Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор научных работ, посвященных исследованию эксплуатационных свойств автопоездов 8
1.1 Аналитические методы исследования эксплуатационных свойств автомобильного поезда, определяющих его активную безопасность 8
1.2 Влияние эксплуатационных факторов и конструктивных параметров на прочность и надёжность рам транспортных машин 13
1.3 Общая методика исследований прочностных свойств несущих рам транспортных машин и их долговечности 18
1.4 Методы оптимизации конструктивных параметров транспортных машин 25
1.5 Выводы по главе, цель и задачи исследования 30
ГЛАВА 2. Опенка ровности покрытий загородных и городских дорог 32
2.1 Оценка ровности загородных дорог Европейской части Российской Федерации 32
2.2 Исследование микропрофилей дорог Европейской части Российской Федерации методами теории случайных процессов
2.3 Исследование микропрофилей участков дорог Европейской части России методом вейвлет анализа 43
2.4 Исследование ровности дорог г. Волгограда 47
2.5 Выводы по главе 52
ГЛАВА 3. Математическая модель малотоннажного автомобильного поезда 54
3.1 Математическая модель малотоннажного автомобильного поезда при движении по дороге, имеющей неровности в продольном профиле 54
3.1.1 Расчет статических сил, действующих на звенья автопоезда 54
3.1.2 Расчет динамических сил, действующих на звенья автопоезда 59
3.1.3 Моделирование взаимодействия колеса с опорной поверхностью 65
3.1.4 Расчет усилий в тягово-сцепном устройстве 68
3.1.5 Моделирование трансмиссии тягача автопоезда 70
3.1.6 Моделирование скоростной характеристики двигателя тягача автопоезда71
3.2 Математическое моделирование продольного профиля опорной поверхности дороги 72 3.2.1 Моделирование продольного профиля дороги 72
3.2.2 Моделирование воздействия дороги 74
3.3 Проверка адекватности математической модели, описывающей движение автопоезда по дороге с продольными неровностями 75
ГЛАВА 4. Анализ влияния конструктивных параметров одноосного прицепа на нагруженность дышла 82
4.1 Методика оценки влияния конструктивных параметров прицепа на среднеквадратическое отклонение напряжений в опасном сечении дышла... 82
4.2 Анализ влияния конструктивных параметров одноосного прицепа на среднеквадратическое отклонение напряжений в опасном сечении дышла ...
4.2.1 Влияние статического прогиба упругого элемента подвески прицепа на среднеквадратическое отклонение напряжений в опасном сечении дышла... 89
4.2.2 Влияние величины колесной базы прицепа на среднеквадратическое отклонение напряжений в опасном сечении дышла 91
4.2.3 Влияния доли длины дышла в колесной базе прицепа на среднеквадратическое отклонение напряжений в опасном сечении дышла... 98
4.2.4 Влияние массы подрессоренных частей прицепа на среднеквадратическое отклонение напряжений в опасном сечении дышла.. 102
4.2.5 Влияние вертикального статического усилия на среднеквадратическое отклонение напряжений в опасном сечении дышла 104
4.3 Оценка возможности снижения нагруженности дышла одноосного прицепа путем выбора его конструктивных параметров ПО
4.4 Выводы по главе 116
ГЛАВА 5. Методика выбора конструктивных параметров одноосного прицепа малотоннажного автомобильного поезда 118
5.1 Методика поиска конструктивных параметров одноосного прицепа малотоннажного автомобильного поезда 118
5.2 Выбор конструктивных параметров одноосного прицепа малотоннажного автомобильного поезда 124
Заключение 133
Список литературы
- Общая методика исследований прочностных свойств несущих рам транспортных машин и их долговечности
- Исследование микропрофилей дорог Европейской части Российской Федерации методами теории случайных процессов
- Расчет динамических сил, действующих на звенья автопоезда
- Анализ влияния конструктивных параметров одноосного прицепа на среднеквадратическое отклонение напряжений в опасном сечении дышла
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Особенностью несущей конструкции
одноосного прицепа является наличие дышла, которое воспринимает часть веса
прицепного звена с перевозимым грузом и обеспечивает связь между
автомобилем-тягачом и прицепом. В связи с этим к дышлу прицепа
предъявляются высокие требования по прочности и долговечности. Отличие конструкции дышла одноосного прицепа от рамы транспортных машин большой грузоподъемности не позволяет использовать традиционные методы и способы повышения его прочности и долговечности, так как это неизбежно приведет к увеличению размеров дышла, его массы и стоимости изготовления, что недопустимо в условиях массового производства.
