Улучшение эксплуатационных характеристик прицепных автотранспортных средств на основе эффективных научно-технических решений

Это свидетельствует о том, что с возрастанием скорости движения автопоезда значительно растут амплитуды угловых колебаний кузовов, которые, упираясь своими опорными кронштейнами на пальцы кронштейнов механизма опрокидывания кузовов, упруго деформируют их, а так как последние жестко соединены с лонжеронами рамы, то в их сечениях можно ожидать значительные величины напряжений, способствующих снижению их прочности и долговечности. В качестве примера на рис.14 и рис.15 представлены наиболее характерные линейные и угловые перемещения рамы и задней подвески колес полуприцепа по обобщенным координатам ХР, YР, ZР, XП, YП, ZП, цР, гР, вР, цП, гП, вП.

Рис.14 - Серийный автопоезд

Рис.15 - Экспериментальный автопоезд

Полученные значения составляющих динамических усилий позволили произвести прочностной расчет рамы полуприцепа ТМЗ-879М.

Для выполнения расчетов на прочность рамы полуприцепа ТМЗ-879М воспользуемся расчетной схемой (рис.16), представляющей из себя балку равного сопротивления изгибу, расположенную на трех опорах эквивалентных шкворневому узлу и кронштейнам рессор, взаимосвязанных с рессорными комплектами колес полуприцепа. К раме полуприцепа приложены нагрузки: РЛi и РПj -- вертикальные составляющие динамических усилий, приложенных соответственно к лонжеронам и поперечинам рамы от двух самосвальных кузовов, загруженных легковесным грузом массой 7000кг; Qi -вертикальные составляющие усилий, приложенные к опорным кронштейнам механизма опрокидывания и к поперечинам крепления гидроцилиндров при самосвальной выгрузке кузовов; Тi -- горизонтальные составляющие динамических тяговых усилий и сил сопротивлений движению полуприцепа; Hi - вертикально составляющие силы реакций, приложенные к шкворневому узлу и к кронштейнам рессор полуприцепа; qi-- равномерно распределенная нагрузка в месте контакта опорного листа уступа рамы полуприцепа с седельным устройством тягача.

Рис. 16 - Расчётная схема рамы полуприцепа

Изгиб рассматриваемой балки, как и в случае для автотракторного прицепа 2ПТС-4-793А, можно описать уравнением (17). Принимаем, что ось ОХ направлена по длине рамы, а ось ОY перпендикулярна ей в направлении ее прогиба. Разобьем раму по длине на отдельные участки на каждом из которых функция жесткости сохраняет постоянный вид. Таких участков по длине рамы шесть и они обозначены I--VI. На участках I, III и V момент инерции сечения лонжерона рамы J(X) является величиной постоянной, не зависящей от расстояния по оси ОХ, а на участках II, IV и VI момент инерции сечения зависит от расстояния х от начала участка.

Используя вышеописанную методику для прицепа 2ПТС-4-793А применительно к рассматриваемой задаче, составлена система 27 уравнений, включающих 24 неизвестных начальных параметра (Q(x),M(x), ц(x) и f(x)) и три неизвестных реакций опор (H1, H2 и H3). В результате решения уравнений вычислены значения напряжений изгиба уX в каждом рассматриваемом участке рамы полуприцепа. Одновременно также произведен расчет напряжений стесненного кручения ущ подобно тому, как это было сделано для автотракторного прицепа 2ПТС-793А. Зная напряжения изгиба рамы полуприцепа и стесненного кручения, можно установить суммарные значения напряжений по зависимости у? = уX + ущ. Анализ проведённых расчётов показал, что наибольших значений напряжения изгиба ух= 163,0МПа достигают на участке VI рамы в случае самосвальной выгрузки второго кузова. В целом же изгибные напряжения невысокие. А вот напряжения стеснённого кручения наибольших своих значений достигают 176,0МПа (участок II рамы в зоне приварки опорного листа уступа рамы) и 83,5МПа (участок V рамы в зоне крепления кронштейнов рессор полуприцепа). Это объясняется тем, что участки I и VI имеют значительную жесткость на кручение. Для снижения напряжений в этих зонах разработаны технические решения, защищённые 8-ю патентами на изобретения.

