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

Автор: Сливинский Евгений Васильевич

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 (?1), поперечные колебания в горизонтальной плоскости (Х1), продольные колебания (Y1), продольно-угловые колебания в вертикальной плоскости (?1), 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

и его кузов), mп (собственная масса груза в кузове) и соответственно моментами инерции Jт, Jk и Jп, соединенными между собой упругими связями с постоянными значениями коэффициентов линейной Ст, С3 и крутильной Kк и Кп 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 ?к и ?п. Возбуждение колебаний расчётной схемы осуществляют кинематическая координата ?т, учитывающая колебания прицепа относительно оси ОZ,, и функции неровностей микропрофиля ZЛ(t) и Zп(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 qв и qн., причем считаем, что изменение удельного давления по высоте панели подчинено линейной зависимости.

Каждая вертикальная связь откидной панели представлена в виде балки,

нагруженной распределенной нагрузкой LiqB до Liqн , имеющей упругие опоры с коэффициентами линейной Свi и Снi , крутильной Квi и Кнi жесткостями. Такая балка воспринимает момент сил трения груза о сетку, представляемый в виде двух сосредоточенных моментов:

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 Рв(н)1.....Рв(H)5, расположенных в сечениях примыкания промежуточных вертикальных связей. При определении параметров силового нагружения вертикальной связи (рис.5) неизвестными являются опорные реакции Rвi, RHi, и изгибающие моменты MBi и Mиi. 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:

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—БЗ—Б2. Тогда в опорных точках от действия сил Р62 и Р63 возникнут соответственно реакции Rа, Rб и Rв. В этом случае можно записать:

Rа + Rб + Rв = RH1 + RH2 + RH3 +RH4 + RH5,

Ra (L1 + L2 + L3) - Rб (L4 + L5 + L6) - RH1 ( L2 + L3) -

- RH2L3 + RH4L4 + RH5 (L4 + L5 ) = 0, (9)

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

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

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 qув и qун. На средние стойки С2 дополнительно передаются усилия 0,5Рг, вызванные работой механизма управления откидными боковыми панелями.

Рис.6 – Расчётные схемы несущих элементов кузова

Для определения неизвестных реакций и моментов получены уравнения вида:

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:

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

, возникающих в несущих элементах кузова:

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

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

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

— 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:

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:

Рис.8 – Стержневая схема рамы

. Уравнение, описывающее закручивание упругого стержня (рамы прицепа), имеет вид:

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

, и рассчитать нормальные напряжения стесненного кручения по зависимости:

достигают 148,5МПа, 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.


загрузка...