Улучшение эксплуатационных характеристик прицепных автотранспортных средств на основе эффективных научно-технических решений 05. 22. 10 Эксплуатация автомобильного транспорта

Вид материала

Автореферат

Содержание Корчагин Виктор Алексеевич Болдин Адольф Петрович Общая характеристика работы Цель и задачи работы. Цель Объект исследования Теоретико - методологическоие основы исследования Научные положения, выносимые на защиту Практическая значимость результатов работы. Реализация результатов работы. Апробация работы. Личный вклад автора Структура и объём работы. Основное содержание работы Б3, то при выполнении расчета изгибающих момен­тов М МПа, а изгибные напряжения — 143,8МПа W и, затем, диаметр прутка стопорного кольца d Большегрузный автопоезд. Патент Основные результаты и выводы Основные положения диссертации опубликованы

Подобный материал:

• 190600. 68 Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов (магистерская, 23.67kb.
• Определить сущность планирование производства автотранспортных и сервисных предприятий., 27.92kb.
• Ереподготовку (повышение квалификации) водителей автотранспортных средств для отраслей, 149.03kb.
• Программа дисциплины по кафедре «Эксплуатация автомобильного транспорта» служба безопасности, 156.68kb.
• Программа дисциплины по кафедре «Эксплуатация автомобильного транспорта» транспортное, 322.41kb.
• Программа дисциплины по кафедре «Эксплуатация автомобильного транспорта» экономика, 257.32kb.
• Об организации работ по выдаче владельцам автотранспортных средств, осуществляющих, 49.88kb.
• Руководство по организации эксплуатации газобаллонных автомобилей, работающих, 1730.06kb.
• Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Проектирование, 869.62kb.
• Улучшение эксплуатационных характеристик автотракторных двигателей применением ремонтно-восстановительных, 346.54kb.

На правах рукописи


СЛИВИНСКИЙ ЕВГЕНИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ


Улучшение эксплуатационных характеристик

прицепных автотранспортных средств на основе

эффективных научно-технических решений


05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта


Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

доктора технических наук


Орел - 2010 г

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина» и государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет»


Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Корчагин Виктор Алексеевич


Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Баженов Светослав Петрович


доктор технических наук, профессор

Болдин Адольф Петрович


доктор технических наук, профессор

Волков Владимир Сергеевич


Ведущая организация: государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный индустриальный университет».


Защита диссертации состоится 22 октября 2010г. в 10 часов 00 минут на заседании диссертационного совета ДМ.212.182.07 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Орловский государственный технический университет» по адресу: 302030, г. Орел, ул. Московская, д. 77, ауд. 426.


Отзывы на автореферат направлять в диссертационный совет по адресу: 302020, г. Орел, ул. Наугорское шоссе, д. 29.


С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Орловского государственного технического университета.


Автореферат разослан и опубликован на сайте ВАК РФ

«___» 2010г.


Ученый секретарь

диссертационного совета Севостьянов А.Л.


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Эффективным способом повышения производительности автомобильных перевозок является применение прицепных автотранспортных средств (ПАТС), состоящих из тягачей с прицепами и полуприцепами различных типов и назначения. Совершенствование автопоездов связано с необходимостью увеличения скоростей движения и объема перевозимых грузов, обеспечением эксплуатационной надёжности и повышением сохранности грузов. Уровень технико-экономических показателей транспортных средств непрерывно возрастает, что во многом определяет потребность наличия их конкурентных преимуществ. При неустановившихся режимах движения ПАТС, вследствие изменения тяговых, тормозных и возмущающих сил от неровностей дорог возникают перемещения прицепных звеньев относительно друг друга в горизонтальной и вертикальной плоскостях их движения. Такие перемещения существенно сказываются на управляемости автопоездов, а также на прочности и надёжности их узлов и деталей. Характер колебаний звеньев автотракторных поездов сходен с колебаниями рельсового подвижного состава, и поэтому подходы изучения таких процессов и методик в целом одинаковы. В то же время известно, что все динамические нагрузки в движении автотракторных поездов воспринимаются не только опорно-сцепными их устройствами, но и подвесками рессорных комплектов, а, следовательно, и их рамными конструкциями и кузовами.

В процессе многолетнего опыта проектирования и эксплуатации тягачей и прицепов их рамы приняли определённые компоновочные формы но, не- смотря на это, они не отвечают всё возрастающим требованиям надёжности и снижения их металлоёмкости. Особые требования предъявляют к конструкции рессорного подвешивания и гасителям колебаний, устанавливаемых в ней.

