Введение к работе
Актуальность темы. Развитие транспорта, в особенности автомобильного, -является одной из важнейших народнохозяйственных задач, стоящих перед работниками науки и производства. Ее комплексное решение, прежде всего, связано с дальнейшим увеличением производства автомобилей и автомобильных поездов большой грузоподъемности, повышением их технико-эксплуатационных показателей, а также с увеличением объема строительства новых и реконструкцией имеющихся автомобильных дорог. В лесной промышленности автомобильный транспорт занимает главное место в общем объеме механизированной вывозки древесины, и это обстоятельство определяет существенную значимость задачи для отрасли.
Движение лесовозных автопоездов по криволинейным участкам пути является одним из наиболее сложных и ответственных видов их движения в эксплуатационных условиях, . при которых ощутимо проявляются вопросы обеспечения управляемости, вписываемости, а также устойчивости и безопасности.
Следование по кривой, с одной стороны, представляет собой широко распространенный случай движения лесовозного автопоезда на практике. С другой стороны, криволинейное движение лесовозного автопоезда сопровождается целым рядом особенностей, сведения о которых позволяют существенным образом судить о преимуществах или недостатках его конструктивного решения и лежат в основе проектирования.
Поэтому всестороннее изучение вопросов движения по кривым и разработка комплексных критериев оценки качественных свойств конструкции является важной исследовательской задачей в деле проектирования и совершенствования лесовозных автомобильных поездов. Роль этих исследований значительно возрастает в связи с перспективой создания новых типов большегрузных автопоездов, предназначенных для многопакетной транспортировки древесины, для которьк перечисленные выше вопросы в условиях движения по криволинейным участкам пути проявляются особенно остро.
Цель и задачи исследований. Целью работы является повышение транспортно-эксплуатационных качеств лесовозного автопоезда при нестационарном движении на кривых за счет обобщения и раз-
вития комплексных методов исследований, результаты которых могут быть использованы при проектировании новых перспективных типов многозвенных лесовозных автопоездов, существенно снижающих удельную себестоимость лесовывозки, а также при проектировании уширении в дорожном строительстве и назначении норм их эксплуатации.
В соответствии с целью работы решались следующие задачи.
Обобщение выполненных ранее исследований, систематизация признаков дважды (геометрически и кинематически) нестационарных режимов движения лесовозного автопоезда на кривых, оценка имеющихся понятий и введение новых, необходимых для характеристик рассматриваемого явления, разработка системного подхода к его изучению.
Разработка:
геометрической теории плоского движения твердого тела, позволяющей геометрические задачи движения лесовозного автопоезда на кривой выделить в самостоятельную группу и существенно расширить круг решаемых вопросов. Установление качественных особенностей нестационарного движения элементов лесовозного автопоезда на кривых, связанных с наличием кругов Лагира и Брес-се;
основ расчета геометрических характеристик и параметров лесовозного автопоезда, имеющих первостепенное значение при его движении на кривых (траектории точек, характеристики взаимного положения основных элементов, габаритная полоса движения, уши-рение проезжей части и дорожного полотна, влияние бокового увода и бокового скольжения и т.д.). Определение функциональной структуры сцепок различных конструкций и оценка влияния отклонений параметров их элементов от номинальных;
метода расчета кинематических параметров нестационарного движения основных элементов автопоезда;
расчетных схем и математической модели динамического равновесия элементов лесовозного автопоезда для общего случая нестационарного криволинейного движения;
программ для ЭВМ с целью реализации математических моделей и с их помощью установление количественно-качественных характеристик (определение геометрических, кинематических и динамических параметров).
Проектирование на основе теории размерностей и подобия и создание механической модели лесовозного автопоезда, разработка измерительных схем и аппаратуры, методики проведения эксперимента и его реализация в лабораторных условиях.
Разработка методики и проведение натурного эксперимента в производственных условиях. Сравнительная оценка результатов модельных и натурных экспериментов.
Научная новизна. Комплексное исследование нестационарного движения многозвенного лесовозного автопоезда на кривой.
Разработаны методы расчета геометрических, кинематических и динамических параметров, отличающиеся возможностью их применения для нестационарных режимов движения. Реализован принципиально новый системный подход, основанный на созданной автором геометрической теории плоского движения твердого тела. Введены понятия геометрической и кинематической нестационарностей, уточнены известные понятия режимных коэффициентов поворота.
Установлены качественные особенности нестационарного движения элементов лесовозного автопоезда на кривых, определяемые наличием кругов Лагира и Брессе.
Разработан аналитический метод определения габаритной полосы движения, чем доказана принципиальная возможность аналитического решения этой практически важной задачи.
Определены функциональные структуры крестообразной сцепки я тросо-блочной сцепки Головного конструкторского бюро Министерства автомобильной промышленности СССР - зависимость угла поворота колес роспуска от угла складывания автопоезда. Для первой из них установлена степень влияния отклонений ее параметров от номинальных. На конкретных примерах обоснована необходимость назначения допусков на геометрические размеры и упругие свойства элементов сцепки.
Для общего случая нестационарного криволинейного движения лесовозного автопоезда найдены аналитические выражения кинематических параметров движения его точек и элементов. Установлена их общая структура, являющаяся отражением геометрической и кинематической нестационарности.
Применение метода физического моделирования, позволившего з помощью механической модели автопоезда с крестообразной сцеп-гай при относительно небольших материальных затратах определить
совокупность параметров в их взаимосвязи.