Требуемые прочность и долговечность дышла могут быть обеспечены путем оптимизации массовых, геометрических параметров и упругих характеристик подвески одноосного прицепа. Данный вопрос на современном этапе научно-технического прогресса мало освещен. Отсутствие методик оптимизации конструкции прицепа приводит к выпуску техники, несущая система которой далека от рациональной по требованиям прочности, долговечности и безопасности движения малотоннажного автомобильного поезда. Использование методик позволит получить уже на стадии проектирования образцы изделий с заданными эксплуатационными качествами и снизить объем доводочных испытаний.
Таким образом, актуальными являются методы выбора массовых, геометрических параметров и упругих характеристик подвески одноосных прицепов под типовые условия эксплуатации малотоннажных автомобильных поездов.
Цель работы – создание инженерного метода выбора конструктивных параметров одноосного прицепа на стадии проектирования с учетом дорожных условий и сохранения показателей активной безопасности малотоннажного автомобильного поезда на требуемом уровне.
Задачи исследования:
- выявить типовые неровности дорожного покрытия загородных дорог,
оказывающие внешние воздействия на несущую систему одноосного прицепа
малотоннажного автомобильного поезда;
- разработать математическую модель движения малотоннажного
автомобильного поезда, учитывающую влияние конструктивных параметров
одноосного прицепа на нагруженность и долговечность дышла прицепа в
условиях движения по участкам дорог с типовыми неровностями;
- оценить влияние конструктивных параметров одноосного прицепа
малотоннажного автомобильного поезда на нагруженность и долговечность его
дышла при внешнем воздействии на несущую систему типовых неровностей
загородных дорог, а также на эффективность торможения и поперечную
устойчивость при прямолинейном движении;
- разработать методику выбора конструктивных параметров одноосного
прицепа малотоннажного автомобильного поезда по показателю «долговечность
дышла» с учетом возмущений от типовых неровностей дорог и эффективности
торможения и поперечной устойчивости при прямолинейном движении;
- разработать алгоритм решения конкретных задач, позволяющий
проводить сравнительную оценку наборов параметров одноосного прицепа
малотоннажного автомобильного поезда, оптимальных для типовых неровностей
загородных дорог;
- разработать рекомендации по проектированию одноосного прицепа,
направленные на повышение долговечности дышла прицепного звена с учетом
активной безопасности малотоннажного автомобильного поезда.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
- на основе статистического, корреляционного и вейвлет анализов данных
продольного микропрофиля загородных дорог Европейской части Российской
Федерации выявлены типовые неровности загородных дорог, которые
определяют режимы нагружения дышла одноосного прицепа малотоннажного
автомобильного поезда;
- разработаны математическая модель движения малотоннажного
автомобильного поезда по участку дороги со случайным профилем и методика
исследования влияния конструктивных параметров одноосного прицепа на
нагруженность дышла одноосного прицепного звена, реализованные в виде
прикладных программ;
- применительно к малотоннажному автомобильному поезду получены
регрессионные зависимости влияния конструктивных параметров прицепного
звена на нагруженность дышла при воздействии типовых неровностей;
- разработана методика выбора параметров одноосного прицепа
малотоннажного автомобильного поезда по критериям: прочность и
долговечность дышла, тормозная эффективность малотоннажного
автомобильного поезда и поперечная устойчивость прицепного звена при
прямолинейном движении.
Практическая значимость. Использование полученных в
диссертационном исследовании регрессионных зависимостей, разработанной методики и рекомендаций в опытно-конструкторских разработках одноосных прицепов малой грузоподъемности позволит осуществлять выбор параметров прицепа, обеспечивающих требуемые прочность, долговечность дышла, тормозную эффективность малотоннажного автомобильного поезда и поперечную устойчивость при прямолинейном движении. Внедрение методики сократит временные и трудовые затраты на определение конструктивных параметров при создании новых моделей одноосных прицепов.
Методы исследования. При проведении исследований использовались
методы статистической обработки экспериментальных данных, корреляционно-
регрессионного анализа экспериментальных данных, математическое
моделирование движения малотоннажного автомобильного поезда по участку
дороги со случайным профилем, методы теории эксперимента и итерационные методы поиска оптимального решения.
