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1、汽车行驶在坑槽路段时路面受力分析计算【lI世第14卷第3期西安公路学院v.I.14N.31994年9月JournalofXianHighwayTransportationUniversitySept?1994汽车行驶在坑槽路段时路面受力分析计算申爱琴梁乃兴(公路系)摘要:本文分析计算1汽车行驶在坑槽路段时对路面产生的附加力,并形成及加剧的初步原因.关键词;堕些垫,t-墨,关性出8园者专谩引言公路建成通车后,路面必然会产生不平整现象,形成不同程度的坑槽+使汽车产生附加的振动作用,对路面施加冲击力,引起行车颠簸+从而加剧了路面坑槽的扩大,进而使得路面受力增大,最终加速了路面破坏.本文用动态的方法,
2、分析计算了汽车以不同速度行驶在不同程度坑槽路段上,对路面所产生的附加力.这种附加力受许多因素的影响,它不仅与车速,汽车的固有振动频率,弹簧的刚度有关,而且与坑槽的高度,宽度等因素有关.1车身运动方程的理论分析为使分析简化起见,将汽车的运动简化为平面问题,并作如下假设:设汽车的质量为,并认为集中于一点R;汽车水平行驶速度为,k分别为汽车前后桥的竖向位移;汽车前后轮上的弹簧刚度分别为E,ElR点眶前后轴的水平距离分别为f,z:汽车前后轴距为D.,将路面坑槽的形状用周期性函数hc.s表示,其中=芋,2h表示坑槽的深度,坑槽宽度为2s(图1).车文1994年4月27日收到12西安公路学院1994lF面
3、分3个阶段分析汽车行驶在图1所示波浪形路段时的运动方程,井以弹簧承受静载时为初始状态.假定不考虑汽车在行驶过程中空气阻尼对振动的影响.(1)0XD(汽车前轮驶入坑槽,后轮仍在平坦路段)由于前轮驶入凹凸段,汽车前后桥P,Q点的位移增量为A,2,若不计静载作用时PP点以及0Q.点之间距离(常量).则有,BI=/.el-Y.b即等设一.鲁一鲁=击f1+=D由运动平衡条件及动力平衡条件有=南2+(1一矗)1(产c正为R点的位移)一dZ/Q-kM(1孥【1)z+一M(2)(2一y2)E2f2=(ly)Elf1(3)由(1),(2),(3)式,并今=得运动微分方程+碥t=(gh_触)c.s(4)解微分方程
4、(4),并利用边界条件时有1訾.lfl=n程(4)式的解为fl=(一)cosf+lCOS(or12:(一)c.sf+(一)c.s+(5)(2)Dz2(汽车前后轮均驶入凹凸段)此时=s(竽一.)同理得微分方程dZp,2+磅1=口lc.s+日2sin式中lo,oh一+肌C0S2=kho;sin1解微分方程(6)并考虑到与(5)的连续条件得一cc.s+sin+c.s+sinl21一1+2【式中cC,A,B均为系数(此处从略).(6)(7)第3期中爱琴等:汽车行驶在坑槽路段时路面受力分析计算13(3)2ns2ns+D(前轮驶出凹凸段后轮仍在凹凸段)f一l弛=hcos(一1)同理可得微分方程的解为一2一
5、(l1)+:式中C,C.,A,B均为系数(此处从略).2路面受力计算分析州+以车辆驶过凹凸段时的微分方程为基础,求出汽车行驶在各点时的附加变形,乘以弹簧的刚度即可计算出汽车对路面各点所产生的附加力.设F,分别为汽车前后轮对路面产生fFI=El=(一)ElIF2=E:=(一弘)E2设车重M=150kN=lsk(kg)(相当于黄河JN150型),轴载分配:前轴承担1/3,后轴承担z/3,D一4m.设ll一2D/3f:一D/3ll/D一取=z/3.一般情况下,后轴较前轴承载大,对路面产生的附加力也较大,因此这里只给出后轮对路面产生的附加力.,假设弹簧刚度El一1500kN/m,E2一1EII岛=2l
6、=0.02m.(1)汽车以不同速度行驶时对路面各点所产生的附加力取一72km/h=20m,s口:=54km/h一15m/s当5一lm时,并假定坑槽段的总长度为2D,后轮从P.点行驶到C点(图1)对路面各点号表示对路面产生的附加压力,正号为附加向上跳动力.图2汽车后轮对路面的附加压力(;10m)图3汽车后轮对路面的附加压力o13)从图2,图3中可以看出,汽车通过坑槽路段对路面产生相当大的附加力这种附加力呈现出一定的波形,若只有前轮进入坑槽,后轮产生的附加力较小,若前后轮均驶入坑槽段,附加力l4西安公路争院1994生突增.且最大附加力发生在坑槽底部对于每1个坑槽底部其附加力大小不同.另外.图2,图
7、3还说明,后轮驶入第1个坑的底部和驶出最后1个坑槽底部时附加力也比较大.(2)汽车不同速度行驶在不同尺寸坑槽路段时产生的最大附加压力力量出现在约为1m时,并发生共振,当s较大时,其附加力非常小.小于20m/s且大于2111时,产生的最大附加力随速度的增加而增加.圈4最大附加压力随s变化,图5妊大附加压力随的变化所出现的宽度较小的搓板路面与较低的车速有直接关系,在较低车速下产生的最大附加压力使得路面的搓板状况El趋严重.(3)固有振动频率不同的汽车(相当于不同车型)驶过坑槽路段时对路面产生的最大附加压力固有振动频率不同,即弹簧刚度取不同值时,汽车行驶在凹凸路段,后轮所产生的最大附加压力如图5所示
8、.从图中可看出,弹簧的刚度越大,汽车以同样的速度行驶时所产生的最大附加力越大.反之.越小i当汽车振动频率小于固有振动频率.或大于时,其产生的最大附加压力数值较小,当一时,即/一1时,发生共振现象.最大附加力突增.3结论通过上分析计算.可以得出下结论:(1)汽车行驶在凹凸路段会对路面产生相当大的附加力.这种力可1:1进行数值求解.(2)坑槽的深度,宽度以及汽车行驶速度对附加力影响很大.车速较低时,较小的坑槽会引起较大的附加压力,而车速较高时,引起较大附加压力的坑槽宽度较宽.(3)坑槽的形成,加剧以致路面的破坏,不单纯是由水平力(刹车)引起,附加竖向压力对路面的破坏也有重要影响.(4)对于某一给定
9、车型(已知车重,弹簧刚度)以及车速,存在一最危险的坑槽宽度,使第3期中爱琴等:汽车行驶在坑槽路履时路面受力分析计算15年车辆产生共振,从而引起非常大的附加压力.参考文献小#明着?河北工学院汽车教研室译.汽车振动学.北京:机械工业出版社,19982493128方福森.路面工程.人民交通出版社,1990张洪欣.汽车设计.北京:机械工业出版社,19811657张心逊主编.国产汽车技术性能手册.长在吉林科学出版社,1987i231238CalculationandAnalysisofForceontoPavemenCausedbyDrivingAutomobileonUnsmoothHighwaySh
10、enAiqinLiangNaxing(Highwayl-k.Dartment)Abstract:Thispapercalculatestheextraorce,thatiscausdbyadrivingautomobile0nui*smoothhighwayontopavement.andanalysestherelationshipam.ngtheextraff)rce,thcautomobiletypetspeedofautomobile.hollowsizeofpavement.fominganddeveloppingofhollowsonpavementisanaIysed.Keywords:unsmoothhighway.extraforce,correlati0n百I-
汽车行驶在坑槽路段时路面受力分析计算