Учитывая вышеизложенное, видно, что существующие конструкции автотракторных поездов ещё далеки до совершенства, методы расчета их конструктивных параметров не всегда позволяют установить их сложное напряжённое состояние и дать реальную оценку при выборе соответствующих конструкционных материалов и оптимальных геометрических характеристик узлов, деталей, а также несущих конструктивных элементов. Поэтому актуальность представленной работы заключается в разработке новых, неизвестных мировой практике создания и модернизации более совершенных конструкций автотракторных поездов, обладающих повышенной производительностью, необходимой плавностью хода, повышенной надёжностью, сравнительно невысокой металлоёмкостью, с использованием более простых и эффективных опорно-сцепных устройств, несущих систем шасси и конструкций самосвальных и стационарных кузовов, модернизации рессорного подвешивания за счёт использования торсионных рессор, простых по устройству гидравлических демпферов и т.д. Актуальность темы подтверждается выполнением с участием автора проблемных НИОКР с Ташкентским тракторным заводом, результатом которых является организация серийного производства тракторных самосвальных прицепов 2ПТС-4-793А и автомобильных полуприцепов модели ТМЗ-879М. Все разработки, созданные в процессе выполнения указанных исследований, защищены 295 патентами на изобретения. Ряд разработок, созданных на уровне изобретений, таких как «Кузов самосвального транспортного средства» А.С.СССР №715368 внедрён Казахстанским грузовым управлением Каз. ССР в 1982 г. и на Ташкентском тракторном заводе в 1985 г.; «Прибор для испытания автотракторных поездов» А.С.СССР, №511529 и №245725, и «Устройство для ускоренных испытаний автотракторных прицепов» №1204988 внедрены на Ташкентском тракторном заводе в 1979 г. и в 1983 г.

Цель и задачи работы. Цель-повышение эксплуатационных характеристик прицепных автотранспортных средств на базе созданных научных основ по оценке работоспособности и эксплуатационной надёжности новых и модернизированных в эксплуатации конструкционных элементов автотракторных прицепных средств. Для достижения цели поставлены и решены следующие взаимосвязанные задачи:

• проведение сравнительного анализа существующих конструкций прицепных автотранспортных средств и обоснование необходимости использования перспективных технических решений, разработанных на уровне изобретений, обеспечивающих повышение эффективности использования автомобильного транспорта;

• проведение аналитических исследований с разработкой расчётных схем и обобщённых математических моделей, а также создание комплексов программ к ним, позволяющих с использованием ЭВМ производить численные расчёты рациональных кинематических и геометрических параметров конструкционных элементов автотракторного подвижного состава;

• выполнение комплекса теоретико-экспериментальных исследований по моделированию переходных процессов, характеризующих нестационарные режимы напряжённого состояния несущих систем и ходовых частей прицепов и полуприцепов в зависимости от характера их движения и условий эксплуатации;

• разработка практических рекомендаций по модернизации ряда узлов несущих систем и деталей кузовов, обладающих меньшей металлоёмкостью, повышенной эксплуатационной надёжностью и безопасностью движения автотранспортных средств;

• обобщение и дополнение конструкторско-технологических и эксплуатационных принципов обеспечения работоспособности и эксплуатационной надёжности деталей и узлов перспективных конструкций в условиях широкого варьирования амплитудно-частотного спектра воспринимаемых колебаний от динамического воздействия со стороны различного типа дорог и бездорожья на ходовые части звеньев автотракторных поездов.

Объект исследования – прицепные автотранспортные средства и процессы улучшения их эксплуатационных характеристик на основе новых эффективных научно-технических решений.

Теоретико - методологическоие основы исследования. Диссертационное исследование проведено путём формирования новых положений и научной аргументации предложений на основе многочисленных трудов отечественных и зарубежных учёных в области улучшения эксплуатационных характеристик автоприцепных средств. При выполнении работы использован метод системного анализа, математического моделирования и взаимного влияния кинематических и геометрических характеристик предложенных конструкций автотракторного подвижного состава, а также численные методы, в том числе, аппарат дифференциальных и алгебраических уравнений с применением традиционных способов их решения на базе разработанных алгоритмов и компьютерных программ.

Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке, теоретическом обосновании, экспериментальной апробации и практической реализации комплекса принципиально новых технических решений, обеспечивающих повышение качеств, эксплуатационной надежности и управляемости прицепных транспортных средств, включающих устройства гашения колебаний, балансировки колес, систем торможения, несущих конструкций, гидравлического оборудования и опорно-сцепных устройств, отличающихся на теоретическом уровне возможностью учета в расчетных моделях динамики движения много массовых  систем, влияния геометрических отклонений, упругости элементов и нестационарного силового нагружения, вызванного пространственными колебаниями прицепных автотранспортных средств.

Научные положения, выносимые на защиту:

1.Научно-методические и численно реализованные математические модели динамики движения ПАТС, представленные в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений многомассовых систем автомобильных прицепов и полуприцепов, отличающиеся возможностью учета наличия зазоров, микро - и макроотклонений геометрии поверхностей опорно-сцепных устройств, инерционных и упругих свойств элементов конструкции, позволяющие определить параметры колебания и условия устойчивости движения ПАТС в эксплуатационных условиях.

2. Теретико-методологические положения, на основе которых разработаны принципиально новые эффективные технические решения систем торможения, амортизаторов, опорно-сцепных устройств, а так же инструментальных средств их проектирования, позволяющие обеспечить рациональные динамические характеристики и устойчивость движения ПАТС с учетом влияния геометрических, кинематических и силовых факторов, инерционных и упругих свойств элементов конструкций в реальных условиях эксплуатации транспортных средств.

3. Теоретическое обоснование предложенной совокупности инновационных технических решений, математических моделей и методик расчета опорно-сцепных устройств ПАТС обеспечивают повышение динамических качеств, устойчивости, безопасности движения и эксплуатационной надёжности.

4. Теория и новые методы осуществления автоматической балансировки колес безрельсовых транспортных средств за счёт использования подвижных тел качения исключают дисбаланс колёс вне зависимости от его возникновения и положения в эксплуатационных условиях относительно оси вращения ступицы колеса

5. Выявленные на основании теоретических и экспериментальных исследований закономерности влияния геометрических, кинематических силовых параметров и факторов состояния дорожного покрытия на колебания, устойчивость и безопасной эксплуатации ПАТС позволяют предложить рекомендации по совершенствованию устройств по стабилизации движения транспортных средств.

Практическая значимость результатов работы.

1. Дана оценка известных мировой практике несущих систем безрельсовых транспортных средств, а также обоснование конструктивных особенностей предложенных технических решений, способных повысить эффективность исследуемого автотракторного подвижного состава в условиях эксплуатации, что позволит выполнить:

- качественное ознакомление с результатами систематизации известных технических решений в области повышения плавности хода безрельсовых транспортных средств, примерами их конструктивного исполнения и рационального выбора конструктивных схем разработанных узлов, способствующих упрощению конструкции прицепных звеньев автотракторных поездов, снижению финансовых и временных затрат на их проектирование, доводку по установлению рациональных кинематических и геометрических параметров применительно к реальным условиям эксплуатации транспортных средств;

- устранение конструкционных недостатков существующего парка автотракторных прицепов и полуприцепов и различного рода вспомогательных устройств к ним, препятствующих ограничению амплитуд основных видов вынужденных колебаний, вызывающих перемещения как их кузовов, так и прицепных звеньев в целом, и силовое нагружение несущих систем за счёт использования предложений на уровне изобретений, повышающих безопасность и плавность хода с более низким порогом динамического нагружения не только рам несущих кузова, но и других узлов и деталей составных элементов конструкций.

2. Систематизированы в единый комплекс:

- методика оценки эксплуатационной нагруженности и надёжности узлов и деталей, образующих конструкцию прицепных звеньев автомобильного подвижного состава в целом;

- аналитические соотношения для оценки динамических нагрузок воздействующих на систему «тяговое транспортное средство - прицепное звено», а также их сопоставление с ожидаемыми при варьировании конструктивными характеристиками перспективных технических решений, входящих в конструкции прицепных звеньев;

- научно обоснованные рекомендации по расширению эксплуатационных характеристик по обеспечению работоспособности и безопасности движения при режимах торможения автотракторных поездов, движущихся с более высокими скоростями, исключая резонансные явления в системе «тяговое транспортное средство - прицепное звено»;

- наборы расчётных соотношений, необходимых для оценки кинематических и геометрических параметров предложенных технических решений применительно к известным типам и моделям безрельсовых транспортных средств, входящих в состав автотракторных поездов, имеющих различные габаритные и весовые показатели.