Для проведения экспериментальных исследований на опытный образец автомобильного полуприцепа ТМЗ-879М в агрегате с автомобилем-тягачом ЗИЛ-130В1 устанавливались тензометрические конструкции и устройства включающие тензометрическую раму, в сварных узлах которых установлены 56 рабочих тензорезисторов, и тензометрическое основание платформы первого самосвального кузова с наклейными в ее сварных узлах 27 рабочими тензорезисторами, а также соответствующая регистрирующая аппаратура. Тензометрические испытания автопоезда проводили согласно рекомендациям работ, посвященных испытаниям автомобилей, автотракторных прицепов и сельскохозяйственных машин. Испытания состояли из пяти этапов. В результате получены осциллограммы, которые обрабатывались известными методами математической статистики.

Результаты аналитических и экспериментальных исследований по изучению колебаний полуприцепа ТМЗ-879М и напряжённого состояния его рамы соответственно для опытного и модернизированного образцов представлены в табл.3.

Таблица 3

Для подтверждения правильности полученных результатов теоретических расчетов и данных экспериментальных исследований, а также разработанных технических решений и проверки надежности автомобильного полуприцепа ТМЗ-879М в условиях эксплуатации в 1984г. на ОПБ ПО Ташкентский тракторный завод была проведена серия полигонных форсированных испытаний полуприцепа на динамическую прочность. Методика проведения испытаний аналогична описанной выше для прицепа 2ПТС-4-793А. Расчетный пробег полуприцепа при проведении ускоренных испытаний на усталостную прочность составил 123км, что эквивалентно пробегу его в нормальных эксплуатационных условиях равному 300тыс.км. Проведенные испытания позволили с учетом предложенных рекомендаций изготовить два образца полуприцепа ТМЗ-879М, которые в 1985 г. переданы на межведомственные испытания, а в 1989 г. он поставлен ТТЗ на серийное производство. Несмотря на своё совершенство конструкции, естественно полуприцеп ТМЗ-879М требует дальнейшей модернизации и поэтому разработаны перспективные конструкции узлов и деталей его на уровне 15 изобретений, часть которых апробирована в хозяйственных условиях и показала удовлетворительную работоспособность. В тоже время, также на уровне изобретений, разработан и аналитически исследован ряд перспективных технических решений (более 65), например, таких как.

Большегрузный автопоезд. Патент RU2255018

Для расчета основных параметров устройства, исключающего складывание звеньев автопоезда при торможении, разработаны расчетная схема и методика, позволяющие определять рациональные его параметры, использующие следующие зависимости:

Рис.17- Схема устройства Рис. 18 - Расчётная схема автопоезда

, ,

Расчёты проведены для автопоезда, состоящего из автомобиля-тягача МАЗ-6422 полным весом = 9500кгс, и автомобильного полуприцепа контейнеровоза модели МАЗ-8389 с = 38700кгс. В результате определены сила инерции, приложенная к полуприцепу при торможении автопоезда, ускорение его замедления, тормозной путь, деформация пружины и усилие на поршне, что позволят установить геометрические размеры пневмоцилиндра и возвратной пружины.

Автопоезд. Патент RU2255019

Рис. 19 - Схема устройства Рис. 20 - Расчётная схема автопоезда

При соударении масс mа (догоняющий автомобиль ВАЗ-2107) и mп (автопоезд МАЗ-5432 - МАЗ-5205А) возникает продольная сила Nmax, способствующая относительному перемещению хрм и ха запасных колес, легкового автомобиля и дополнительной рамы, на которой закреплены запасные колеса Дифференциальное уравнение второго порядка, характеризующее движение автопоезда и легкового автомобиля, в данном случае записано в виде

.

