Study of the turn kinematics of a wheeled vehicle with a variable track

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: The trapezoidal lever mechanism used in the steering linkage for turning steerable wheels to change the motion direction of a wheeled vehicle does not fully meet the conditions for ensuring pure wheels rolling and corresponding to the correct turn kinematics, which is especially evident when adjusting the track.

AIM: Assessment of the degree of discrepancy between the actual turn kinematics and the correct turn kinematics when changing the track of the tractor.

METHODS: Analytical methods were used in the study, which made it possible to obtain some computational dependencies, to perform a numerical analysis of the curvilinear motion of a tractor with a variable track for different parameters of the steering linkage, and on this basis to establish patterns between the geometric characteristics of the steering linkage and the kinematic parameters.

RESULTS: Reasonable geometric characteristics of the steering linkage, which ensure the turn kinematic parameters closest to the required ones, are set for the most commonly used value of the width of the kingpin track. For the Belarus-80.1 tractor, it corresponds to 1.02 m. At the same time, for example, at a steer angle of the inner steerable wheel of 25°, the minimum turning radius ensured by the steering linkage differs by 0.6521 m (10.44%) and at the steer angle of 40° by 0.2829 m (9.27%) from their values obtained from the pure rolling condition. When changing the track width of the machine, there is a violation of the initial geometric characteristics of the linkage and the corresponding mismatch of the turn kinematic parameters ensured with the steering linkage and the correct turn kinematics increases. A comparison of the minimum turning radii at an angle of 25° and a kingpin track of 1.42 m showed an increase by 3.2340 m (35.83%), and at 40° — by 0.8956 m (20.21%).

CONCLUSION: To ensure the correct turn, it is necessary to conduct a thorough theoretical analysis of the steering linkage and to improve its design on this basis.

About the authors

Alexander N. Belyaev

Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great

Email: aifkm_belyaev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9195-7091
SPIN-code: 3125-7630

Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor, Head of the Applied Mechanics Department

Russian Federation, Voronezh

Arkady V. Khimchenko

Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great

Author for correspondence.
Email: himch.arkady@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9340-4252
SPIN-code: 4568-1757

Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Agricultural Machines, Tractors and Automobiles Department

Russian Federation, Voronezh

Tatyana V. Trishina

Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great

Email: t.v.trishina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9976-979X
SPIN-code: 2965-6960

Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Applied Mechanics Department

Russian Federation, Voronezh

Pavel V. Sheredekin

Voronezh State Agrarian University named after Emperor Peter the Great

Email: pavlo94_94@mail.ru
ORCID iD: 0009-0007-2852-5844
SPIN-code: 3022-9650

Master, Postgraduate of the Applied Mechanics Department

Russian Federation, Voronezh

References

  1. Guskov VV, Velev NN, Atamanov YuE, et al. Tractors: theory. Moscow: Mashinostroenie; 1988. (in Russ.)
  2. Skotnikov VA, Mashchensky AA, Solonsky AS. The basis of the theory and calculation of a tractor and a car. Moscow: Agropromizdat; 1986. (in Russ.)
  3. Smirnov GA. The theory of movement of wheeled vehicles. Moscow: Mashinostroenie; 1990. (in Russ.)
  4. Grishkevich AI, Lomako DM, Avtushenko VP, et al. Cars: design, design and calculation. Control systems and chassis. Minsk: Vysheyshaya shkola; 1987. (in Russ.)
  5. Ksenevich IP, Guskov VV, Bocharov NF, et al. Tractors. Design, construction and calculation. Moscow: Mashinostroenie; 1991. (in Russ.)
  6. Reimpel J. Car chassis: Steering. Moscow: Mashinostroenie; 1987. (in Russ.)
  7. Jazar RN. Vehicle Dynamics. Theory and Application. New York: Springer Science+Business Media; 2014. doi: 10.1007/978-1-4614-8544-5
  8. Kurganov AI. Basics of calculating the chassis of tractors and cars: a textbook. Moscow: Gosudarstvennoe izdatelstvo selskokhozyaystvennoy literatury; 1953. (in Russ.)
  9. Chen J, Shen X, Wang A. Steering Trapezoid Optimized Design of the Off-road Racing Car. J. Phys.: Conf. Ser. 2022;2235. doi: 10.1088/1742-6596/2235/1/012082
  10. Khristamtoa M, Praptijantoa A, Kalega S. Measuring geometric and kinematic properties to design steering axis to angle turn of the electric golf car. Energy Procedia. 2015;68:463–470. doi: 10.1016/j.egypro.2015.03.278
  11. Pauwelussen JP. Essentials of Vehicle. Dynamics. Oxford: Butterworth-Heinemann; 2014.
  12. Belyaev AN, Trishina TV, Sheredekin PV. Main types of car steering systems. In: Problems and prospects for constructive improvement of the domestic automotive industry: materials of the All-Russian scientific and technical conference. Voronezh: VGLTU im GF Morozova; 2023:24–32. (in Russ.) doi: 10.58168/AutIndustry2023_24-32 EDN: SBPUWF
  13. Bukharin NA, Prozorov VS, Shchukin MM. Cars. Design, load conditions, work processes, strength of vehicle components. Leningrad: Mashinostroenie; 1973. (in Russ.)
  14. Operating manual for tractors “Belarus-80.1/82.1/820”. Minsk Tractor Plant LLC; 2015. (in Russ.)
  15. Belyaev AN, Orobinsky VI, Trishina TV, et al. Substantiation of geometric parameters of steering linkage of a wheeled vehicle. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023;16(2):116–123. (in Russ.) doi: 10.53914/issn2071-2243_2023_2_116 EDN: UVVOLI
  16. Belyaev AN, Sheredekin PV. Justification of the geometric parameters of the steering linkage of a vehicle with variable gauge. Science and education at the present stage of development: experience, problems and ways to solve them: materials of the international scientific and practical conference. Voronezh: Voronezhskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet im. Imperatora Petra I. 2023:8–11 (in Russ.) EDN: RIGKSA
  17. Patent RUS No. 224040 / 13.03.2024. Bull. 8. Belyaev AN, Sheredekin PV, Trishina TV. Steering trapezoid of a motor vehicle with a variable track (in Russ.) EDN: LOAVOI

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Kinematic scheme of turning the machine under the condition of pure rolling of the wheels.

Download (163KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The kinematic scheme of the turning of the machine ensured with the steering linkage: 1 — a side pivot arm; 2 — a front axle of the machine; 3 — a transverse rod of the steering linkage.

Download (166KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Graphs of the dependences of the steer angles of the outer wheel on the steer angles of the internal wheel of the Belarus-80.1 tractor: ——— linkage; – – – – pure rolling at B = 1,02 m; −∙−∙− pure rolling at B = 1,22 m; ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ pure rolling at B = 1,42 m.

Download (63KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Graphs of the dependence of the difference between the angles of rotation of the outer steerable wheel from the track along the pins and the angle of rotation of the inner steerable wheel of the tractor Belarus 80.1, obtained from the condition of pure rolling and realized steering trapezoid.

Download (253KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Steering trapezoid of a wheeled vehicle with a variable track: 1 — steerable bridge; 2 — swivel wheels; 3 — adjustable-length transverse steering rod; 4 — pivot levers; 5 — holes for mounting hinges; 6 — hinges; 7 — kingpins.

Download (153KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».