Указанный комплекс научно-технических решений обеспечит несущую и качественную способность перспективных конструкций прицепных звеньев за счёт рационального распределения динамических нагрузок в узлах их конструкционных элементов, решит вопросы устойчивости движения в составе поезда, обеспечит безопасность движения их с высокими скоростями, повысит грузоподъёмность и эффективность грузоперевозок.

Реализация результатов работы.

1. 
   Основная часть результатов работы внедрена Ташкентским тракторным заводом (ТТЗ) в конструкцию автотракторного самосвального прицепа 2ПТС-4-793А, предназначенного для перевозки различных грузов, и в конструкцию автомобильного полуприцепа модели ТМЗ-879М, поставленных соответственно на серийное производство в 1981 и 1988 г. Экономический эффект от использования указанных машин в производстве и эксплуатации по ценам 1988 г. составил более 20,0 млн. руб. в год. (Внедрение указанных машин подтверждается материалом, представленным в изданной автором монографии, см. раздел «Публикации»).
   

2. В период 2003-2006 гг. выполнена госбюджетная тема «Динамика прочность и надёжность транспортных машин и машин агропромышленного комплекса, используемых в Чернозёмном регионе РФ», а также комплекс НИР с заводами ОАО «Елецгидроагрегат», «Гидропривод» и рядом автотранспортных предприятий г. Ельца и Липецкой области. Разработаны 75 технических решений на уровне изобретений РФ перспективных конструкций автотракторных поездов и отдельных узлов, математические и программные модели, позволившие обосновать конструктивные характеристики ПАТС с последующей оценкой их экономической эффективности в эксплуатационных условиях.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на научно-технических и научно-практических конференциях различного уровня: Всесоюзный съезд по теории машин и механизмов, 1977 г., г. Алма-Ата; Всесоюзная научно-техническая конференция «Повышение агротехнических показателей, технического уровня и качества сельскохозяйственных машин для зоны орошаемого земледелия» 1984 г.,

г. Ташкент; Всесоюзный съезд по теоретической и прикладной механике. Ташкент. 1986 г.; 1-ая Международная научно-практическая конференция. «Формирование и реализация стратегии технического и социально-экономического развития предприятий», Пенза 2003 г.; 2-я Всероссийская научно техническая конференция. «Состояние и перспективы развития сервиса», г. Самара. 2006 г.; 3-й международный симпозиум «Ударно-вибрационные системы, машины и технологии», г. Орёл 2006 г.; международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы динамики и прочности материалов и конструкций: модели, методы, решения». Основы проектирования и детали машин – 21 век, Орёл 2007 г.

Достоверность полученных научных результатов обеспечена корректностью постановки задач исследования, обоснованностью используемых теоретических построений, принятых допущений, применением апробированных аналитических и численных методов анализа, а также подтверждена качественным и количественным согласованием полученных результатов с собственными аналитическими и экспериментальными данными, в том числе полученными другими исследователями, и возможным внедрением в практику производственными структурами, занимающимися проектированием, конструированием, эксплуатацией, ремонтом и изготовлением автотракторных тягачей, прицепов и полуприцепов к ним.

Личный вклад автора заключается в разработке концепции и формировании идеи и цели работы, в постановке задач и их решении, в разработке теоретико-методологических и методических положений для элементов научной новизны исследования, новых методик, научно-технических решений, математических моделей и подходов на всех этапах выполнения диссертации. Вкладом автора в развитие науки является разработка на теоретическом уровне с учетом в исследуемых расчетных схемах и математических моделях по изучению колебаний и силового нагружения конструкционных элементов прицепных транспортных средств влияния геометрических отклонений масс, имеющих упругие связи между собой, изучение нестационарного силового нагружения и их колебаний, вызванных пространственными перемещениями прицепных звеньев автотракторных поездов.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 монографии; 23 статьи в центральных научных рецензируемых изданиях, входящих в «Перечень ВАК»; 245 - в материалах докладов на международных, всероссийских и региональных научно-технических конференциях и опубликованных в сборниках статей; получено 249 авторских свидетельств СССР и патентов РФ на изобретения.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 340 наименований и приложения, содержит 334 страницы машинописного текста, 60 рисунков, таблиц 11.


ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении работы дана общая характеристика работы, обоснована её актуальность, научная новизна, практическая ценность, определены основные направления разработок.