В результате расчётов определены: рациональный диаметр роликов равный dр = 300мм, их угловая скорость щк=39,06 с-1, поступательная скорость ленты Vл=16,6 м/с и окружное усилие Ру = 6,16тс, создаваемое последней, что позволит эффективно переместить ВАЗ-2107 собственной массой 1,4т в боковую сторону дорожного полотна, так как оно в 4,4 раза больше, чем собственная масса ВАЗ-2107.

Такие предложения рекомендуются к использованию предприятиям, эксплуатирующим и изготавливающим автотракторные поезда, как в нашей стране, так и за рубежом.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основании разработанных теоретико-методологических положений и научно технических решений (243 А.С. СССР и патентов РФ), а также широкого внедрения в автотранспортной отрасли оригинальных предложений осуществлено изложение в диссертации эффективных научно обоснованных технических и технологических решений в соответствии областям исследования и паспортом научной специальности 05.22.10.

Решена научно-техническая проблема, связанная с созданием и освоением серийного производства конкуренто способных и надёжных в эксплуатационных условиях автомобильного полуприцепа и автотракторного прицепа, имеющая важное хозяйственное значение. На основе теоретико-аналитических исследований получены динамические расчётные схемы и математические модели автопоезда и тракторного поезда, представляющие из себя многомассовые системы, позволяющие установить силовое нагружение, возникающее в кинематических парах соединительных звеньев масс, фиксировать резонансные области их движения, определять амплитуды вынужденных колебаний прицепа и полуприцепа относительно их тягачей и поверхности дороги. Установлено, что серийные образцы таких машин не соответствуют ГОСТ 25478-91 регламентирующего устойчивость движения автотракторных поездов, например, амплитуда виляния прицепов в рабочих частотах 20рад/с составляют 140мм. Напряжения же, возникающие в несущих элементах их кузовов и рам шасси, в среднем превышают допускаемые значения в 1,5-2,1 раза.

Обоснована целесообразность модернизации указанных машин за счёт разработки технических решений на уровне 30 изобретений, направленных на создание демпфирующих устройств, устанавливаемых в место сцепа тягача и прицепа, позволяющих эффективно производить гашение виляний прицепных звеньев автотракторных поездов, причём некоторые из них способны одновременно осуществлять гашение колебаний виляния, боковой качки и подёргивания. Создан и внедрён в практику прибор для измерения амплитуд таких колебаний, конструкция которого защищена двумя А.С. СССР на изобретения, а также устройство для фиксации кузовов на шасси прицепа и полуприцепа, причём, как показали расчёты амплитуды виляния прицепных звеньев стали в среднем ниже нормативной величины, равной 100мм на 15%.

Установлено, что основной причиной проявления отказов, возникающих в сварных узлах несущих систем прицепов и полуприцепов, является отсутствие свободной депланации полок профилей и возникновение по этой причине высоких напряжений стеснённого кручения порядка 330МПа. Учитывая высокую жёсткость сварных узлов таких конструкций, разработаны на уровне 12 А.С. СССР на изобретения технические решения, позволяющие, во-первых, повысить их долговечность за счёт эксплуатации на стадии живучести и создания возможной свободной депланации полок, стенок и опорных листов уступов рам полуприцепов, а также поперечин и лонжеронов рам прицепов, уменьшив тем самым напряжения в среднем в 2,2 раза, и во-вторых, на 6% снизить их металлоёмкость и упростить конструкцию.

Для подтверждения достоверности теоретических положений и правильности выполненных расчётов проведена серия экспериментальных исследований в эксплуатационных условиях натурных макетных образцов автотракторного прицепа 2ПТС-4-793А и автомобильного полуприцепа ТМЗ-879М с использованием метода электрического тензометрирования с регистрацией напряжённого состояния и амплитуд колебаний конструкционных элементов рам, кузовов и таких машин в целом. Проведённые тензометрические испытания показали, что средние значения зафиксированных амплитуд колебаний прицепных звеньев относительно тягачей, а также напряжений, возникающих в тензометрических узлах кузовов и рам шасси, удовлетворительно согласуются с подобными характеристиками, полученными расчётным путём причём, процент ошибки соответственно составил 7% - 26% и 13% - 23%.

