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

Автор: Сливинский Евгений Васильевич

Анализ табл.2 показывает, что с увеличением массы оставшегося хлопка-сырца в бункере для его полной очистки необходимо обеспечить рост ускорения ?. При этом видно, что размер паза ? = 0,05м является оптимальным, так как дальнейшее увеличение ? не способствует значительному росту ?. В то же время известно, что на движение различных грузов, размещенных в самосвальных кузовах, существенное влияние оказывают колебания выгружаемого транспортного средства, что обычно связано с высокой податливостью шин (рессорных комплектов) и способствует лучшей их выгрузке. Учитывая такую особенность, установим значение ускорения ?1, которое возникает при выгрузке хлопка-сырца из бункера хлопкоуборочной машины при поперечных её колебаниях. Уравнение упругих колебаний хлопкоуборочной машины на ее шинах с использованием физической модели (рис.12) можно записать в виде

Решая это уравнение методом операционного исчисления, полагая начальные условия нулевыми, выведена зависимость для определения углового ускорения бункера в последней фазе его опрокидывания

Анализ численных значений угловых ускорений при наличии паза и колебании машины показывает, что их сумма в завершающей фазе поворота бункера в среднем составляет 0,99g, что достаточно для высыпания груза из последнего.

Известно, что существующие конструкции машин не имеют механических уплотнителей, на практике хлопок в кузовах прицепов уплотняется вручную. Для исключения такого недостатка предложено техническое решение на уровне изобретения (SU656890, SU906742), обеспечивающего доуплотнение хлопка-сырца в кузове прицепа или полуприцепа. На расчётной схеме (рис.12) масса хлопка, размещенного в кузове, нагружается вертикально движущейся лопастью усилием Рл, тогда на боковые стенки кузова в сечении, отстоящем на высоте Z от дна последнего, будут передаваться удельные давления, определяемые по зависимости:

Осуществив преобразования уравнения (25), выведена зависимость для определения площади уплотнительной лопасти:

В результате проведённые расчеты по обоснованию параметров безостаточной выгрузки хлопка-сырца из бункера хлопкоуборочной машины в кузова транспортных средств и доуплотнения его механическим уплотнителем позволили разработать на уровне изобретений ряд технических решений, испытать их в условиях эксплуатации и рекомендовать к практическому применению.

Для подтверждения правильности проведённых аналитических исследований разработана методика проведения экспериментальных исследований по изучению процесса перегрузки и доуплотнения легковесного груза в кузовах транспортных средств и предложены перспективные технические решения на уровне изобретений направленные на дальнейшее совершенствование транспортной системы, предназначенной для уборки и транспортировке легковесных сельскохозяйственных культур. В 1977—1980 гг. в ТашИИТ совместно с ГСКБ по машинам для хлопководства, ПО Ташкентский тракторный завод и заводом «Ташсельмаш» были выполнены научно-исследовательские и опытные конструкторские разработки по созданию и апробации в полевых условиях технических решений перегрузочных систем. В качестве объекта исследования выбрана серийная; хлопкоуборочная машина ХН-3,6 и тракторный самосвальный прицеп 2ПТС-4-793А. На бункере хлопкоуборочной машины смонтированы устройства для уплотнения хлопка-сырца SU656890 и SU906742, обеспечивающие очистку бункера от зависшего хлопка-сырца в последней фазе его опрокидывания, а также ряд узлов и деталей, повышающих эффективность этих устройств, защищённых 14-тю патентами на изобретения.

В качестве критериев, определяющих эффективность таких устройств, послужили: масса m1 хлопка-сырца, выгружаемая из бункера в кузов прицепа; время tВ, в течение которого производится выгрузка бункера; усилия Рв1 и Рв2„ возникающие на пальцах штоков гидроцилиндров опрокидывания бункера; угловое ускорение ? бункера в различных фазах его поворота; угол поворота ? рычагов уплотнителя; рабочий ход па гидроцилиндров опрокидывания бункера; плотность хлопка-сырца ?, размещенного в бункере и кузове прицепа. Для проведения полевых опытов на хлопкоуборочной машине установлены и использованы соответствующие тензометрические конструкции и приборы. Экспериментальные исследования проводили с помощью известных методик и рекомендаций, посвященных испытаниям сельскохозяйственных и транспортных машин.

Результаты испытаний показали, что использование предложенных конструкций способствует снижению простоя машины под выгрузкой в среднем на 4,7мин при этом плотность хлопка-сырца в кузове прицепа увеличивается на 41%. В тоже время предложенная транспортная система позволяет полностью исключить ручной труд и сократить обслуживающий персонал до двух человек в расчете на один уборочно-транспортный комплекс, состоящий из трех хлопкоуборочных машин и 12 тракторных самосвальных прицепов.

В четвёртой главе представлены материалы, связанные с аналитическими и экспериментальными исследованиями колебаний и силового нагружения перспективного автомобильного полуприцепа-хлопковоза моделиТМЗ-879М.