Основные положения, выносимые на защиту:
- результаты статистической обработки и корреляционно-регрессионного
анализа микропрофилей участков загородных дорог Европейской части
Российской Федерации;
- математическая модель малотоннажного автомобильного поезда,
описывающая прямолинейное равномерное движение по участку дороги со
случайным профилем;
результаты оценки влияния конструктивных параметров одноосного прицепа на среднеквадратическое отклонение напряжений в опасном сечении его дышла на участке дороги с типовыми неровностями;
результаты оценки влияния конструктивных параметров одноосного прицепа на тормозную эффективность малотоннажного автомобильного поезда и его поперечную устойчивость при прямолинейном движении;
- методика и алгоритм выбора конструктивных параметров одноосного
прицепа малотоннажного автомобильного поезда по условию минимизации
динамической нагруженности дышла;
- рекомендации по выбору параметров одноосного прицепа при его проектировании с учетом прочности и долговечности дышла прицепного звена, а также активной безопасности малотоннажного автомобильного поезда.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
подтверждается научно обоснованными методами статистического и корреля
ционно-регрессионного анализа, использованием методов теоретической
механики для построения математической модели движения малотоннажного
автомобильного поезда и сопротивления материалов, а также методами
численного эксперимента.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научно-технических конференциях ВолгГТУ в 2010 – 2014гг. (г. Волгоград), на международных научно-технических конференциях «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» в 2010-м, 2012-м, 2014-м гг. (г. Пенза), на научно-технической конференции «Проблемы строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог Юга Российской Федерации и пути их решения» в 2009г. (г. Волгоград), на научно-технической конференции «Прогресс транспортных средств и систем-2009» в 2009 г. (г. Волгоград), на 71-й международной научно-технической конференции «Безопасность транспортных средств в эксплуатации» в 2010 г. (г. Нижний Новгород), на XI научно-технической конференции по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2010 г. (г. Ставрополь), на международной научно-технической конференции «Транспортные и транспортно-технологические системы» в 2011 г., на всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 55-летиюТюмГНГУ, «Проблемы функционирования систем транспорта» в 2011 г. (г. Тюмень), на Х международной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии
в транспортных системах» в 2011 г. (г. Оренбург), на IX международной заочной
научно-технической конференции «Проблемы автомобильно-дорожного
комплекса России: организация автомобильных перевозок и безопасность дорожного движения» в 2013 г. (г. Пенза).
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 16 печатных работ, в том числе 6 – в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных литературных источников, содержит 161 страницу машинописного текста, 48 рисунков, 19 таблиц, 1 блок-схему, библиографию из 159 наименований.
Общая методика исследований прочностных свойств несущих рам транспортных машин и их долговечности
Орлов Л.Н. [86] на основе результатов эксперимента рекомендует: снизить металлоемкость конструкции прицепа без потери прочности заменой профиля стоек бортов, а также сечения (60x40) элементов основания платформы на меньший закрытый профиль с размером 40x28. Долговечность рычагов подвески прицепа может быть увеличена усилением трубы в местах концентрации напряжений и увеличением диаметра оси колес со стороны стопорной втулки. Однако вопросы прочности и долговечности дышла одноосного прицепа малой грузоподъемности не освещены в его работе [86].
Отдельно следует отметить работы, направленные на исследование нагрузочных режимов сцепных устройств и трансмиссий автомобильных поездов, т.к. они определяют нагрузочные режимы сцепных шкворней, плит, петель и дышел. Результаты исследования [23] показывают, что предварительная деформация упругого элемента сцепного устройства практически не оказывает влияния на нагрузочные режимы сцепного крюка. Динамические нагрузки сцепного устройства определяются жесткостью упругого элемента и величиной зазора. Применение беззазорного сцепного устройства позволит снизить динамические нагрузки трансмиссии тягача на 11 - 18 % [23].
Сичко А.Е. [108] показаны причины роста нагруженности трансмиссии тягача при движении автомобильного поезда, которые связаны с увеличением количества собственных частот трансмиссии. Величину продольного усилия в сцепном устройстве определяют крутящий момент, передаваемый трансмиссией, ровность дороги и скорость движения автомобильного поезда. Вместе с тем влияние скорости движения автомобильного поезда на разброс усилия несколько меньше.
