Улучшение эксплуатационных характеристик прицепных автотранспортных средств на основе эффективных научно-технических решений (19.07.2010)

Автор: Сливинский Евгений Васильевич

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.

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

из трактора Т-28Х4М и прицепа 2ПТС-4-793А. На модели поезд представлен в виде четырехмассовой системы с приведенными массами mт, mд, mк и mп (моментами инерции I T?, I1?, I2?, I3?, IT?, I1?, I2?, IT?, I1?, I2?, I3?,) соединенными между собой упругими связями с постоянными коэффициентами линейной Cx1, Cx2, Cx3, Cy1, Cy2, Cy3, Cz1, Cz2, и Cz3 крутильной K?1, K?2, K?3, K?1, K?2, K?3, K1, K2, и K3 жесткостью, характеризующими место сцепа трактора с дышлом прицепа, дышла с подкатной тележкой и подкатной тележки с его рамой.

Под действием продольных PT, Ppп, Pрл, P2п, P2л, P3п, P3л и поперечных Грп, Грл, Гп, Г2п, Г2л, Г3п, Г3л сил, а также моментов Мт, М1, М2 и М3 массы физической модели совершают пространственные колебания. Относительные деформации масс характеризуются обобщенными координатами ?1, ?2, ?3, Х1, Х2, Х3, Y1, Y2, Y3, Z1, Z2, Z3, ?1, ?2, ?3, ?1, ?2, ?3. Возбуждение колебании осуществляют кинематические координаты ?т, Х0, ?т, ?т, Z0—движения массы трактора и Zкн, Zпн от неровностей микропрофиля дороги под колесами агрегата. Записав абсолютные перемещения расчетной массы подкатной тележки mк и прицепа mп и использовав уравнение Лагранжа второго рода, с учетом сил сопротивления в кинематических парах выведены уравнения энергий

кинетической —

потенциальной —

и работы внешних сил на виртуальных перемещениях

где, ||Аij||и ||Вij|| — матрицы постоянных коэффициентов.

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

?i (t) = ?ai cos ?t , ?i(t)=?ai cos ?t

Xi (t) = Xai cos ?t , Zi(t)=Zai cos ?t

Yi (t) = Yai cos ?t , ?i(t)=?ai cos ?t

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


загрузка...