Для проведения аналитических исследований разработана расчётная схема автопоезда (рис.13), эквивалентная натурному поезду, состоящему из автомобиля-тягача седельного типа ЗИЛ-130В1 и полуприцепа модели ТМЗ-879М. На модели поезд представлен в виде четырех массовой системы с приведенными массами тТ тР, тК1, тК2 и тП (моментами инерции JТ, JР, JК1, JК2, JП, JК1У, JРУ, JК2У и JПУ), соединенными между собой упругими связями с постоянными значениями коэффициентов линейной СХР, СУП, СZP, СX1, СY1, СZ1, СX2, СY2, СZ2, СX3, СY3, СZ3, СХ4, СY4, СZ4, СХП, СУП, СZП крутильной К?Р, К?Р, К?1, К?1, К?2, К?2, К?3, К?3, КТ, КР, К1, К2, и КП жесткостей, характеризующих места сцепа рамы полуприцепа с седельным устройством тягача, рамы полуприцепа с первым и вторым кузовами и рамы с задней подвеской колес полуприцепа.

Рис. 13 – Расчётная схема автопоезда

Необходимость представления автопоезда в виде пяти массовой системы обусловлена изучением закономерностей колебаний и силового нагружения мест соединения рамы полуприцепа с седельным устройством тягача, его кузовов с рамой и рамы с задней подвеской колес полуприцепа, вызванных действием на них динамических нагрузок, возникающих при продольных, продольно угловых и поперечно угловых колебаниях полуприцепа при движении его с грузом по различным дорогам с характерным микро- и макропрофилем. Под действием продольных РТ, РПП, РПЛ, Р3п, Р3л, РРП, РРЛ и поперечных ГПП, ГПЛ, Г3п, Г3л, ГРП, ГРЛ сил, а также моментов МТ, М1, МР, М2 и МП массы динамической модели совершают пространственные колебания. Относительные деформации масс характеризуются обобщенными координатами ?Р, ?1, ?2, ХР, YP, X1, Y1, X2,Y2, X3, Y3, X4, Y4, XП1, ?Р, ?1, ?2, ?П, ZР, Z1, Z2, Z3, Z4, ZП3, ?1, ?Р, ?2 и ?П. Возбуждение колебаний осуществляют кинематические координаты ?Т, ?Т, ?Т, X0, Z0, Y0 движения массы автомобиля –тягача и ZТИП, ZТИЗ и ZПН и воздействия неровностей микро и макро профиля дороги под колесами автопоезда. Составив уравнения кинетической и потенциальной энергий, а также уравнение работы внешних сил на виртуальных перемещениях, с использованием методики разработанной для автотракторного прицепа, была получена система 28 дифференциальных уравнений второго порядка, которые в общем виде имеют изображение в матричной форме:

— матрицы постоянных коэффициентов;

qi, — обобщенные координаты.

незначительны и не превышают в среднем 0,1 — 0,56мм, хотя в резонансных зонах на частотах порядка 27,0—30,0 и 58,0—60,0рад/с поперечные смещения кузовов достигают значений 9,0—10,2 мм. Продольные перемещения кузовов относительно рамы значительно ниже, чем поперечные, и не превышают в среднем 0,05—0,15мм, причем в резонансной зоне на частоте 27,0— 29,0рад/с их амплитуды достигают 5,4—13,0мм. Если линейные перемещения кузовов полуприцепа относительно его рамы невелики, то угловые колебания их по обобщенной координате ?1 и ?2 более значительны и составляют в среднем 0,02— 0,06рад, при этом резонансная зона их лежит сразу же за рубежом 12 рад/с.

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, ?Р, ?Р, ?Р, ?П, ?П, ?П.

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), ?(x) и f(x)) и три неизвестных реакций опор (H1, H2 и H3). В результате решения уравнений вычислены значения напряжений изгиба ?X в каждом рассматриваемом участке рамы полуприцепа. Одновременно также произведен расчет напряжений стесненного кручения ?? 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 ?? = ?X + ??. Анализ проведённых расчётов показал, что наибольших значений напряжения изгиба ?х= 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

Параметры колебаний и силового нагружения элементов полуприцепа Опытный образец ТМЗ-879М Модернизированный опытный образец ТМЗ-879М

расчет эксперимент расчет эксперимент

Частота колебаний при подергивании, рад/с 20,15 24,0 20,15 24,0

Виляние, мм 52 64 53 72

Боковая качка, рад 0,3 0,25 0,15 0,18

Тяговое усилие, Н 85?103 1,36?104 85?103 1,34?104

Суммарные напряжения в раме полуприцепа при его движении по участкам, МПа

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

на поршне, что позволят установить геометрические размеры пневмоцилиндра и возвратной пружины.

Автопоезд. Патент RU2255019


загрузка...