VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Известно, что снижение травматизма при эксплуатации автотракторного подвижного состава как в агропромышленном секторе так и других сферах народного хозяйства в нашей стране невозможно без современного технического перевооружения существующего транспортного парка различного назначения. Известно также, что современные автотракторные тягачи, а также прицепы агрегатируемые с ними должны обладать высокой надёжностью и ремонтопригодностью, иметь низкую металлоёмкость и пожалуй самое главное отвечать важнейшему эксплуатационному показателю направленному на безопасное производство по исключению травматизма обслуживающего персонала в пути, ремонте и обслуживании [1,2].

В настоящее время в практике широко используются различные конструкции тракторных самосвальных прицепов базовой модели 2ПТС-4 с двухсторонней и трёхсторонней разгрузкой кузова агрегатируемых в основном с колёсными тракторами класса 1,4т типа МТЗ-50, МТЗ-52, МТЗ-80, МТЗ-82 и ЮМЗ-6М. Это, например, такие прицепы как 2ПТС-4М-785А, 2ПТС-4-887А, 2ПТС-4-793, 2ПТС-4-793А и др. Одновременно подобные по устройству самосвальные двухосные прицепы работают в составе автомобильных поездов такие как ГКБ-819, ГКБ-8527 соответственно грузоподъёмностью 5,0т и 7,0т, которые транспортируются как автомобилями самосвалами ЗИЛ-ММЗ-555, ЗИЛ-ММЗ-554М, ЗИЛ-ММЗ-4502, так и бортовыми грузовыми автомобилями моделей ГАЗ-53А, ЗИЛ-130-76 и др. [3].

Так, например, известен тракторный самосвальный прицеп 2ПТС-4-793-01 (рис.1), который состоит из кузова, расположенного на раме, снабженной задней осью с колесами и подкатной тележкой с передней осью колес. На подкатной тележке шарнирно при помощи двух пальцев закреплено дышло со сцепной петлей. Причем в расцепленном состоянии от тягача сцепная петля находится на грунте. При осуществлении сцепа прицепа и тягача обслуживающий персонал вручную приподняв дышла на определенную высоту и находясь в пространстве между последними, рискуя быть травмирован заводит сцепную петлю дышла в тягово-сцепное устройство тягача. Из выше изложенного видно, что операция сцепа и расцепа звеньев автопоезда трудоемко и небезопасна.

Рис.1

Учитывая вышеизложенное в ЕГУ имени И.А. Бунина на кафедре механики и технологических процессов, совместно с кафедрой эксплуатация автомобильного транспорта ЛГТУ выполняется бюджетная НИР на тему: «Динамика, прочность и надёжность транспортных, сельскохозяйственных и строительно-дорожных машин, а также стандартного и нестандартного оборудования используемого в Чернозёмном регионе РФ».

Анализ многочисленных литературных и патентных источников позволил разработать перспективное техническое решение, позволяющее, исключить травматизм обслуживающего персонала, занятого при эксплуатации тракторных самосвальных прицепов, за счет использования автоматической фиксации платформы в определенном положении ее при самосвальной выгрузке. Такая конструкция признана изобретением (Решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке №2014110435/11 от 26.01.15 г.) и может быть привязана к двухосным не только тракторным, но и автомобильным самосвальным прицепам.

Рис.2

Так на рис.2 показан общий вид прицепа, а также часть его подкатной тележки с дышлом и укрупненный вид соединительного пальца крепления дышла к подкатной тележки.

Прицеп состоит из шасси 1 с кузовом 2 и подкатной тележкой 3. Подкатная тележка 3 снабжена дышлом 4 со сцепной петлей 5. Дышло 4 снабжено направляющими втулками 6 с шлицами 7 взаимосвязанными с шлицами 8 выполненными на пальцах 9. Пальцы 9 также через шлицы 10, выполненные с одной их стороны соединены с другими неподвижными втулками 11, жестко закрепленными на кронштейнах 12 подкатной тележки 3. На пальцах 9 установлены шайбы 13 и шплинты 14.