Учитывая выявленные конструктивные недостатки макетных образцов прицепа и полуприцепа, проведена модернизация их рам и кузовов, направленная на снижение крутильной жёсткости их сварных узлов, и проведены повторные теоретические, тензометрические исследования и испытания таких машин на эксплуатационную надёжность. В итоге установлено, что колебания прицепных звеньев и напряжения в несущих конструкциях снизились, соответственно, в среднем на 8% и 11%, что позволило сделать вывод об эффективности предложенных технических решений, повышающих долговечность, ремонтопригодность и безопасность движения указанных машин.

Разработан и реализован на практике оригинальный метод проведения ускоренных полигонных испытаний прицепов и полуприцепов на динамическую прочность и эксплуатационную надёжность, исключая применение специальных полигонов. Применённый метод и разработанная на уровне изобретения (А.С. СССР № 1264988) конструкция крепления имитационных неровностей на колёсах безрельсовых транспортных средств позволили в кротчайшие сроки (около месяца) провести ускоренные испытания макетных и опытных образцов прицепов и полуприцепов и разработать окончательные рекомендации по повышению долговечности, и ремонтопригодности их шасси, рам и кузовов.

Предложены расчетная схема и методика расчёта кинематических и динамических характеристик, а также выполнена серия тензометрических и экспериментальных эксплуатационных испытаний конструкционных элементов и устройств, предназначенных для перегрузки легковесного груза из бункера уборочной машины в кузова прицепов и полуприцепов, позволяющих обеспечить эффективность использования транспортной системы путём снижения времени её простоя под выгрузкой с 7,5 до 2,6 минут и сокращения рабочих, обслуживающих уборочно- транспортный комплекс с 3 до 1 человека. Реализация полученного эффекта обеспечена за счёт конструктивного исполнения перегрузочной системы бункера, защищённой четырьмя А.С. СССР на изобретения.

Разработаны на уровне 200 изобретений (А.С. СССР и патенты РФ) перспективные конструкции различных устройств, деталей и агрегатов обширного семейства автомобильных полуприцепов и автотракторных прицепов моделей 2ПТС-4, как отечественных, так и зарубежных, широко применяемых в РФ, обеспечивающих повышение эффективности их использования в эксплуатации, обслуживании и ремонте. Проведены как аналитические, так и экспериментальные исследования по изучению их силового нагружения и колебаний, в результате чего обоснованы их рациональные кинематические и геометрические характеристики, гарантирующие соответствующие показатели эксплуатационной надёжности и безопасности движения.

Обоснованность теоретико-методологических положений и полученных результатов работы, их научная, практическая и экономическая значимости подтверждаются внедрением пяти А.С.СССР в производстве и эксплуатационной деятельности предприятий транспорта и в учебном процессе Елецкого ГУ им. И.А. Бунина и Липецкого ГТУ. Использование научных результатов диссертации на Ташкентском тракторном заводе, а также в ряде промышленных предприятий и транспорта, позволило в соответствии со справками (актами) о внедрении получить значительный экономический эффект по ценам 1988 г. в размере более 20,0млн. рублей в год.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

Статьи в рецензируемых журналах рекомендованных ВАК России

1. Сливинский Е.В., Зайцев А.А., Сливинская А.Н. Седельно-сцепное устройство, повышающее производительность большегрузных автопоездов. //Автомобильная промышленность. -2006. №8. С.-16.

2. Сливинский Е.В. , Зайцев А.А. Устройства повышающие безопасность движения автопоездов. // Автомобильная промышленность. -2006. №12. С.-21.