В процессе эксплуатации одноосных прицепов малой грузоподъемности возникают разрушения и пластические деформации элементов несущих систем (рис. 1.1 - 1.6). Как показывает опыт эксплуатации, основными местами локализации трещин являются лонжероны, поперечины, дышло и детали подвесок. Опасным сечением дышла является зона крепления к раме прицепа, в которой зафиксировано частое возникновение трещин. - наиболее нагруженными являются зоны расположения сцепных шкворней, плит, сцепных петель, дышел и лонжеронов в зоне расположения кронштейнов крепления подвески. Таким образом, при проведении проектных расчетов необходимо в первую очередь обратить внимание на наиболее нагруженные зоны несущей системы прицепного звена. Обеспечение прочности и долговечности дышла несущей системы прицепного звена малой грузоподъемности является важной задачей повышения безопасности движения автомобильного поезда.
Вопросам исследования прочности и долговечности несущих систем транспортных машин посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых: М.В. Аврамова, Т.В. Астаховой, Альдайуб Зияд, В.В. Болотина, А.П. Бондаренко, И.Д. Галимянова, Б.В. Гольда, Л.А. Жогова, В.Н. Зузова, А.А. Иванова, В.П. Когаева, В.А. Колокольцева, В.П. Копрова, Р.В. Кугеля, В.П. Макеева, А.П. Мельчакова, Ж.Ю. Моисеенко, П.Д. Павленко, Ю.А. Полякова, В.А. Светлицкого, СВ. Серенсена, К. Э. Сибгатуллина, А.Е. Сичко, Ф.А. Фараджиева, B.C. Фильзенштейна, L.F. Coffina, S.S. Mansona, J. Morrow, H.J. Beermarma, D. Fucha, Gotbandta. H. Oehlschlaeqera. В общем случае оценка усталостной прочности и долговечности рамы транспортной машины проводится в три этапа: на первом выполняется расчет показателей плавности хода транспортной машины как абсолютно твердого тела, на втором - анализ напряженно-деформированного состояния с учетом упругих деформаций несущей системы транспортной машины, на третьем - непосредственно определяются ресурс и долговечность рамы.
В работах многих авторов [6, 23, 39, 58] при анализе плавности хода транспортной машины использовался имитационный метод, включающий построение «-массовых динамических моделей и проведение расчетных экспериментов. Движение транспортной машины и ее частей описывается системой дифференциальных уравнений вида: M-{c }+M-{ }+[c].{c/}=2:w (1.14) где [А] - матрица инерционных коэффициентов; [В] - матрица коэффициентов демпфирования; [С] - матрица жесткостных коэффициентов; {U} - вектор-столбец неизвестных; {/} - вектор-столбец возмущений от і-ого фактора.
По мнению Амброладзе Б.У. [6] преимуществом данного метода является возможность исследования любых динамических моделей без ограничения числа степеней свободы.
Метод спектрального анализа при исследовании плавности хода транспортной машины использовался в работах [1, 16, 42, 63 и др.]. Суть метода заключается в представлении линейной динамической модели машины системой автоматического регулирования, для которой определена амплитудно-частотная характеристика и, тем самым, установлена связь между входом колебательной системы и ее выходом. В этом случае движение транспортной машины описывается системой линейных уравнений (1.15):
В ряде работ [70, 107] плавность хода транспортных машин рассматривалась с применением детерминированных и стохастических моделей продольного профиля дороги. Кувшиновым В.В. [70] при исследовании плавности хода седельного автомобильного поезда динамическое воздействие со стороны дороги задавалось неровностями треугольной формы, которые были расположены на расстоянии до 15 м. Фараджиев Ф.А. в своей работе [115] использовал модель импульсного воздействия на колеса сочлененного автобуса. Методика моделирования виртуальных полигонов для испытаний автомобилей на плавность хода с помощью методов вейвлет преобразования предложена в статье [80]. В работе [97] при оценке напряженно-деформированного состояния рамы грузового автомобиля определялись углы крена подрессоренных масс при кососимметричных нагрузках.
