VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Повышение надежности сельскохозяйственных машин является одной из важнейших задач по повышению эффективности сельскохозяйственного производства в нашей стране. Успешное решение проблем повышения безопасной эксплуатации и надежности машин в работе, экономии металла и легковесность конструкций возможно только на основе теории и применения в практике проектирования современных методов и средств расчета на прочность, износостойкость и жесткость. Одним из важнейших технологических процессов в агрономическом комплексе являются транспортные операции по перевозке различных грузов, для чего широко применяются различные грузовые автомобили и автотракторные поезда, состоящие из тягачей агрегатируемых с прицепами и полуприцепами. Наиболее широкое применение находит тракторный транспорт. В качестве тягачей для транспортировки прицепов и полуприцепов применяют колесные тракторы класса 0,9т, такие как трактор четырехколесный Т-28Х4М-С1 и Т-40АМ. Колесные тракторы класса 1,4т это тракторы МТЗ-52, МТЗ-80, ЮМЗ-6М и др. Конструкции тракторных самосвальных прицепов также многообразны и в основном это тракторные двуосные самосвальные прицепы моделей 2ПТС-4-793-01, 2ПТС-4-887, 2-ПТС-4М, а также большегрузные тракторные полуприцепы модели 3-ПТС-12 грузоподъемностью 12,0 т, агрегатируемые с колесными тракторами К-700 и др.[1]

Основой конструкции всех тракторных прицепов является шасси, которое служит для установки на нем платформы и приспособлений. Обычно в комплект шасси входят: рама, ходовая часть, тягово-сцепное устройство, тормозная система, опрокидывающий механизм и электрооборудование. Рама прицепа представляет собой сварную конструкцию и состоит из двух штампованных лонжеронов связанных между собой поперечинами. В средней части рамы с помощью опорного кронштейна приварена нижняя опора гидроподъемника. Обычно у всех моделей тракторных самосвальных прицепов типа 2ПТС-4 гидроподъёмники выполнены телескопического типа из стальных труб входящих друг в друга. С целью повышения безопасности обслуживания и ремонта узлов и деталей прицепов, находящихся в труднодоступных местах, они снабжаются предохранительными стойками платформ. Существенным недостатком таких предохранительных устройств является то, что установка платформ на опорные стойки производится вручную и только тогда, когда они имеют максимальный угол наклона. В промежуточных же положениях их наклона использовать опорные стойки невозможно. Однако в практике довольно часто по той или иной причине необходимо приподнять порожнюю или гружённую платформу на небольшой угол и произвести под ней необходимые работы, а так как опорную стойку установить невозможно, то обслуживающий персонал несмотря ни на какие запреты зачастую производит работы подвергая себя риску травматизма в том числе сопровождаемым летальным исходом [1]. Поэтому в практике изыскиваются пути по созданию различных по конструкции фиксирующих устройств платформ при их приподнятом состоянии на любые углы опрокидывания действующих как в ручном, так и автоматическом режимах.

Учитывая это в ЕГУ им. И.А. Бунина на кафедре прикладной механики и инженерной графики на протяжении ряда лет проводится бюджетная НИР на тему «Динамика, прочность и надежность транспортных и сельскохозяйственных машин агропромышленного комплекса применительно к Черноземному региону РФ» и одному из её разделов по линии НИРС посвящены исследования направленные на повышение надёжности несущих систем тракторных самосвальных прицепов.

Анализ многочисленного числа библиографических источников, а также отечественных и зарубежных патентов, позволил разработать на уровне изобретения (RU2481971) техническое решение, направленное на повышение безопасного проведения работ при эксплуатации тракторного самосвального прицепа в условиях его самосвальной выгрузки

На рис.1 показан общий вид самосвального транспортного средства сбоку, на рис.2 его гидроподъёмник в разрезе и на рис.3 часть узла фиксации гидроподъёмника.