3. Сливинский Е.В., Зайцев А.А., Сливинская А.Н. Новый насос для подъёмных механизмов самосвалов.// Автомобильная промышленность.- 2006. №2. С.-18.

4. Сливинский Е.В., Зайцев А.А. Перспективная шестеренная гидромашина.// Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2007. №4. С.-20.

5. Сливинский Е.В., Зайцев А.А., Радин С.Ю. Перспективный амортизатор для АТС.// Автомобильная промышленность. -2007. №9. С.-21.

6. Сливинский Е.В., Зайцев А.А. Перспективная рама для двухосных самосвальных тракторных прицепов.// Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2007. №6. С.-13.

7. Сливинский Е.В., Сливинская Т.Е. Модернизация рессорных подвесок универсального тракторного прицепа.// Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2007. №9. С.-13.

8. Сливинский Е.В. Повышение долговечности двойных колёс грузовых автомобилей и автопоездов.// Автотранспортное предприятие. -2007. №11. С.-46.

9. Сливинский Е.В., Сливинская Т.Е. Снижение виляний прицепных звеньев автотракторных поездов.// Тракторы и сельскохозяйственные машины». -2007. №12. С.-25.

10. Сливинский Е.В. Универсальный станок для динамической балансировки колёс грузовых и легковых автомобилей.// Автотранспортное предприятие. -2008. №4. С.- 52.

11. Сливинский Е.В., Савин Л.А., Радин С.Ю. Исследование силового нагружения конструкционных элементов перспективных гасителей колебаний.// Известия ОрёлГТУ.. - 2008. №3-6/271(546). С.-87.

12. Сливинский Е.В. Повышение надёжности рам автомобильных полуприцепов.// Ремонт, восстановление, модернизация. -2008. №7. С.-11.

13. Сливинский Е.В. Модернизация устройства управления запорными элементами кузовов автотракторных самосвальных прицепов с трёхсторонней разгрузкой.// Ремонт, восстановление, модернизация. -2008. №8. С.-16.

14. Сливинский Е.В. Устройство для фиксации механизма задней навески трактора в его транспортном положении.// Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2008. №11. С.-25.

15. Сливинский Е.В., Зайцев А.А. Устройство предотвращающее виляние прицепа автотракторного поезда.//Автомобильная промышленность. 2007. №9. С.-16.

16. Сливинский Е.В., Зайцев А.А. Устройство, снижающее тяжесть последствий наезда легкового автомобиля на большегрузный поезд сзади.//Автомобильная промышленность. -2007. №10. С.--20.

17. Сливинский Е.В., Зайцев А.А. Устройство исключающее складывание звеньев автопоезда при торможении.// Автомобильная промышленность. - 2008. №2. С.-25.

18. Сливинский Е.В., Зайцев А.А., Сливинская Т.Е. Устройство для автоматической балансировка колёс автомобилей.// Автомобильная промышленность. -2008. №6. С.-16.

19. Сливинский Е.В. Модернизация элементной базы ходовых частей автотракторных прицепов.// Ремонт, восстановление, модернизация. -2009. №6, . С.-8.

20. Сливинский Е.В. Повышение ремонтопригодности перспективной шестеренной гидромашины.// Ремонт, восстановление, модернизация.-2009. № 7. С.-4.

21. Сливинский Е.В., Зайцев А.А. Устройство, предотвращающее виляние прицепа автотракторного поезда.//Автомобильная промышленность. -2008. №9. С.-26.

22. Сливинский Е.В. Конструкции повышающие надёжность и ремонтопригодность несущих систем автомобильных полуприцепов.//Автомобильная промышленность. -2009. №6. С.-20с.

23. Сливинский Е.В. Модернизированный диафрагменный топливный насос для карбюраторных ДВС.// Автомобильная промышленность. -2009. №10. С.-18.

Монографии

24. Глущенко А.Д., Сливинский Е.В. Динамика и прочность транспортной системы для перевозки легковесных грузов. Ташкент: Фан, 1988. 116с.

