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全路况林火巡护与扑救车辆横向稳定特性研究

阎春利  
【摘要】: 全路况林火巡护与扑救车辆是一种行驶于林区非道路条件下的特种车辆,用于森林火灾的早期巡护与扑救。这种车属于全路况运输车辆,欧美等国家普遍用于林火的防护工作,但在我国还没有被普及。全路况林火巡护与扑救车辆的横向稳定特性决定了它的行驶安全性能,关系到驾驶者的人身安全,为了使该车辆能够更好地服务于森林消防人员,减少森林火灾给国家和社会造成的损失,对其横向稳定特性的研究显得尤为重要。 为研究全路况林火巡护与扑救车辆的横向稳定特性,论文建立了线性二自由度车辆转向运动模型和考虑车身侧倾的三自由度转向运动模型,形成全路况林火巡护与扑救车辆横向稳定特性的理论研究基础。在理论研究过程中分析全路况林火巡护与扑救车辆的转向操纵特性,包括稳态响应、稳定性分析和频率响应特性。论文采用数值计算的方法分析了全路况林火巡护与扑救车辆的稳态响应特性,采用根轨迹法分析了全路况林火巡护与扑救车辆转向运动的稳定性,运用Matlab软件编制相关的程序分析了全路况林火巡护与扑救车辆的频率响应特性。研究结果表明当车速小于25km/h时,全路况林火巡护与扑救车辆具有不足转向特性,当车速大于25km/h时,全路况林火巡护与扑救车辆具有中性转向特性。 车辆的倾翻是车辆横向运动特性的一个重要方面。全路况林火巡护与扑救车辆由于结构特点及行驶环境的要求其具有良好的抗倾翻性能。论文通过对比分析建立的两种全路况林火巡护与扑救车辆模型在转向运动时车辆垂直载荷的变化,提出垂直载荷变化系数的概念,找出影响车轮上垂直载荷变化系数的因素。论文还分析了全路况林火巡护与扑救车辆的侧翻和纵翻,包括车辆的准静态侧翻以及车辆的抗纵翻能力,结果表明全路况林火巡护与扑救车辆的抗侧翻稳定性很好,具有超强的爬坡能力。 虚拟技术的发展为车辆性能的研究提供了有利的条件。论文应用ADAMS动力学仿真软件对全路况林火巡护与扑救车辆的横向稳定特性进行了仿真分析,包括对横向稳定特性有重大影响的前悬架运动仿真和整车运动仿真。仿真结果表明全路况林火巡护与扑救车辆的车轮在一定范围内上下跳动导致的前悬架车轮定位参数的变化能够保证该车辆具有不足转向特性和回正特性,这比较有利于全路况林火巡护与扑救车辆横向运动的稳定。整车仿真试验结果表明全路况林火巡护与扑救车辆在车速较低时具有不足转向特性,当车速达到32km/h以上时趋于中性转向特性,车辆结构参数能够保证车辆操纵安全、可靠。 论文在仿真研究的基础上对全路况林火巡护与扑救车辆进行了不同路面横向稳定特性试验,包括良好路面的圆周运动试验、蛇行试验和林区非道路条件下的转向运动试验,并对试验结果进行了分析。试验结果、理论分析和仿真研究结果具有较好的一致性,说明所研究的全路况林火巡护与扑救车辆的横向运动性能稳定,适用于在林区作为森林火灾的巡护与早期扑救工作。但是林区路面不平度加大了车辆的横摆运动和侧倾运动,在林区驾驶要注意速度控制在20km/h以下。 本文从理论分析、模拟仿真到试验结果都说明所研究的全路况林火巡护与扑救车辆在横向运动过程中具有较好的稳定特性,适用于林区道路行驶。


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