Рис.1

Рис.2 Рис.3

Самосвальное транспортное средство состоит из шасси 1 с платформой 2. На шасси 1 и платформе 2 с помощью шаровых шарниров 3 и 4 расположен телескопический гидроподъёмник, состоящий из цилиндрической формы кожуха 5, жёстко закреплённого на его внутренней трубе 6. Цилиндрической формы кожух 5 подвижно размещён относительно наружной трубы 7, а между ней и внутренней трубой 6 расположена промежуточная труба 8. Наружная труба 7 снабжена трубопроводом 9, а в цилиндрической формы кожуха 5 выполнен паз 10, в котором подвижно размещён палец 11 жёстко присоединённый к одному из плеч трёхплечего рычага 12 с помощью шарнира 13, установленного на наружной поверхности цилиндрической формы кожухе 5. Другое плечо трёхплечего рычага 12 контактирует через пружину сжатия 14 с наружной поверхностью цилиндрической формы кожуха 5, и ещё одно из плеч трёхплечего рычага 12, с помощью упругой связи 15, и пружины растяжения 16 присоединено к рукоятке управления 17 пальцем 11.

Работает самосвальное транспортное средство следующим образом. Для разгрузки платформы 2 широко известным в подобной технике способом по стрелке А подают под давлением рабочую жидкость в трубопровод 9 и последняя, попадая в наружную трубу 7, способствует перемещению внутренней трубы 6 по стрелке В, но так как внутренняя труба 6 жёстко соединена с цилиндрической формы кожухом 5, то и он совместно с шаровым шарниром 3 движется в этом, же направлении приподнимая платформу 2 по стрелке С. При движении цилиндрической формы кожуха 5 по стрелке В, его палец 11 проскальзывает по наружной боковой поверхности трубы 7 и, в конце концов, наступает такой момент, когда он перестанет контактировать, оказавшись за пределами её с последней и тогда, под действием пружины сжатия 14, онпереместится по стрелке Е, оказавшись над торцевой поверхностью наружной трубы 7. В дальнейшем внутренняя труба 6 своим основанием входит в контакт с торцевой частью промежуточной трубы 8, что обеспечивает её движение так же по стрелке С до тех пор, когда она также своей нижней частью не войдёт в контакт с торцевой частью наружной трубы 7. Такой контакт соответствует полному выдвижению из наружной трубы 7 как промежуточной трубы 8 так и внутренней трубы 6. Одновременно, с описанным движением труб 7 и 8 совершает и перемещение вместе с ними в этом же самом направлении и цилиндрической формы кожух 5 при этом, палец 11 вместе с ним продолжает движение по стрелке К. Описанный процесс в итоге обеспечит самосвальную выгрузку платформы 2, которая получит наклон в сторону выгрузки сыпучего груза и когда он полностью освободится от последнего, оператор широко известным способом для данного вида машин соединяет трубопровод 9 с гидросистемой тягача (на чертежах он не показан) на слив. Такая операция позволит возвращению платформы 2 в сторону противоположную стрелке С. Её опуск будет продолжаться до тех пор, пока палец 11 двигаясь совместно с цилиндрической формы кожухом 5, противоположно стрелке К, не ляжет на торцевую поверхность наружной трубы 7 и тем самым движение цилиндрической формы кожуха 5, а, следовательно, и платформы 2 будет прекращено. В этом случае обслуживающий персонал может проводить различные ремонтные или профилактические работы под приподнятой платформой 2, исключая возможный травматизм последнего. После проведения ремонтных работ, оператор переводит рукоятку управления 17 по стрелке М и тогда палец 11 перемещается в направлении обратном стрелке Е, освобождая от фиксации цилиндрической формы кожух 5, относительно наружной трубы 7, а, следовательно, и платформы 2, которая опускается на шасси 1 прицепа, занимая такое положения, как это показано на рис.1. Далее описанные процессы наклона платформы 2 и её опускания в транспортное положение могут повторяться неоднократно.