25. Савин Л.А., Сливинский Е.В. Элементная база прицепных транспортных средств. Монография.- Орёл: Орёл ГТУ, 2008. - 296с.

26. Сливинский Е.В., Зайцев А.А. Совершенствование конструкции устройств и узлов автотракторных поездов. Монография. - Елец: ЕГУ им. И.А. Бунина, 2009.-236с.

27. Сливинский Е.В., Савин Л.А., Радин С.Ю. Пути совершенствования ходовых частей транспортных средств. Монография.- Елец: ЕГУ им. И.А. Бунина, 2009. - 240с.

Патенты

28. Глущенко А. Д., Сливинский Е. В. и др. Демпфирующее устройство для гашений колебаний прицепа. Авт. свид. СССР № 500086//Бюллетень изобретений, 1976. № 3.

29. Глущенко А. Д., Сливинский Е. В. и др. Устройство для гашения; колебаний прицепов. Авт. свид. № 521152//Бюллетень изобретений. 1976. № 26.

30. Сливинский Е. В., Глущенко А. Д. и др. Прибор для испытания автотракторных поездов. Авт. свид. СССР № 511529//Бюллетень изобретений. 1976. № 15.

31. Глущенко А. Д., Сливинский Е. В. и др. Прибор для испытания автотракторных поездов. Авт. свид. СССР № 653531//Бюллетень изобретений. 1979. № 11.

32. Белага Я. Б., Глущенко А. Д., Сливинский Е. В. и др. Устройство для управления запорными элементами кузова самосвального транспортного средства. Авт. свид. СССР № 715368//Бюллетень изобретений, 1980. № 6.

33.Глущенко А. Д., Сливинский Е. В. Имитатор дорожных неровностей для ресурсных испытаний колесных транспортных средств. Авт. свид. СССР № 1204988//Бюллетень изобретений. 1985. № 36.

34. Глущенко А. Д., Сливинский Е. В. и др. Гидравлический демпфер. Авт. свид. СССР № 1138568//Бюллетень изобретений. 1985. № 5.

35. Глущенко А. Д., Сливинский Е. В. и др. Гидравлический демпфер. Авт. свид. СССР № 1084508//Бюллетень изобретений. 1984. № 13.

36. Глущенко А. Д., Сливинский Е. В. и др. Рама самосвального транспортного средства. Авт. свид. СССР № 1221007//Бюллетень изобретений. 1986. № 12.

37. Глущенко А. Д., Сливинский Е. В. и др. Рама прицепа. Авт. Свид. СССР № 636124//Бюллетень изобретений. 1980. № 22.

38. Сливинский Е.В., Лукин А.А. Прицепное транспортное средство. Патент RU2338658// Бюллетень изобретений. 2008. № 32.

39. Сливинский Е.В., Тимофеев М.С., Мирохина Т.Е. Сочленённое транспортное средство. Патент RU2314959// Бюллетень изобретений. 2008. № 2.

40. Сливинский Е.В., Богатиков Д.Е. Автомобильный прицеп. Патент RU2337850// Бюллетень изобретений. 2008. № 31.

41. Сливинский Е.В., Тимофеев М.С., Мирохина Т.Е. Автопоезд. Патент RU2314960// Бюллетень изобретений. 2008. № 2.

42. Сливинский Е.В., Викарчук Д.И., Стародубцев И.В. Большегрузный автопоезд. Патент RU2371314// Бюллетень изобретений. 2009. № 30.

42. Сливинский Е.В., Савин Л.А., Радин С.Ю., Гридчина И.Н. Колесо легкового автомобиля. Патент RU2346827// Бюллетень изобретений. 2009. № 5.

43. Сливинский Е.В., Косарев К.В., Холина Т.А. Самосвальный прицеп. Патент RU2368516// Бюллетень изобретений. 2009. № 27.

Размещено на Allbest.ru