В первой главе проанализированы современные методы и средства совершенствования транспортной инфраструктуры, позволяющие сформулировать целый комплекс требований к современным прицепным транспортным средствам, таких как высокая надёжность названных машин, их экономическая эффективность, использование современных конструкционных материалов, современный дизайн и хорошие экологические показатели и т.д. Приведены общие сведения по оценке устойчивости движения автотракторных поездов, основанные на анализе работ по изучению взаимодействия звеньев автотракторных поездов в месте их сцепа. В результате проведённого анализа установлено, что как существующие конструкции указанных машин, так и методы их проектирования не всегда отвечают современным требованиям, а это позволило сформулировать основные направления и задачи исследования.

Во второй главе представлены материалы, связанные с аналитическими и экспериментальными исследованиями колебаний и силового нагружения несущих конструкций двухосного самосвального автотракторного прицепа, предназначенного для перевозки легковесных грузов, а также перспективные технические решения по модернизации его конструкции, повышающие эффективность его в эксплуатационных условиях. Для проведения аналитических исследований колебаний и силового нагружения несущих конструкций автотракторного самосвального прицепа модели 2ПТС-4-793А разработана расчётная схема (рис.1), эквивалентная натурному поезду, состоящему




Рис.1 – Расчётная схема тракторного поезда

из трактора Т-28Х4М и прицепа 2ПТС-4-793А. На модели поезд представлен в виде четырехмассовой системы с приведенными массами m_т, m_д, m_к и m_п (моментами инерции I _Tφ, I_1φ, I_2φ, I_3φ, I_Tβ, I_1β, I_2β, I_Tγ, I_1γ, I_2γ, I_3γ,) соединенными между собой упругими связями с постоянными коэффициентами линейной C_x1, C_x2, C_x3, C_y1, C_y2, C_y3, C_z1, C_z2, и C_z3 крутильной K_φ1, K_φ2, K_φ3, K_β1, K_β2, K_β3, K_1, K_2, и K₃ жесткостью, характеризующими место сцепа трактора с дышлом прицепа, дышла с подкатной тележкой и подкатной тележки с его рамой.

П
Рис.1
од действием продольных P_T, P_pп, P_рл, P_2п, P_2л, P_3п, P_3л и поперечных Г_рп, Г_рл, Г_п, Г_2п, Г_2л, Г_3п, Г_3л сил, а также моментов М_т, М₁, М₂ и М₃ массы физической модели совершают пространственные колебания. Относительные деформации масс характеризуются обобщенными координатами φ_1, φ_2, φ_3, Х₁, Х₂, Х₃, Y₁, Y₂, Y₃, Z₁, Z₂, Z₃, β₁, β₂, β₃, γ₁, γ₂, γ_3. Возбуждение колебании осуществля­ют кинематические координаты φ_т, Х_0, β_т, γ_т, Z₀—движения массы трактора и Z_кн, Z_пн от неровностей микропрофиля дороги под колесами агрегата. Записав абсолютные перемещения расчетной массы подкатной тележки m_к и прицепа m_п и использовав уравнение Лагранжа второго рода, с учетом сил сопротивления в кинематических парах выведены уравнения энергий



кинетической —

(1)


потенциальной —

(2)


и работы внешних сил на виртуальных перемещениях




(3)






(5)


(4)

где, ||А_ij||и ||В_ij|| — матрицы постоянных коэффициентов.

Решение системы дифференциальных уравнений (4), описывающих про­дольные, продольно-угловые и поперечно-угловые колебания масс тракторного поезда, ищем в форме:

φ_i (t) = φ_ai cos ωt , β_i(t)=β_ai cos ωt

X_i (t) = X_ai cos ωt , Z_i(t)=Z_ai cos ωt

Y_i (t) = Y_ai cos ωt , γ_i(t)=γ_ai cos ωt

После подстановки решений в систему дифференциальных уравнений (4) получена система линейных алгебраических уравнений (5).

Зная геометрические и жесткостные параметры расчётной схемы (рис.1) и задаваясь частотой вынужденных колебаний системы в пределах от 0 до 50 рад/с, а также амплитудами кинематических координат, на ЭВМ с использованием прикладных программ, вычислены значения динамических составляющих усилий и моментов, действующих на приведенные массы расчётной схемы.