Работа прицепа происходит следующим образом. Для сцепа прицепа, находящегося, например, в отстое, тягач (автомобиль или трактор) подают к нему задним ходом по стрелки А (тягач на рисунке не показан), а так как дышло 4 прицепа находится в горизонтальном положении, то водитель может очень точно подвести сцепное устройство тягача под сцепную петлю 5 дышло 4 . Такое положение дышло 4 обеспечивается тем, что монтаж его на подкатную тележку 8 производят так, что оно устанавливается на пальцы 9 кронштейнов 12 находясь под углом α (см. рис.2), где дышло 4 показано пунктиром) к горизонтальной плоскости, к дорожному полотну. Как только дышло 4 будет установлено в кронштейны 12 на пальцах 9, последнее под собственным весом переместится по стрелке В в такое положение, как это показано на рис.2. Следует отметить, что за счет наличия шлицов 7, 8 и 10, как на пальцах 9, так и на неподвижных втулках 11 и направляющих втулках 6, последние получат некоторый угловой поворот относительно своей продольной оси симметрии за счет того, что они выполнены из упругих сортов стали, например, стали 60С2А и только поэтому будут удерживать дышло 4 в таком положении, как это показано на рис.2. В том случае когда возникнет необходимость в расцепе звеньев автопоезда, операцию его производят в обратном порядке и положение дышло 4 после отхода тягача в направлении обратном стрелке А будет все время оставаться в горизонтальном положении относительно грунта. Далее описанные процессы могут повторяться неоднократно. Следует также отметить, что пальцы 9, являясь упругими стержнями позволяют демпфировать колебания подпрыгивания прицепа за счет упругого сопротивления при закручивании их дышлом 4, которое передает так же колебание подпрыгивания тягача прицепу, поэтому будет повышаться плавность хода автотракторного прицепа в целом.

Технико-экономическое преимущества предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как оно позволит повысить безопасность труда при обслуживании автотракторных поездов и повысит их плавность хода.

Анализ работы предложенного технического решения показывает, что важнейшим конструкционным элементом его является палец 9 с шлицами 10, который выполнен из упругого материала и как в движении прицепа и в отцепленном его состоянии удерживает дышло в плоскости параллельной дорожного полотна.

Приведем пример численного расчета геометрических параметров шлицевого пальца выполненного в следующей последовательности. Исходя из того, что собственная масса дышла прицепа 2ПТС-4-793-01 составляет N = 16 кг , а его длина равнаl = 120 мм то на оба пальца, когда дышло расположено параллельно поверхности дорожного полотна, будет приложен крутящий момент равный М_кр = Nl = 16·120 = 19200 Н·мм. Тогда вычислим диаметр пальца по известной зависимости исходя из того к каждому из пальце будет приложен момент 1920/2 = 9,6∙10⁵ Н∙м:

,

где: [τ] = 60 МПа согласно ГОСТ 14959-79 соответствующее материалу сталь 65С2ВА;

Исходя из конструктивных соображений зададимся длиной рабочей части пальца снабжённого шлицами l₁ = 120 мм и тогда угол его закручивания при статическом нагружении составит:

.

Проверим каждый из пальцев по условию прочности на кручение по зависимости:

Следовательно, прочность торсиона обеспечена так как τ ≤ [τ].

Для того чтобы снизить наклон дышла к горизонту дышла, который как видно составляет 10⁰, увеличим диаметр пальца и примем его окончательно равным d = 40 мм также исходя из того, что он работает на изгиб при действии на него тягового усилия при движении прицепа создаваемого тягачом, при этом такое движение связано с повышением продольной нагрузки с учётом возникновения динамической нагрузки при коэффициенте динамики равным К_д = 0,25. Тогда угол его закручивания при динамическом нагружении составит:

Учитывая такую особенность работы пальцев подверженных упругой угловой деформации при подпрыгивании прицепа использована известная методика [3] расчёта валов и осей на жёсткость при динамическом нагружении последних, позволяющая установить резонансную область их работы в зависимости от коэффициента динамичности работы пальцев совместно с дышлом.

В этом случае уравнение движения, описывающее угловые колебания, например, одного из пальцев может быть записано в виде [3]:

, (1)

где, J_п - моментом инерции пальца кг∙с²∙м;

С_φ - крутильная жёсткость пальца, Н∙м/рад;

Т₀ sinωt - крутящий момент приложенный к пальцу, Н∙м.

решение такого уравнения ищется в форме:.