Расчет плавности хода грузового одноосного прицепа при нерегулярном воздействии автором [104] основывается на допущении абсолютно жесткой и беззазорной сцепки с автомобилем-тягачом. Данное допущение не соответствует действительности, поскольку исследованиями [108] показано, что в сцепном устройстве типа «крюк-петля» новых автомобилей уже присутствует зазор 10-12 мм. В процессе эксплуатации его величина имеет тенденцию только к увеличению и может достигать 25-40 мм [108]. Это обстоятельство оказывает негативное влияние на плавность хода автомобильного поезда, нагруженность деталей его ходовой части и несущей системы. Следовательно, наличие зазора в сцепном устройстве должно быть учтено при оценке плавности хода.
Математическая модель сцепного устройства типа «крюк-петля», учитывающая зазор, предложена в работе [128]. Решая аналитически систему (1.14) относительно возникающей в процессе движения автомобильного поезда деформации S упругого элемента, Щукиным М.М. получена зависимость (1.16) продольной силы в сцепном крюке Ркр от компоновочных и массовых параметров звеньев и характеристик сцепного устройства.
Исследование микропрофилей дорог Европейской части Российской Федерации методами теории случайных процессов
В связи с неудовлетворительным состоянием дорожного покрытия на крайней правой (первой) полосе движения, основная часть грузового транспорта движется по второй полосе. Лучшей ровностью обладают крайние левые (третьи) полосы прямого и обратного направлений, по которым движется в основном легковой транспорт, но и здесь протяженность полосы с неудовлетворительной ровностью достигает половины длины участка.
Таким образом, результаты исследований 2008 и 2010 годов, показали, что численное значение неровностей дорожного покрытия на участках улично-дорожной сети увеличилось в среднем на 350 см/км, а доля маршрутов, имеющая недопустимые значения ровности, достигла 40 %. 2.5 Выводы по главе
Исследованиями ровности дорог Европейской части Российской Федерации установлено, что: - применяемых методов оценки ровности автомобильной дороги в процессе ее эксплуатации недостаточно. Данные методы, а именно метод трехметровой рейки и прицепа ПКРС-2У, имеют рабочий диапазон длин волн до 5-6 м, что делает их малопригодными для исследования неровностей, длина которых превышает 6 м. Более полные методы контроля ровности покрытия дороги, которые позволяют выявлять неровности большой длины, не являются обязательными для использования; - отсутствие предписаний по контролю неровностей, длина которых более 5-6 м, приводит к их возникновению и дальнейшей «беспрепятственной» деградации (ухудшению ровности покрытия), что создает угрозу увеличения динамических нагрузок на несущие системы транспортных машин. В связи с этим имеет место необходимость учета неровностей большой длины при проведении прочностных расчетов элементов несущих конструкций транспортных машин, эксплуатируемых на дорогах с твердым покрытием; - на исследуемых участках автомобильных дорог имеются короткие неровности, длины которых не превышают 5-6 м, высотой более 10 мм. Однако такие неровности носят единичный характер. Также данный тип неровностей не оказывает существенного влияния на усталостную прочность элементов несущей конструкции транспортной машины. Анализ массива амплитуд, полученных при использовании различных шагов нивелирования, показал, что на участках автомобильных дорог присутствуют неровности, длины которых находятся в диапазоне от 10 м до 40 м; экспериментальные данные микропрофилей показали, что среднеквадратические отклонения ординат автомобильных дорог Европейской части Российской Федерации находятся в интервале [6 мм: 25 мм] для левой полосы наката и в интервале [6 мм: 26 мм] для правой полосы наката. Средняя величина среднеквадратического отклонения ординат микропрофилей участков дорог составила для левой полосы наката 0,016 м (16 мм), для правой полосы наката - 0,016 м (16 мм); - среднее арифметическое величины поперечного угла профиля находится в пределах значений [-0,00008:0,00003] рад. Угол поперечного наклона профиля дороги изменяется в широком диапазоне значений как отдельно по каждому участку, так и в границах одного участка; - для исследуемых участков длина доминирующей неровности левых полос наката составила 19,149 м, правых полос наката - 19,179 м. Длины доминирующих неровностей продольного профиля левых полос наката расположились на интервале [6,538 м: 30,620 м], правых полос наката - [5,946 м: 29,613 м]. Корреляционные функции микропрофилей левой и правой полос наката участка дороги при rte— оо имеют колебательный характер, что указывает на гармоническую составляющую в продольном профиле; - для исследуемых участков автомобильных дорог общим является один факт, а именно, изменение амплитудных значений коэффициентов вейвлет преобразования. Можно выделить три микрозоны гармонической неровности в продольном профиле дороги: микрозона роста, микрозона максимального значения и микрозона снижения. В первой зоне значения вейвлет преобразования изменяются с малой амплитудой. Затем наблюдается рост (падение) значений до максимального значения (минимального), после чего - вновь уменьшение; - результаты исследований ровности дорожного покрытия дорог города Волгограда в 2008 и 2010 годах, показали, что численное значение неровностей дорожного покрытия на участках улично-дорожной сети увеличилось в среднем на 350 см/км, а доля маршрутов, имеющая недопустимые значения ровности достигла 40 %.
