Теория, разработка и конструкции малотоннажных автопоездов для народного хозяйства

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ТЕОРИЯ, РАЗРАБОТКА И КОНСТРУКЦИИ 
МАЛОТОННАЖНЫХ АВТОПОЕЗДОВ 
ДЛЯ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА 
 
 
Монография  
 
 
Под общей редакцией З. А. Годжаева 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024
 

УДК 629.1-43 
ББК 39.3 
 
Т33 
 
Авторы: 
Годжаев З. А., Ковшов И. В., Комочков В. А.,  
Короляш В. А., Малолетов А. В. 
 
Рецензенты: 
заместитель генерального конструктора по научно-исследовательской работе 
АО «ФНПЦ «Титан – Баррикады» Е. В. Волык; 
д. т. н., профессор, заведующий кафедрой «Динамика, прочность машин  
и сопротивление материалов» Московского Политеха А. А. Скворцов 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Т33   
Теория, разработка и конструкции малотоннажных автопоездов для 
народного хозяйства : монография / [Годжаев З. А. и др.] ; под общ. ред.  
З. А. Годжаева. ௅ Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. ௅ 200 с. :  
ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1707-5 
 
Изложены проблемы, особенности технического устройства и основы теории движения различных видов малотоннажных автопоездов с управляемым сцепным устройством, позволяющим увеличить маневренность и управляемость в сложных дорожных 
условиях. Показаны возможности применения в различных видах вооруженных сил и 
отраслях народного хозяйства.  
Для студентов специальностей 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические 
средства», 24.05.01 «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов», 17.05.02 «Стрелково-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие» и аспирантов направления подготовки 15.06.01 «Машиностроение». 
 
УДК 629.1-43 
ББК 39.3 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1707-5 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................ 5
1. ОБЗОР РАБОТ, ПОСВЯЩЕННЫХ ДИНАМИКЕ ДВИЖЕНИЯ  
И МАНЕВРЕННОСТИ МАЛОТОННАЖНЫХ АВТОПОЕЗДОВ ............... 7
1.1. Измерители, оценочные показатели и характеристики  
маневренности как совокупности эксплуатационно-технических  
свойств автопоездов 
.......................................................................................... 7
1.2. Конструктивные методы повышения активной безопасности, 
маневренности, траекторной устойчивости, плавности хода  
и управления поворотом 
................................................................................. 39
Контрольные вопросы .................................................................................... 50
2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИЦЕПАХ ............................................... 51
2.1. Общие требования к конструкциям прицепов 
....................................... 51
2.2. Виды автопоездов .................................................................................... 52
2.2.1. Прицепы-дачи 
........................................................................................ 54 
2.2.2. Складные прицепы-палатки ................................................................. 61
2.2.3. Отечественные складные прицепы-палатки ....................................... 68
2.2.4. Грузовые прицепы 
................................................................................. 77
2.2.5. Специальные прицепы 
.......................................................................... 82
2.2.6. Особенности использования МАП ...................................................... 84
2.3. Конструкции тягово-сцепных устройств ............................................... 85
2.4. Конструкции замковых устройств 
.......................................................... 93
2.4.1. Требования к замковым устройствам 
.................................................. 93
2.4.2. Конструкции замковых устройств 
....................................................... 94
2.5. Дополнительное снаряжение автопоезда 
............................................... 98
Контрольные вопросы .................................................................................. 100
3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИНАМИКИ ДВИЖЕНИЯ 
МАЛОТОННАЖНОГО АВТОПОЕЗДА 
..................................................... 101
3.1. Цели и задачи исследования ................................................................. 101
3.2. Дифференциальные уравнения движения автопоезда ........................ 102
3.3. Моделирование прямолинейного движения 
........................................ 111 
3.3.1. Прямолинейное движение МАП с порожним прицепом 
................. 111 
3.3.2. Прямолинейное движение МАП с центрально расположенным 
грузом 500 килограмм................................................................................... 112 
3.3.3. Прямолинейное движение МАП с отдаленным 
от центра расположением груза 500 килограмм ........................................ 113 
3.3.4. Прямолинейное движение МАП с центрально расположенным 
грузом 750 килограмм................................................................................... 119 
3.3.5. Прямолинейное движение МАП 
с отдаленным от центра расположением груза 750 килограмм ................ 119 
3 