Известно [3], что важнейшей задачей при использовании предложенного технического решения служат мероприятия направленные на предупреждение нарастания амплитуд (явление резонанса) угловых колебаний пальцев, являющихся результатом совпадения или кратности вынужденных и собственных круговых частот колебаний ω_ви ω_с . Собственная круговая частота колебаний ω_с и жёсткость пальца С_φ могут быть определены по известным формулам:

где, G – модуль упругости материала второго рода, кг/см²;

J_п – момент инерции пальца круглого сечения, кг∙с²∙м;

J_ρ – полярный момент инерции сечения пальца, см⁴;

l – рабочая длина поршневого пальца, см.

Используя вышеуказанные параметры и решая уравнение (1) можно определить амплитуду вынужденных угловых колебаний пальца по формуле [3]:

, (2)

где, n – коэффициент затухания колебаний, определяемый по формуле

n = α/2J_п и зависящий как от коэффициента пропорциональности α так и момента инерции пальцаJ_п.

При статической нагрузке дышлом пальца моментом Т₀ угловое перемещение его можно определить по формуле:

Зная значения φ_В и φ_ст можно вычислить численное значение коэффициента динамичности μ по формуле:

(3)

Понятно, что с увеличением μ растут и динамические нагрузки, действующие на палец, и поэтому с целью снижения такого явления как раз и служат упругие характеристики пальцев, который и демпфируют последние. Для установления резонансной зоны характеризующей зависимость μ от величин ω_в/ω_с и 2n/ω_с приняты следующие исходные данные, применительно к прицепу 2ПТС-4-793-01: диаметр пальца d = 40,0 мм, крутящий момент на пальцах М_кр = 1920 кг·см, момент инерции пальца J_ш = 0,00126 кг∙с²∙м, масса пальца m_ш = 0,02 кг∙с²/м, модуль упругости материала пальца G = 8∙10⁴ МПа, рабочая длина пальца l = 120,0 мм, круговая частота вынужденных колебаний дышла передающего колебания пальцам ω_в = 19,26 с^-1 ÷ 25,12 с^-1 (3,06 ÷ 4,0 гц ), полярный момент инерции сечения пальца J_ρ = 12,2∙10^-8 м⁴, частота собственных колебаний пальца ω_с = 54 с^-1, крутильная жёсткость пальца С_φ = 91∙10⁸ Н∙м/рад, коэффициент пропорциональности , n= 0; 38,1; 50,8; 63,5; и 76,2. Известно, что при n = 0 и частоте колебаний ω = ω_с = ω_В , называемой критической ω_кр происходит резонанс при этом, коэффициент динамики μ = ∞, однако в результате сил упругого сопротивления поршневого пальца (демпфирования) величина μ конечна и может снижается с ростом коэффициента пропорциональности n.

Проведённые расчёты показали, что наибольшее значение коэффициента динамики составляет 2,75 при ω_в/ω_с = 0,73 и 2n/ω_с = 0,33, а его минимальное значение равно 1,437 при ω_в/ω_с = 0,62 и 2n/ω_с = 0,56. Следовательно, резонанса при рабочих нагрузках в пальцах дышла не происходит, так как он работает в до резонансном режиме. В итоге можно судить о надёжности предложенного технического решения использовав его, например, и в других конструкциях автотракторных прицепов.

В тоже время проведённые расчеты также показали, что внедрение предложенной конструкции повышающей безопасность эксплуатации прицепов, связанных с надёжной фиксацией кузова прицепа в наклонном состоянии является выгодным для производства и эксплуатационных структур народного хозяйства, так как машиностроительное предприятие от их выпуска, например, в количестве 40,0 тыс. штук в год может получить прибыль в размере 315,0 тыс. руб. При этом в условиях эксплуатации безопасность работ при обслуживании прицепа снабжённого вышеуказанным устройством травматизм в момент сцепа звеньев автотракторного поезда будет исключён.

Результаты исследования рекомендуются автотранспортным и промышленным предприятиям, эксплуатирующим и изготавливающим автотракторные прицепы, как в нашей стране, так и за рубежом для изучения работоспособности и эффективности, предложенного технического решения и возможного в дальнейшем внедрения его в практику.

Библиография

1.Высоцкий М.С. и др. Автомобильные и тракторные прицепы. — М.: Машгиз, 1962. — 161 с.

2. Глущенко А.Д., Сливинский Е.В.. Динамика и прочность транспортной системы для перевозки легковесных грузов. Изд-во Фан, Ташкент, 1988.-115с.

3.Кудрявцев ВН. Детали машин. Учеб. для студентов машиностроительных специальностей вузов. – Л.: Машиностроение, 1980. 464с.

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

Код для цитирования: Скопировать