Разработана методика натурных испытаний в производственных условиях с учетом особенностей нестационарных режимов криволинейного движения лесовозного автопоезда.
Разработана унифицированная рабочая программа для ЭВМ с выводом графической информации, позволяющая изучение основных вопросов нестационарного движения многозвенного лесовозного автопоезда на кривых довести до практических решений.
Объект и методы исследований. Объектом комплексных исследований являлся лесовозный автопоезд МАЗ-509+ГКБ-9383(2-Р-15)+ +пакет хлыстов. Использованы методы математического моделирования , физического моделирования и натурного эксперимента.
Для описания состояния динамического равновесия в общем случае нестационарного движения автопоезда на кривых создана математическая модель, реализация которой с помощью программ для ЭВМ позволяет определять его геометрические, кинематические и динамические параметры и характеристики.
Физическое моделирование осуществлено с помощью разработанной механической модели лесовозного автопоезда и проведено в лабораторных условиях.
Натурный эксперимент проведен в производственных условиях.
Результаты опытов, полученные в виде осциллограмм, подвергались обработке известными методами математической статистики.
Положения и результаты исследований, выносимые на защиту.
Обобщение методов и новый системный подход к комплексным исследованиям криволинейного движения лесовозного автопоезда.
Основы теории нестационарного движения лесовозного автопоезда по криволинейным участкам пути. Метод расчета геометрических параметров, оценка кинематических параметров. Комплексная математическая модель состояния динамического равновесия лесовозного автопоезда при дважды (геометрически и кинематически) нестационарных режимах движения на кривых с реализацией ее с помощью ЭВМ.
Метод определения функциональной структуры тросовых сцепок и расчета допусков на параметры их элементов.
Проектирование на основе теории размерностей и подобия и создание механической модели лесовозного автопоезда с крестообразной сцепкой. Методика проведения и результаты модельного
эксперимента.
Методика натурных испытаний в производственных условиях. Сравнительная оценка результатов модельных и натурных экспериментов.
Обоснованность результатов исследований. Достоверность и обоснованность результатов исследований подтверждается применением научно обоснованных методов построения моделей сложных механических систем, фундаментальных методов механики и математики, результатами экспериментальных исследований на механической модели и натурном образце лесовозного автопоезда в производственных условиях, а также положительным опытом их внедрения в практическую деятельность проектных организаций и промышленных предприятий.
Практическая ценность. Разработанная геометрическая теория плоского движения твердого тела позволяет не только существенно расширить круг изучаемых вопросов, связанных с рассматриваемым явлением, но и предназначена для решения определенного класса задач механики. Наличие характерных областей, обусловленных кругами Лагира и Брессе, определяет направление дальнейших перспективных исследований, с помощью которых могут быть выявлены дополнительные резервы на пути оптимального проектирования новых типов большегрузных лесовозных автопоездов.
Выполненные теоретические разработки углубляют теорию движения сложных автотранспортных систем на кривых, позволяя решать важные задачи на стадии их проектирования и при назначении технических условий эксплуатации. Могут быть использованы в дорожном строительстве для расчета уширений дорожного полотна.
Разработанные математические модели, а также методики модельного и натурного эксперимента могут быть использованы при дальнейших исследованиях.
Практическая реализация работы. Основные результаты работы внедрены во Всесоюзном объединении "Пермлеспром", Головном конструкторском бюро по тракторным и автомобильным прицепам Министерства автомобильной промышленности СССР, ГУЛ "Марийскавто-дор", в СКБ-1 и учебный процесс Марийского государственного технического универитета.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на конференциях, совещаниях и
семинарах.
і. Всесоюзная научная конференция. Проектирование, строительство и эксплуатация лесовозных дорог (Минск, 1972).
-
Заседание Технического совета Пермского проектно-конструкторского технологического бюро (Пермь, 1986).
-
Заседание Технического совета Головного конструкторского бюро по тракторным и автомобильным прицепам Министерства автомобильной промышленности СССР (Балашов, 1987).
-
Международный форум "Финно-угорские дни проблем механики" (Венгрия, Рацкеве, 1995).
-
Конференция соросовских учителей Республики Марий Эл (Йошкар-Ола, 1996).
-
Научно-методический семинар преподавателей теоретической механики вузов России (Екатеринбург, 1996).
-
Всероссийская научно-техническая конференция "Теория проектирования и методы расчета лесных и деревообрабатывающих машин" (Москва, 1997).
-
Вторые "Вавиловские чтения". Всероссийская междисциплинарная научная конференция (Йошкар-Ола, 1997).
-
Всероссийская научная конференция "Нетрадиционные методы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог"(Суздаль, 1998).
-
Международная конференция "Европейские исследования: перспективы развития" (Йошкар-Ола, 1998).
-
Международная научно-практическая конференция "Научно-технические проблемы в развитии ресурсосберегающих технологий и оборудования лесного комплекса" (Воронеж, 1998).
-
Научно-технические конференции МарГТУ (Йошкар-Ола, 1974-1983, 1986-1990, 1994-1996).
Публикации. Основное содержание и результаты диссертации представлены в монографии и 33 опубликованных научных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 338 стр., из них 200стр. основного текста, 84 рисунка на 69 стр., 5 таблиц, список литературы (166 наименований) на 12 стр., ' приложения -57 стр.