Расчет динамических сил, действующих на звенья автопоезда
Исследованиями ровности дорог Европейской части Российской Федерации установлено, что: - применяемых методов оценки ровности автомобильной дороги в процессе ее эксплуатации недостаточно. Данные методы, а именно метод трехметровой рейки и прицепа ПКРС-2У, имеют рабочий диапазон длин волн до 5-6 м, что делает их малопригодными для исследования неровностей, длина которых превышает 6 м. Более полные методы контроля ровности покрытия дороги, которые позволяют выявлять неровности большой длины, не являются обязательными для использования; - отсутствие предписаний по контролю неровностей, длина которых более 5-6 м, приводит к их возникновению и дальнейшей «беспрепятственной» деградации (ухудшению ровности покрытия), что создает угрозу увеличения динамических нагрузок на несущие системы транспортных машин. В связи с этим имеет место необходимость учета неровностей большой длины при проведении прочностных расчетов элементов несущих конструкций транспортных машин, эксплуатируемых на дорогах с твердым покрытием; - на исследуемых участках автомобильных дорог имеются короткие неровности, длины которых не превышают 5-6 м, высотой более 10 мм. Однако такие неровности носят единичный характер. Также данный тип неровностей не оказывает существенного влияния на усталостную прочность элементов несущей конструкции транспортной машины. Анализ массива амплитуд, полученных при использовании различных шагов нивелирования, показал, что на участках автомобильных дорог присутствуют неровности, длины которых находятся в диапазоне от 10 м до 40 м; экспериментальные данные микропрофилей показали, что среднеквадратические отклонения ординат автомобильных дорог Европейской части Российской Федерации находятся в интервале [6 мм: 25 мм] для левой полосы наката и в интервале [6 мм: 26 мм] для правой полосы наката. Средняя величина среднеквадратического отклонения ординат микропрофилей участков дорог составила для левой полосы наката 0,016 м (16 мм), для правой полосы наката - 0,016 м (16 мм); - среднее арифметическое величины поперечного угла профиля находится в пределах значений [-0,00008:0,00003] рад. Угол поперечного наклона профиля дороги изменяется в широком диапазоне значений как отдельно по каждому участку, так и в границах одного участка; - для исследуемых участков длина доминирующей неровности левых полос наката составила 19,149 м, правых полос наката - 19,179 м. Длины доминирующих неровностей продольного профиля левых полос наката расположились на интервале [6,538 м: 30,620 м], правых полос наката - [5,946 м: 29,613 м]. Корреляционные функции микропрофилей левой и правой полос наката участка дороги при rte— оо имеют колебательный характер, что указывает на гармоническую составляющую в продольном профиле; - для исследуемых участков автомобильных дорог общим является один факт, а именно, изменение амплитудных значений коэффициентов вейвлет преобразования. Можно выделить три микрозоны гармонической неровности в продольном профиле дороги: микрозона роста, микрозона максимального значения и микрозона снижения. В первой зоне значения вейвлет преобразования изменяются с малой амплитудой. Затем наблюдается рост (падение) значений до максимального значения (минимального), после чего - вновь уменьшение; - результаты исследований ровности дорожного покрытия дорог города Волгограда в 2008 и 2010 годах, показали, что численное значение неровностей дорожного покрытия на участках улично-дорожной сети увеличилось в среднем на 350 см/км, а доля маршрутов, имеющая недопустимые значения ровности достигла
Математическая модель малотоннажного автомобильного поезда при движении по дороге, имеющей неровности в продольном профиле
В научной практике используют множество математических моделей, позволяющих с высокой точностью выполнять оценку эксплуатационных свойств (тормозную эффективность, устойчивость при торможении и т.д.) транспортных машин большой грузоподъемности и напряженно-деформированного состояния их несущих конструкций. Однако, разработанные математические модели не пригодны для исследования эксплуатационных свойств малотоннажных автомобильных поездов, так как не учитывают характерных особенностей, к которым относятся расположение точки сцепки за пределами базы автомобиля-тягача и распределение части массы прицепного звена на автомобиль-тягач. Специфика процесса торможения малотоннажных автомобильных поездов (МАП) учтена в математической модели [45]. Модели МАП, позволяющие исследовать нагружение несущей конструкции прицепного звена, на современном этапе научно-технического прогресса отсутствуют. Это создает определенные трудности при оценке усталостной прочности конструкции прицепной техники малой грузоподъемности и требует скорейшего ее научного решения.
