Использование уравнения массы транспортного средства при проектировании

В статье предлагается методика использования уравнений массы автомобиля в абсолютной и относительной формах для определения его полной массы на начальном этапе проектирования.

Ключевые слова: массовая компоновка, проектирование автомобиля, уравнение массы.

Массовая компоновка — наиболее рациональное размещение масс автомобиля с точки зрения его функционирования и эксплуатации. Теоретической основой массовой компоновки автомобиля является его массовое уравнение, которое устанавливает зависимость между полной массой автомобиля и массами его составных частей.

Уравнение массы в абсолютной форме имеет вид

,(1)

где m ₀ — полная масса машины (агрегата) с грузом, кг; m _р -масса рамы (корпуса) с учетом несущих элементов(лонжеронов), поперечных связей, бамперов и буксирных устройств, рамных кронштейнов, кабин управления и оперения, кг; m _{ка —} масса колесных агрегатов с учетом массы шин, ободьев и ступиц с подшипниковыми узлами, системой центральной накачки и воздуха в шинах, кг; m _{а —} масса системы подрессоривания с учетом массы направляющих, упругих и гасящих элементов, а также системы регулирования и стабилизации корпуса, кг; m _{упр —} масса элементов управления машины с учетом рулевого управления с гидроусилителем руля, тормозной системы с колесными тормозами, воздушными ресиверами и т. п., кг; m _{Т —} масса топлива с учетом топливных баков и топливной аппаратуры, размещенной вне двигателя, кг; m _{оп —} масса опор вывешивания машины с учетом домкратов, опорных плит, поперечных балок и механизмов опор, кг; m _{доп —} масса дополнительного оборудования с учетом электрооборудования, ЗИП, лебедки и другой неучтенной массы, кг; m _{су —} масса силовой установки с учетом массы двигателя, обслуживающих его систем, охлаждающей жидкости и масла, кг; m _{тр —} масса трансмиссии с учетом колесных редукторов и приводов управления, кг; m _{п —} масса полезной нагрузки с учетом кузова или грузовой платформы, а также технологического оборудования и технических систем для обслуживания груза, кг.

Массовое уравнение в абсолютной форме широко используется в проверочных расчетах автомобиля.

Для удобства анализа и расчета характеристик массы на этапе проектирования запишем уравнение (1) в относительных параметрах, разделив левую и правую части уравнения на полную массу машины m ₀ . Тогда

где — относительные массы элементов правой части уравнения (1).

На основании анализа данных статистики и опыта проектирования автомобилей все элементы уравнения массы можно разделить на три основные группы.

К первой группе относятся элементы, масса которых не зависит или практически не зависит от принятой в расчет энерговооруженности машины, а определяется в основном уровнем проходимости, допустимыми перегрузками, используемыми материалами и качеством проектирования.

Ко второй группе относятся элементы, масса которых существенно зависит от энерговооруженности машины.

К третьей группе относятся элементы, составляющие полезную нагрузку машины, в том числе собственно груз и оборудование для его установки и обслуживания.

Первую группу элементов объединим суммой

. (3)

Вторую группу элементов выразим через удельные параметры:

, (5)

где — удельные приведенные массы силовой установки и трансмиссии соответственно, кг/кВт; N _{уэ —} удельная эффективная (реализуемая на колесах) энерговооруженность машины, кВт/кг.

Разрешив уравнение (2) относительно полезной нагрузки с учетом уравнений (3), (4) и (5), получим

. (6)

При проектировании автомобиля или любого другого подвижного агрегата в исходных данных обязательно указываются полная масса полезной нагрузки или ее составляющих, а также габаритные размеры и положение центров масс.

Если абсолютная масса полезной нагрузки задана и имеются зависимости для определения составляющих уравнения (3) и удельных приведенных масс в уравнениях (4) и (5), то при любой желаемой или заданной энерговооруженности N _уэ может быть найдена относительная масса полезной нагрузки по формуле (6), после чего определяется полная масса машины

а затем и все составляющие элементы конструкции

, кг. (8)

Накопленный статистический материал по характеристикам массы отдельных элементов конструкции, использование моделей этих элементов, а также некоторые зависимости между параметрами машин позволяют синтезировать аналитические выражения для расчета относительных масс элементов машин, пригодных для практического использования на этапе проектирования.

Литература:

1. Антонов А. С., Кононович Ю. А. и др. Армейские автомобили. Теория. — М.: Военное издательство МО СССР, 1970, 526 с.
2. Степанченко Э. П., Фалалеев П. П. Технологическое оборудование. — М.: МО СССР, 1986, 364 с.
3. Свечников Д. А. Проектирование автомобилей и тракторов: Учебное пособие. — Серпухов: филиал ВА РВСН им. Петра Великого, 2017, 183 с.