Анализируя вышеуказанную конструкцию гидроподъёмника (рис.2 и рис.3) видно, что ответственным её конструкционным элементом является палец 11, который взаимодействует с наружной трубой 7 располагаясь в цилиндрической формы кожухе 5 удерживая платформу прицепа в наклонном состоянии и при этом подвержен срезу. Учитывая последнее, произведём проверку прочности пальца, считая, что он выполнен прямоугольного сечения и известны как его геометрические размеры (высота h= 35,0 мм и ширина b =25,0 мм), так и нагрузка Q = 965 кг = 9650 Н приложенная к нему от собственного веса платформы, например, тракторного самосвального прицепа 2ПТС-4-793А. Для этого воспользуемся следующей известной зависимостью:

,

где, S₀ – статический момент относительно нейтральной оси х части площади сечения, лежащей по одну сторону от уровня у, на котором определяется напряжение и равный S₀ = b/2(h²/4 – y²);

[τ] = 0,7[σ]_в = 0,7∙598 = 418 МПа для Стали 45, из которой выполнен палец.

Видно, что условие прочности выполнено и запас её равен 3,1.

Для экономической оценки при возможном внедрении предложенного технического решения использована методика финансово-инвестиционного анализа и аудита при внедрении новой техники [4]. В качестве базового образца примем также серийный тракторный самосвальный прицеп модели 2ПТС-4-793А, у которого на раме шасси смонтирован гидроподъёмник выполненный по указанной выше заявке. Согласно существующих нормативов прицеп ставится на капитальный ремонт после его пробега в 150тыс.км и в это время возможна будет его модернизация. Расчёт экономической эффективности от внедрения предложенной технического решения произведём следующим образом. Для этого используем следующие показатели (см. табл.1).

1. Коэффициент сравнительной экономической эффективности, определяемый по зависимости:

.

1. Коэффициент приведения затрат к одинаковому объему производства продукции по серийному прицепу составит:

2. Приведённые затраты по сопоставляемым прицепам:

а) по серийному-

б) по модернизированному-

4. Приведенные затраты с учетом коэффициента приведения к одинаковому объему производства прицепов:

На основании вышеизложенного произведём расчёт прибыли, которую получит предприятие от выпуска одного модернизированного прицепа с учётом использования в его конструкции перспективного гидроподъёмника по зависимости:

Таблица 1

№ № пп	Показатели	Обозначения	Единица измерения	Серийный прицеп	Модернизированный прицеп
1	Годовой выпуск прицепов	А	тыс. шт.	20,0	20,0
2	Пробег прицепа до капитального ремонта	Д	тыс. км	150,0	150,0
3	Себестоимость производства прицепа	С	тыс. руб.	110,0	95,0
4	Капитальные вложения на один прицеп	У	тыс. руб.	124,0	195,1
5	Нормативный коэффициент эффективности	Ен	-	0,15	0,15

Для автоматизации проведения расчётов по выбору материала и геометрических характеристик опорной стойки для самосвальных прицепов и полуприцепов различных моделей и грузоподъёмности, разработана программа для ЭВМ на языке Delphi, которая и апробирована на тракторных прицепах, таких как 2ПТС-4-793-01, 2ПТС-4-887, 2-ПТС-4М , 3-ПТС-12, а также автомобильных прицепах моделей ГКБ-819 и ГКБ-8527.

Результаты исследования рекомендуются к использованию отраслевым НИИ автомобильной промышленности, сельскохозяйственного машиностроения и конструкторским подразделениям предприятий серийно изготавливающим, ремонтирующим и эксплуатирующим автомобильные и тракторные самосвальные прицепы, как в нашей стране, так и за рубежом.

Библиография:

1. Справочник по эксплуатации транспорта в сельском хозяйстве. М.: Россельхозиздат,1975.-400с.

2. Основы теории и расчёта сельскохозяйственных машин на прочность и надёжность. Под ред. П.М.Волкова. М.: Машиностроение, 1977.-310с.

3. Орлов П.И. Основы конструирования. В 2-х кн. Кн. 2. №-е изд., исправл.- М.: Машиностроение, 1988.-544с.

4. Гиляровская Л.Т., Ендовицкий Д.А. Финансово-инвестиционный анализ и аудит коммерческих организаций. – Воронеж: Издательство Воронежского государственного университета, 1997. – 336с.

Код для цитирования: Скопировать