Определение внешних сил и моментов, действующих на несущую конструкцию прицепа МАП, рекомендуется проводить отдельно для статических и динамических составляющих. Преимущество данного подхода заключается в возможности оценки общей картины нагружения несущей системы и в упрощении дифференциальных уравнений, описывающих движение звеньев МАП. Схема автомобильного поезда в составе легкового автомобиля-тягача 4x4 и одноосного прицепа показана на рис. 3.1. Для упрощения математического описания нагружения несущей конструкции прицепа в процессе движения были сделаны следующие стандартные допущения:
Радиальная деформация пневматической шины приводит к смещению вертикальной реакции относительно оси симметрии колеса и вызывает силу сопротивления качению Pf (3.2): Pf=f-Mapg-cosi (3.2) где Р/ - сила сопротивления качению; / - скорректированное значение коэффициента сопротивления качению; Ма?р- сила тяжести автомобильного поезда; і - продольный уклон. где Mag - вес автомобиля; Magsin(i) - проекция веса автомобиля на ось ха; Magcos(i) - проекция веса автомобиля на ось za; Rxl - касательная реакция опорной поверхности передней оси автомобиля-тягача; Rx2 - касательная реакция опорной поверхности задней оси автомобиля - тягача; Rzl - нормальная реакция опорной поверхности передней оси автомобиля-тягача; RZ2 - нормальная реакция опорной поверхности задней оси автомобиля-тягача; Z0 - вертикальное усилие в тягово-сцепном устройстве; Рх - продольное усилие в тягово-сцепном устройстве; M„g - вес прицепа; M„gsin(i) - проекция веса прицепа на ось х„; M„gcos(i) - проекция веса прицепа на ось z„; Rx3 - касательная реакция опорной поверхности оси прицепа; Rz3 - нормальная реакция опорной поверхности оси прицепа, а - расстояние от центра тяжести тягача до передней оси, в - расстояние от центра тяжести тягача до задней оси, с -расстояние от задней оси до точки сцепки, L - величина колесной базы тягача, Lp - величина колесной базы прицепа, d - расстояние от центра тяжести прицепа до его оси, ha - высота центра тяжести тягача, hp- высота центра тяжести прицепа, hc- высота токи сцепки.
Анализ влияния конструктивных параметров одноосного прицепа на среднеквадратическое отклонение напряжений в опасном сечении дышла
Результаты расчетов с помощью разработанной математической модели автомобильного поезда при тех же начальных условиях приведены на рисунке 3.9. При постоянной скорости движения автомобильного поезда зафиксирован знакопеременный характер «хоботового давления» Pz относительно статической нагрузки. Поперечное усилие Ру, возникающее в тягово-сцепном устройстве, также носит знакопеременный характер. Максимальные величины «хоботового давления» Pz соответствуют возникновению максимальным значениям тягового усилия Рх. Нетрудно заметить наличие высокочастотной составляющей в величине тягового усилия Рх, полученной с помощью разработанной математической модели автомобильного поезда.
Количественно оценка адекватности математической модели автомобильного поезда выполнялась по максимальным, минимальным и средним величинам «хоботового давления» Рги тягового усилия Рх. В табл. 3.1 приведены максимальные, минимальные и средние величины усилий в сцепном устройстве автомобильного поезда.