В результате построены амплитудные частотные графики, иллюстри­рующие вынужденные колебания расчетных масс и резонансные области исследуемой математической модели. На рис.2 и рис.3 показаны наиболее характерные перемещения масс тракторного поезда в месте его сцепа соответственно без демпфера и с демп­фером, характеризующие поперечно-угловые колебания в гори­зонтальной плоскости (φ₁), поперечные колебания в горизонталь­ной плоскости (Х₁), продольные колебания (Y₁), продольно-угло­вые колебания в вертикальной плоскости (β₁), колебания в вертикальной плоскости (Z₁) и поперечно-угловые в вертикальной плоскости. Результаты проведенных расчетов пока­зали, что, например, амплитуда колебаний виляния прицепа снабжённого серийным дышлом составляет порядка 300мм, тогда как при использовании демпфера в нём выполненного по SU500086 и SU521152 составила 95мм, что соответствует требованиям ГОСТ. Одновременно проведены исследования, связанные с влиянием массы легковесного груза, находящегося в кузове прицепа, на прочность его элементной базы в статике и динамике.




Рис.2 – Серийный сцеп




Рис.3 – Экспериментальный сцеп

Для проведения аналитических исследований силового нагружения кузова такого прицепа разработана расчётная схема (рис.4), эквивалентная автотракторному прицепу 2ПТС-4-793А. На расчётной схеме прицеп представлен в виде четырехмассовой сис­темы с приведенными массами m_т (подкатная тележка с коле­сами), m_к рама прицеп
Рис. 4
и его кузов), m_п (собственная масса груза в кузове) и соответственно моментами инерции J_т, J_k и J_п, соединенными между собой упругими связями с постоянными значениями коэффициентов линейной С_т, С₃ и крутильной K_к и К_п жесткостей от соединений массы прицепа с его платформой, платформы с надставными бортами и надставных бортов с мас­сой легковесного груза, расположенного в кузове. Относительные пе­ремещения масс характеризуются обобщенными координатами φ_к и φ_п. Возбуждение колебаний расчётной схемы осуще­ствляют кинематическая координата φ_т, учитывающая колебания прицепа относительно оси ОZ,, и функции неровностей микропро­филя Z_Л(t) и Z_п(t), вызывающие смещение его относительно оси ОХ.





Рис.4 – Расчётная схема кузова прицепа

Надставные боковые борта с откидны­ми панелями и надставные торцевые борта представляют собой сварные конструкции, выполненные в виде каркаса, обшитого металли­ческой сеткой. В качестве расчетной схемы для откидной панели выбрана плоская стержневая система (рис.5), нагруженная распределенной нагрузкой с удельным давлением q_в и q_н., причем считаем, что изменение удельного давления по высоте панели подчинено линейной зависимости.

Каждая вертикальная связь откидной панели представлена в виде балки,


нагруженной распределенной нагрузкой L_iq_B до L_iq^н , имеющей упругие опоры с коэффициентами линейной С_вi и С_нi , крутильной К_вi и К_нi жесткостями. Такая балка воспринимает момент сил трения груза о сетку, представляемый в виде двух сосредоточенных моментов:

, . (6)

При выполнении расчетов напряженного состояния верхнего и нижнего брусьев откидной панели (рис.5) считалось, что по­следние одновременно воспринимают группу сосредоточенных крутящих моментов М₁₂, ..., М₅₆ и группу сосредоточенных гори­зонтальных нагрузок Р_в(н)1.....Р_в(H)5, расположенных в сечениях примыкания промежуточных вертикальных связей. При определении параметров силового нагружения вертикальной связи (рис.5) неизвестными являются опорные реакции R_вi, R_Hi, и из­гибающие моменты M_Bi и M_иi. Для такой схемы со­ставлены три уравнения равновесия и одно дополнительное , которое может быть получено после решения диф­ференциального уравнения изгиба сечения связи, нагруженной моментами и внешними усилиями:

(7)

,

(8)








Рис.5 – Расчётные схемы панелей кузова

Так как на расчётной схеме (рис.4) в средней части нижнего бруса введена дополни­тельная опора Б₃, то при выполнении расчета изгибающих момен­тов М₁₂ ÷М₅₆ рассмотрим его как балку, лежащую на трех опорах Б₂—Б_З—Б₂. Тогда в опорных точках от действия сил Р₆₂ и Р₆₃ возникнут соответственно реакции R_а, R_б и R_в. В этом случае можно записать:

R_а + R_б + R_в = R_H1 + R_H2 + RH₃ +RH₄ + RH_5,

R_a (L₁ + L₂ + L₃) - R_б (L₄ + L₅ + L₆) - R_H1 ( L₂ + L₃) -

- R_H2L₃ + RH₄L₄ + RH₅ (L₄ + L₅ ) = 0, (9)

Y₁ (L₁ + L₂ + L₃) = ,

где, Y₁(X) —функция прогиба сечений бруса на рассматриваемых участках.