3.4. Прямолинейное движение МАП с тросом  .......................................... 128 
3.4.1. Прямолинейное движение МАП с отдаленным 
от центра расположением груза 500 килограмм ........................................ 131 
3.4.2. Прямолинейное движение МАП с отдаленным 
от центра расположением груза 750 килограмм ........................................ 136 
3.5. Программная реализация математической модели динамики  
движения МАП 
.............................................................................................. 142
3.6. Выводы по главе 3 
.................................................................................. 146
Контрольные вопросы .................................................................................. 147
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ......................................................... 148
4.1. Оборудование для проведения эксперимента и методика 
экспериментального исследования 
.............................................................. 148 
4.2. Структура и программное обеспечение дорожной  
лаборатории ................................................................................................... 150
4.3. Результаты экспериментальных исследований ................................... 152
4.3.1. Маневрирование при движении МАП передним ходом 
.................. 152
4.3.2. Маневрирование при движении МАП задним ходом 
...................... 153
4.3.3. Усилия в тросе при маневрировании МАП передним  
и задним ходом 
.............................................................................................. 154
4.3.4. Рекомендации по эксплуатации МАП с гибкой связью  
в сцепном устройстве 
.................................................................................... 157
4.3.5. Выводы по результатам исследования .............................................. 158
Контрольные вопросы .................................................................................. 159
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 
.......................................................... 160
ПРИЛОЖЕНИЯ 
............................................................................................. 165
Приложение 1. Сцепное устройство с гибкой связью [59] 
........................ 165
Приложение 2. Прицеп с боковыми бортами-трапами [60] ...................... 169
Приложение 3. Прицеп с балансирами ....................................................... 173
Приложение 4. Прицепы для перевозки невибростойких грузов ............. 176
Приложение 5.Прицеп для перевозки хрупких грузов [62] 
...................... 181
Приложение 6. Раскладывающийся прицеп [63] 
........................................ 183
Приложение 7. Рельсовый прицеп [64] ....................................................... 186
Приложение 8. Многосекционный прицеп [65] ......................................... 188
Приложение 9. Прицеп с газовым приводом [66] ...................................... 190
Приложение 10. Плавающий прицеп .......................................................... 193
Приложение 11. Технические характеристики прицепов  
к легковым автомобилям .............................................................................. 197
 
 
 
4 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Использование автотранспортных средств (АТС) характеризуется многочисленными разнообразными приложениями производственной деятельности человека. Одно из актуальных приложений – перевозка грузов. Если 
вопросы перевозки крупногабаритных грузов изучены достаточно хорошо, 
то для перевозки малотоннажных грузов используют МАП (малотоннажные автопоезда) с небольшими прицепами. В данной работе рассматриваются маневренность и управление МАП на пересеченной местности, маневрирования на небольшой площади, в городских условиях, изобилующих частыми поворотами, узкими проездами, а также движения задним ходом, 
прежде всего при перевозке невибростойких грузов. 
Преимущества малотоннажного автопоезда (МАП) очевидны: водителю нет необходимости открывать очередную категорию для водительского удостоверения, такой автопоезд имеет большую экономическую выгоду при эксплуатации на перевозках относительно небольших грузов. 
При этом необходимо обеспечивать эксплуатационную безопасность. 
Под безопасностью автомобилей понимают совокупность конструктивных 
средств, позволяющих избежать дорожно-транспортных происшествий (активная безопасность) или снизить тяжесть их последствий (пассивная безопасность). Пассивная безопасность АТС считается одним из приоритетных направлений в общем комплексе задач и мер по повышению безопасности дорожного движения. В большинстве современных изысканий автопоезд рассматривают как объект исследования динамики движения, например его устойчивости при различных условиях. 
Одно из решений проблемы высокой аварийности автомобилей с прицепом – автоматическая система в конструкции сцепного устройства, позволяющая поддерживать безопасные углы при его складывании. Такая система позволит значительно сократить аварийность, увеличить безопасность перевозки важных или опасных для окружающей среды грузов. 
На автомобильном транспорте применяют различные системы активной безопасности (САБ). В Московском государственном автомобильнодорожном университете (МАДИ) разработана система предупреждаюшего 
управления движением (СПУД) [50].  Сформулированы основные положения и идея метода предупреждающего управления движением. Разработаны принцип, общая схема действия, функциональный состав, сенсорное 
обеспечение и интерфейс СПУД, требования к ней, входные параметры и 
управляющие воздействия электронного блока управления (ЭБУ). Приведены алгоритмы функционирования СПУД. Освещены проблемы повышения 
надежности 
СПУД 
и 
пути 
повышения 
быстродействия 
5 

