авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

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

-- [ Страница 2 ] --

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 K1, K2, K3, K1, K2, K3, 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 —

(1)

потенциальной —

(2)

и работы внешних сил на виртуальных перемещениях

(3)

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).

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

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 mт (подкатная тележка с коле­сами), mк рама прицеп 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.

  Расчётная схема кузова прицепа -6

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:

, . (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 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:

 (7), (8)  Расчётные схемы-9 (7)

, (8)  Расчётные схемы панелей-10,

(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—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)

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

  Расчётные схемы несущих-19

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 .

  Стержневая схема рамы К-42

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 148,5МПа, 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.

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 Мук, 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 М'у = 6400,0 + 3466,9 = 9866,9Н·м. Видно, что коэффициент динамики будет равен 1,55.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.