1975.
11. Черкунов В.Б. "Новое буксирное устройство", журнал "Автомобильная промышленность", № 1, 1986.
12. Каверин И.В. "Двухосные тележки полуприцепов с поворотными
осями", журнал "Автомобильная промышленность", № 2, 1986.
13. Магистральные тягачи (обзор), журнал "Автомобильная промышленность США", № 11, 1985.
14. Поворотные устройства двухосной тележки полуприцепа, журнал
"Автомобильная промышленность", № 3, 1986.
15. Седельно-сцепное устройство фирмы ТЕС, М., НИИН АВТОПРОМ, "Конструкции автомобилей", № 17, 1985.
16. Мелик-Саркисьянц А.С., Винокуров Ю.М. "Прицепы для легковых автомобилей", М., Транспорт, 1979.
17. Прицепная техника в XII пятилетке, журнал "Автомобильная пропромышленность", № 12, 1987.
46
18. Сцепные устройства для автопоездов, журнал "Автомобильная
промышленность США", США, № 9, 1987.
19. Чеботаев А.А., Китайченко И.М. Перспективные автопоезда,
журнал "Автомобильный транспорт", № 10, 1986.
20. Краткий автомобильный справочник НИИАТ, М., Транспорт,
1983, 224с.
21. Строительные нормы и правила - автомобильные дороги. СниП
2.05.02 - 85, Москва, 1986.
22. Автомобили, автобусы, троллейбусы, прицепной состав, автопогрузчики серийного производства - номенклатурный каталог, Москва, НИИН автопром, 1986.
23. ГОСТ 9314 - 59 "Автомобили и автопоезда. Весовые параметры и
габариты".
24. ГОСТ 3163 2 76 "Прицепы и полуприцепы автомобильные. Общие
технические требования".
25. ГОСТ 12105 - 74 "Тягачи седельные и полуприцепы. Присоединительные размеры".
26. ГОСТ 2349 - 75 "Устройства тягово-сцепные системы "крюкпетля" автомобильных и тракторных поездов. Основные параметры и размеры. Технические требования.
27. ГОСТ 9917 - 61 "Устройства опорно-сцепные автопоездов". Технические требования".
28. Автомобиль ЗИЛ-131 и его модификации. Руководство по эксплуатации, М., Машиностроение, 1977.
29. Юрковский И.М., Толпыгин В.А. Автомобиль КамАЗ. Устройство, техническое обслуживание, эксплуатация, М., ДОСААФ,
1975.
30. Автомобили МАЗ (5335; 5549, 5429; 5430; 504В). Техническое
описание и инструкция по эксплуатации, Минск, 1977.
31. Автомобили КрАЗ (260; 260 А; 260 Г; 260 В). Руководство по эксплуатации, Харьков, 1981.
32. Грифф М.И. "Основы создания и развития специализированного
автотранспорта для строительства", М., АСВ, 2003, 143.
33. Булычев Д.В., Грифф М.И. "Автопоезда". М., Транспорт, 1990,
214с.
34. Закин Я.Х. и др. "Автомобильный поезд и безопасность движения", М., Транспорт, 1991, 124с.
35. Краткий автомобильный справочник НИИАТ т.2, 4, М., Транспорт,
2004.
47
Владислав Витольдович Бернацкий, доц., к.т.н.
Специализированный подвижной состав грузового автотранспорта.
Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности
"Автомобиле- и тракторостроение" направления подготовки дипломированных специалистов "Транспортные машины и транспортнотехнологические комплексы".
Подписано в печать
Усл. п.л. 3,0
Заказ
Уч.-изд.л. 3,15
Тираж 100
МГТУ "МАМИ", 107023, Москва, Б. Семеновская, 38
48