Для решения системы уравнений (9) предварительно составлено уравнение изгибающих моментов для участка Б₂—Б₃:

(10)

Полученные из этих уравнений значения нагрузок позволяют вычислить крутящие моменты М₁₂-=-М₅₆,, а следовательно, и напряжения в нижнем брусе. Расчет моментов М₁₂ ÷М₅₆ для верх­него бруса аналогичен описанному ранее с той разницей, что у послед­него отсутствует третья опора Б₃ (SU 956328).

Для расчета на прочность торцевых бортов кузова, которые конструктивно выполнены так же, как и откидные панели, использована расчетная схема (рис.6). Борт нагружен через связывающую каркас сетку распределенной нагрузкой с удельными давлениями q_ув и q_ун. На средние стойки С₂ дополнительно передаются усилия 0,5Р_г, вызванные работой механизма управ­ления откидными боковыми панелями.





Рис.6 – Расчётные схемы несущих элементов кузова


Для определения неизвестных реакций и моментов получены уравнения вида:

,

, (11)





Выведенные формулы позволяют вычислить нагрузки, прило­женные к несущим элементам надставных бортов кузова, и определять численные значения напряжений, возникаю­щих в них. Расчёты показали, что напряжения, возникающие в несущих элементах кузова, не превышают допускаемых значений.

Рассмотрим теперь случай, когда борта кузова нагружены дина­мическими силами, возникающими при движении прицепа с уже уплотнен­ным в его кузове грузом. В этом случае, используя расчётную схему (рис.4), уравнения кинетической и потенциальной энергии при­мут вид:



(12)

Используя уравнения Лагранжа и формулы (12), получена сис­тема дифференциальных уравнений в виде:

(13)

Решая систему уравнений (13) широко известным способом, выведена зависимость, позволяющая вычислить максимальные значения упругих угловых деформаций , возникающих в несущих элементах кузова:

(14)

Тогда, упругий момент, приложенный к несущим элементам откидной панели кузова прицепа, от действия на неё груза, будет равен:

(15)

Таким образом, суммарный момент на панели от периодически повторяющейся импульсивной нагрузки, можно представить формулой:

. (16)

Выведенные формулы позволили вычислить динамические составляющие напряжений возникающих в несущих элементах надставных бортов кузова.

Рассмотрим теперь силовое нагружение рамы прицепа.

Известно, что рамы безрельсовых транспортных средств ра­ботают в сложном напряженном состоянии аппроксимируемой формулой В.3. Власова

.

Воспользуемся основным положением известной методики расчета рам на изгиб и кручение, и вычислим напряжения, возникающие в несущей конструкции прицепа 2ПТС-4-793А. Для расчета рамы прицепа на изгиб воспользуемся расчетной схемой (рис.7). В нашем случае изгиб рамы осуществляется внешней динамической (весовой) нагрузкой, которая уравновешивается соответствующими реакциями колес, и рама представлена в виде упругой балки, разме­щенной на пяти опорах.





Рис.7 – Расчётная схема рамы прицепа


Расчетная схема рамы состоит из XI зон, характеризующих кон­структивное исполнение сварных узлов и элементов рамы при­цепа, и приложенных к последним следующих нагрузок: - вертикальных составляющих динамических уси­лий, передающихся на раму от груженного хлопком-сырцом кузо­ва прицепа; - горизонтальных составляющих ди­намических нагрузок, передающихся на раму прицепа при движе­нии прицепа в составе тракторного поезда; — верти­кально составляющих динамических усилий, передающихся на раму при самосвальной выгрузке кузова; — реак­ций вертикально составляющих динамических усилий, передающихся на поворотный круг и опорные кронштейны рессор от подкатной тележки и задних колес прицепа. Известно, что изгиб такой рамы описывается обыкновенным диффе­ренциальным уравнением четвертого порядка:

(17)

В расчетной схеме, где имеются сосредо­точенные силовые факторы, для решения уравнения (17) ис­пользован известный метод наложения, представляющий раму как комби­нацию нескольких простейших балок, имеющих нагрузку только в начальном и концевом сечениях.

После нахождения изгибающих моментов и перерезывающих сил нор­мальные напряжения находились по известной зависимости:

(18)

Для расчета напряжений стесненного кручения , возникающих в элементах рамы при ее закручивании, воспользуемся расчетной схемой (рис.8) где рама представлена в виде упругого стержня с секторальным моментом инерции .