пневматического тормозного привода, обычно применяемого на большегрузных автопоездах. 
На устойчивость движения автопоезда влияют как внешние факторы 
(водитель, груз, дорога), так и системы транспортного средства (двигатель, 
трансмиссия, ходовая часть). Среди причин потери поперечной устойчивости можно выделить превышение критической скорости при криволинейном движении, действие внешней боковой силы, возникновение разворачивающего момента. Разработанный метод предполагает наличие причинноследственных связей между перечисленными факторами и критическими 
ситуациями, такими как столкновение и потеря поперечной устойчивости, 
и определяет функциональный состав САБ: 
– функция регулирования дистанции; 
– функция адаптивного торможения; 
– функция регулирования буксования; 
– функция поперечной стабилизации; 
– функция активной подвески; 
– функция управления давлением воздуха в шинах. 
Современные системы динамической стабилизации имеют корректирующий характер действия, способствующий притуплению чувства опасности у водителя. Метод, заложенный в основу СПУД, носит прогнозирующий характер, что позволяет решить данную проблему с помощью принципиально нового подхода: САБ должна не помогать, а мешать водителю 
ехать быстрее. Но данные устройства очень сложны в техническом исполнении, обладают низкой надежностью. 
В работе рассматривается разработка механического сцепного устройства, позволяющего повысить безопасность движения автопоезда при прямолинейном движении, а также движении задним ходом. 
Предлагается несколько вариантов прицепов специального назначения, а также под перевозку специальных грузов. 
Данная работа является и монографией, и примером разработки и создания линейки прицепов, необходимых для использования в народном хозяйстве. 
В связи с указом Президента РФ от 22.10.2015 г. [30] тягачи с прицепами подлежат мобилизации вооруженным силам РФ. Это дает направление в предлагаемой монографии на разработку специализируемых прицепов малотоннажных автопоездов с гибкой управляемой связью, что позволяет повысить маневренность и управляемость в сложных дорожных условиях, а также управляемым движением задним ходом. Необходимо разрабатывать специализированные прицепы, способные работать в условиях 
±60 °C, с возможностью автопилотирования и выполнения любых задач, 
поставленных перед проектировщиками. 
 
6 

1. ОБЗОР РАБОТ, ПОСВЯЩЕННЫХ ДИНАМИКЕ ДВИЖЕНИЯ  
И МАНЕВРЕННОСТИ МАЛОТОННАЖНЫХ АВТОПОЕЗДОВ 
 
Для грузовых перевозок часто используются малотоннажные автопоезда (МАП). При маневрировании в городских условиях, изобилующих частыми поворотами и узкими проходами, часто возникает необходимость 
движения задним ходом, что особенно важно при перевозке негабаритных 
грузов специального назначения. Все эти требования заставляют создавать 
устройства и дополнительное оборудование для обеспечения устойчивости, управляемости, маневренности автопоезда. Вопросы, связанные с 
улучшением эксплуатационных свойств автопоезда, нашли свое отражение 
во многих научных работах. В связи с этим ниже приведен анализ исследований, позволяющий оценить технические и конструктивные параметры 
одноосных прицепов в составе автопоездов и их влияние на динамику движения и основные эксплуатационные свойства. 
 
1.1. Измерители, оценочные показатели и характеристики 
маневренности как совокупности эксплуатационно-технических 
свойств автопоездов 
 
Маневренность является одним из основных эксплуатационно-технических свойств автопоездов, предназначенных для перевозки негабаритных 
и невибростойких грузов. 
Обычно в теории автомобиля [1] маневренность в отдельную группу 
свойств не выделяется, а рассматривается в совокупности с устойчивостью 
и управляемостью. Автопоезд должен иметь возможность изменять направление движения. Это необходимо при маневрировании в местах погрузки и 
разгрузки на небольшой площади, на городских дорогах, характеризующихся большим количеством поворотов. Иногда возникает необходимость 
движения задним ходом или потребность в полном развороте на ограниченной площади. Специфичность этих условий обеспечивает целесообразность рассмотрения маневренности как самостоятельной группы свойств, 
хотя и связанной с управляемостью и устойчивостью. Основные показатели 
маневренности представлены на рис. 1.1. 
7 

 
 
Рис. 1.1. Показатели маневренности автопоезда  
 
Маневренность автопоезда может характеризоваться следующими основными показателями: 
1. Минимальный радиус поворота Rmin – расстояние от мгновенного 
центра поворота до оси следа переднего, забегающего колеса при максимальных углах поворота управляющих колес. 
2. Внешний габаритный радиус поворота Rгн – замеряется при тех же 
условиях по точке автомобильного транспортного средства (АТС) (например, буфер, переднее колесо), наиболее удаленной от центра поворота. 
3. Внутренний габаритный радиус Rгв – расстояние от центра поворота 
до наиболее приближенной к центру поворота габаритной точки при максимальных углах поворота управляемых колес. 
Эти три радиуса характеризуют площадь, необходимую для осуществления маневра и разворота автопоезда. По рекомендации ЕЭК ООН регламентируется минимальный внешний габаритный радиус поворота, который 
не должен превышать 12,5 м. Внутренний габаритный радиус регламентируется только для автопоездов, он должен быть не менее 5,3 м. Первые два 
показателя обязательны к определению при контрольных испытаниях грузовых автомобилей и прицепного состава, а также при испытаниях по определению оценочных показателей управляемости АТС [3]. 
4. Поворотная ширина АТС по следу колес – разность самого большого 
и самого малого радиусов поворота по осям следов соответствующих колес 
(наиболее удаленного и наиболее приближенного к центру поворота). 
 