Дополнительно выполнена проверка адекватности математической модели автомобильного поезда, описывающей процесс торможения, по результатам дорожного эксперимента, полученным Е.И. Железновым. В качестве объекта исследования использовался двухзвенный автопоезд, состоящий из автомобиля-тягача УАЗ-3741 и одноосного прицепа, полной массой 860 кг. В процессе эксперимента регистрировались следующие параметры: 1) начальная скорость торможения V0 , 2) замедление звеньев автопоезда jax njan; 3) тормозной путь автопоезда Sf, 4) усилие в сцепном устройстве Рх; 5) время торможения t. В процессе торможения МАП давление в приводе тормозной системы тягача УАЗ 3741 ра увеличивается практически линейно, одновременно реакции Рхіл нарастают прямо пропорционально времени торможения (рис. 3.10). Максимальное значение продольных реакций достигается на /=0,9 с, после чего следует некоторое снижение давления в тормозной системе тягача на статической стадии торможения. X 2,5 2 3, в) микропрофиль участка дороги Рисунок 3.9- Изменение усилий в тягово-сцепном устройстве Замедление jax тягача УАЗ 3741 увеличивается одновременно с ростом тормозных сил на его осях. В процессе динамической стадии процесса торможения выбор зазора в сцепном устройстве МАП приводит к мгновенному увеличению силы Рх и возникновению замедления прицепного звена jnx. На кривой замедления тягача jax в момент контакта петли и крюка сцепного устройства имеет место некоторое снижение замедления. Затем ввиду наличия зазора и упругого элемента звенья МАП перемещаются относительно друг друга, что вызывает колебания замедлений тягача jax и прицепного звена j„x. В статической стадии торможения относительные колебания звеньев МАП отсутствуют, величины jax njnx равны.
Замедление jax звеньев малотоннажного автомобильного поезда увеличивается одновременно с ростом тормозных сил на осях автомобиля-тягача. Нарастание замедления продолжается в течение 0,5 с, максимальная величина замедления (/ах=4,3 м/с ) зафиксирована на 0,4 с. Затем следует стадия установившегося замедления, средняя величина которого составила (/ах=3,9 м/с ). Для абсолютно жесткого и беззазорного тягово-сцепного устройства замедление автомобиля-тягача и прицепного звена равны, при моделировании торможения модели малотоннажного автомобильного поезда замедление автомобиля-тягача и прицепного звена получились равными.
Качественный и количественный анализ экспериментальных и расчетных данных показали, что разработанная математическая модель движения автомобильного поезда по участку дороги со случайными продольными неровностями обладает свойствами достоверности и адекватности. Методика оценки влияния конструктивных параметров прицепа на среднеквадратическое отклонение напряжений в опасном сечении дышла
Нормальные напряжения в сечениях элементов рамы одноосных прицепов определялись с помощью действующих на них внешних сил. Статическая составляющая внешних сил рассчитывалась с помощью выражений 3.24, 3.25, 3.27, 3.28, динамическая составляющая - интегрированием систем уравнений 3.44, 3.45.
Ранее проведенные исследования влияния эксплуатационных факторов на напряженное состояние дышел и сцепных устройств автопоездов показали, что максимальное значение напряжений в сечениях деталей несущей системы прицепа достигается при его полной загрузке и наибольшей скорости движения. В связи с этим в работе оценка влияния конструктивных параметров прицепа на среднеквадратическое отклонение напряжений в опасном сечении дышла a(xt) проводилась при его полной загрузке. Источником возмущения были выбраны воздействия микропрофилей участков дорог с неровностями, средней длины 19,08 м и 6,5 м при скоростях движения 30 км/ч, 50 км/ч, 70 км/ч и 90 км/ч.
Количественной мерой влияния конструктивных параметров fcm, Lp, д„, Мпп, тт, Сш и F0 одноосного прицепа на среднеквадратическое отклонение напряжений в опасном сечении его дышла является величина коэффициентов Ь0, Ь{, ЪЦ, by уравнения регрессии вида (4.10). Качественно влияние каждого конструктивного параметра оценивается знаками, стоящими перед коэффициентами bo, bt, Ъц, by. Ниже в табл. 4.3 и 4.4 приведены значения коэффициентами b0, Ъи Ъи, by, полученных для МАП ВАЗ 2123 и МАП УАЗ 3163 на участках дорог со средними длинами неровностей 19,08 м и 6,5 м. Серым цветом выделены значимые по критерию Стьюдента коэффициенты.