Рис.8 – Стержневая схема рамы

К упругому стрежню, в сечениях установки поперечин рамы приложены бимоменты , а в сечениях установки передних и задних осей колес прицепа внешние крутящие моменты . Уравнение, описывающее закручивание упругого стержня (рамы прицепа), имеет вид:

(19)

Решение уравнения (19) произведено с использованием известного метода начальных параметров.

Задаваясь геометрическими параметрами элементов рамы, можно вычислить численные значения бимоментов, и рассчитать нор­мальные напряжения стесненного кручения по зависимости:

(20)

Суммарные напряжения в исследуемых сечениях рамы в этом случае будут равны: . Для выполнения расчетов с использованием прикладных программ на ЭВМ была составлена программа, включаю­щая следующие случаи нагружения рамы прицепа: движение при­цепа с максимальным грузом в его кузове массой 4,0т; выгрузка груза массой 4,0т набок; выгрузка груза массой 4,0т назад. Результаты расчётов показали, что наибольшие значения напряжений воз­никают в районе пятой поперечины, установленной в месте пер­вого рессорного узла рамы прицепа, и составляют 292,3МПа, при­чем в этой зоне напряжения кручения достигают 148,5 МПа, а изгибные напряжения — 143,8МПа. Такие значения напряжений значительно превышают предел усталости сварных узлов рамы, ко­торые, как известно, для подобного рода конструкций не превышают 50МПа, поэтому в прак­тике долговечность рамы прицепа 2ПТС-4-793А будет сравнительно низкой. Для вычисления напряжений, возникающих в несущих эле­ментах кузова использованы их геометрические характеристики, в результате чего оказалось, что с вве­дением дополнительной опоры нижнего бруса усилия на его концах снижаются в 1,14 раза по сравнению с брусом без опоры. Однако дополнительная опора воспринимает значительные уси­лия. При этом изгибающий момент в ее сечении по сравнению с изгибающим моментом бруса в том же сечении, не имеющего опоры, снижается в 1,52 раза. По численным значениям момен­тов, приложенных к брусьям, и их геометрическим характерис­тикам вычислены вероятностные значения изгибных напряжений.

Результаты расчётов также показали, что напряжения в верхнем брусе не только не превыша­ют предела текучести материала, из которого выполнен послед­ний на натурном кузове прицепа (сталь 25ПС, ), но и в 3,24 раза ниже его. Поэтому для снижения металлоемкости верх­него бруса с сохранением его несущей способности рекомендовано снизить момент его инерции в среднем на 36%, что позволит сэко­номить 2,5кг металла на одном кузове. Значительные напряжения возникают в нижнем брусе откидной панели (180,86МПа), поэто­му рекомендовано установить в его средней части дополнительную опору, снижающую такие напряжения в среднем на 34%. Расчёт торцевых бортов на прочность показал, что напряжения, возникающие на участках В₁ и В₂, верхнего бруса, не превышают значений 39,9 и 120,0МПа. Напряжения в верхнем брусе наиболее высоки на участке В₂ в зоне расположе­ния механизма управления боковыми откидными панелями, однако они ниже допускаемых (Сталь 25ПС ) в 2,1 раза. Поэтому можно считать, что сечение верхнего бруса является номинальным.

При выборе оптимальных силовых характеристик механизма управления откидными боко­выми панелями кузова прицепа 2ПТС-4-793А установлено, что момент Mук, приложенный к откидной боковой панели от дей­ствия уплотняемого хлопка-сырца, достигает 6240,0Н·м. Следовательно, суммарный момент ΣМук, действующий на панель при преодолении периодически повторяющихся неровностей, соста­вит 2351,0 + 6240,0 = 8,75 • 10³Н·м, а коэффициент динамики — 1,36. Зная геометрические характеристики сечений нижнего и верх­него брусьев, принимая во внимание, что нижний брус восприни­мает изгибающий момент в 2,59 раза больше, чем верхний, определены численные значения динамических напряжений в брусь­ях при воздействии на панель момента Мук=2351,0Н·м .

В случае преодоления прицепом импульсивной неровности, среднестатистическое значение момента составит М'у = 3466,9Н·м, а сум­марный момент в этом случае определится ΣМ'у = 6400,0 + 3466,9 = 9866,9Н·м. Видно, что коэффициент динамики будет равен 1,55.