ш
min
вн
R
R
R
 

. 
 
Габаритная полоса движения равна разности радиусов поворота точек 
АТС, наиболее удаленной и наиболее приближенной к центру поворота. 
 
Rп = Rгн – Rгв. 
 
8 

Эти два показателя характеризуют ширину коридора, необходимого 
при совершении крутых поворотов, а также возможность движения в проездах заданной формы и размеров. Эти показатели в России не регламентируются. По ограничениям габаритных радиусов можно считать, что габаритная полоса движения должна быть в пределах 7,2 м. Эти показатели введены в теорию автопоезда как основные оценочные показатели маневренности Я.X. Закиным [2]. 
5. Коэффициент использования сцепной силы при повороте. Определяют как отношение суммарной силы, действующей в контакте колес с дорогой, к потенциально возможной силе по сцеплению. Чем меньше это отношение, тем выше потенциальная возможность автопоезда к совершению 
крутых поворотов, тем меньше вероятность потери маневренности. Какоголибо нормирования последних двух показателей не производится. 
 
Ксц = Рт / Рсц,  
 
где Pт – удельная тяговая сила; 
Pсц – сила сцепления. 
6. Маневрирование при движении задним ходом. Определяется экспериментально при движении задним ходом: 
а) по длине пути, пройденного автопоездом с закрепленным рулевым 
колесом до начала складывания; 
б) по числу поворотов рулевого колеса на единицу пути при управляемом движении автопоезда относительно прямой линии. 
Основными конструктивными факторами, определяющими показатели 
маневренности, являются база всего транспортного средства и максимальный угол поворота управляемых колес, изменение которых существенно 
влияет на радиус поворота и другие показатели. Кардинальное улучшение 
показателей маневренности может быть получено, если сделать управляемыми передние и задние колеса. 
Процесс поворота состоит из входа в поворот, движения с постоянным 
радиусом и выхода из поворота. 
Анализ особенностей криволинейного движения автомобиля в различных условиях позволяет выделить два режима поворотов: с малыми радиусами и невысокими скоростями, и с большими радиусами, высокими скоростями, характеризующими управляемость и устойчивость. 
При теоретическом изучении управляемости одиночного автомобиля в 
качестве направляющей точки удобно выбирать центр его масс, а для автопоезда – центры масс его звеньев. Зная ускорение центров масс, можно 
непосредственно определять силы инерции, действующие на систему. 
В качестве прямой для автомобиля принимают его продольную ось, положение которой определяют курсовым углом между её проекцией на плоскость дороги и неподвижной прямой, принадлежащей этой плоскости. 
9 

Силы, возникающие в результате управляющего воздействия курсовых 
и боковых параметров, являются кинематической реакцией автомобиля на 
управляющее воздействие. 
Характер функциональной зависимости между управляющими воздействиями и реакциями на них может служить оценкой свойств автомобиля 
как управляющего объекта. 
С учетом изложенного для оценки управляемости можно выделить 
семь основных показателей устойчивости и управляемости: 
1) устойчивость управления по траектории, баллы; 
2) устойчивость курсового управления, баллы; 
3) устойчивость управления траекторией при торможении, баллы; 
4) устойчивость курсового управления при торможении, баллы; 
5) предельная скорость выполнения маневра Vnp км/ч; 
Показатели 1...4 определяют в эксплуатационных режимах движения 
со скоростями Vmax на специальных дорогах. 
При оценке показателей 3 и 4 торможение происходит от V0 до  
V = 0,5V0. На основании протоколов испытаний определяют комплексные 
оценки устойчивости управления. 
Показатель 5 определяют при испытаниях на критических режимах 
движения, которые заключаются в выполнении манёвров по разметке.  
По субъективным оценкам контролёра и водителя выставляется комплексная оценка устойчивости управления в баллах при различных скоростях движения и строится график зависимости скорости от радиуса поворота. 
Кроме того, имеется целый ряд показателей и характеристик, из которых для оценки управляемости можно воспользоваться восемью показателями [46]: 
1) минимальный радиус поворота; 
2) минимальный габаритный радиус поворота; 
3) поворотная ширина по следу колес; 
4) габаритная полоса движения; 
5) удельная сила тяги, потребная при повороте; 
6) коэффициент сцепления колес при повороте; 
7) движение задним ходом; 
8) критическая скорость по управляемости. 
Свойство автомобиля изменять кинематические параметры поворота 
под действием боковых сил при фиксированной величине угла поворота колес называют поворачиваемостью [22]. Для оценки влияния на поворачиваемость конструктивных особенностей автомобиля пользуются понятием 
статической поворачиваемости, определяемой соотношениями между углами увода при действии на автомобиль постоянной боковой силы. 
10