Введение к работе
Актуальность исследования определяется важнейшей ролью, которую занимает автомобильный транспорт в сельскохозяйственном производстве. Так, в современных условиях доля транспортных расходов в себестоимости валовой сельскохозяйственной продукции составляет 20...40%, а в условиях бездорожья достигает 47 % и более. Транспортными работами занято 20...25 % работников сельскохозяйственного производства.
Автомобильный транспорт составляет до 48 % от парка машин сельского хозяйства и выполняет свыше 70 % объема перевозок.
В свою очередь, исходя из природно-климатических условий страны и выполняемых задач, наиболее целесообразным является использование в сельском хозяйстве полноприводной автомобильной техники.
Отсутствие достаточного парка грузовых автомобилей увеличивает рост грузоперевозок с использованием колесной тракторной техники, что приводит к повышению их себестоимости минимум как на 60%.
Вместе с тем, высокий уровень эксплуатационных свойств автомобилей невозможно получить без существенного совершенствования колесного движителя автомобилей, с выбором его важнейшего элемента – шин. Ибо все процессы, происходящие в агрегатах и узлах автомобиля и направленные на осуществление его движения, завершаются и реализуются в контакте шины с опорной поверхностью и, которым можно достичь снижения на 20-50% уплотнения почвы, на 20-30% улучшения тяговых характеристик машины, до 10 % снизить расход топлива, на 20% уменьшить вред на экологию, сократить до 20% время доставки груза и простоя транспорта, на 15% уменьшить потери продукции. Со снижением воздействия движителя на грунт значительно повысится урожайность продукции сельхозпроизводства.
Проблемам безопасности автотранспортных средств (АТС) и в частности пневматических шин различных машин в мире уделяется все большее внимание. Объем производства «безопасных» пневматических шин растет примерно на 50-100% в год и составил в 2011 году более 7 млн. штук.
В настоящее время в РФ и за рубежом имеется значительный научно-технический задел по созданию колес такого типа. При этом наиболее широкое распространение нашли «безопасные» колеса с внутренними опорами (ограничителями деформации). Однако существующие конструкции внутренних дополнительных опор (ВДО) имеет ряд существенных недостатков, среди которых основными являются: малый ресурс опоры, потеря курсовой устойчивости автомобиля при движении на скоростях свыше 40 км/ч, снижение проходимости и др.
Учитывая изложенное, выбор рациональной конструкции «безопасного» колеса, при котором обеспечивается соответствие автотранспортных средств и машинно-тракторного парка (МТП) требованиям по стойкости к внешним воздействующим факторам и значительный ресурс шины является сложной, актуальной задачей, решаемой многими отечественными и зарубежными учеными в области автомобиле- и машиностроения.
Таким образом, научная задача исследований заключается в обосновании наиболее рациональной конструкции «безопасных» колес сниженной нагруженности. Сущность научной задачи заключается в определении зависимостей напряженного состояния внутренних опор «безопасных» колес от параметров их конструкции и режимов нагружения.
Исходя из сущности, научная задача исследований может быть структурирована на ряд взаимосвязанных частных задач:
- оценить современный уровень и перспективы совершенствования внутренних опор по их напряженному и тепловому состоянию;
- разработать математические модели зависимости напряженно-деформированного состояния внутренних опор от параметров их конструкций и режимов нагружения;
- провести экспериментальные исследования по оценке влияния параметров конструкции опоры на ее напряженно-деформируемое и тепловое состояние;
- разработать методику обоснования рациональной конструкции «безопасных» колес сниженной нагруженности для автомобильного транспорта (АТ) и МТП сельского хозяйства и предложения по их конструктивному исполнению.
Цель исследования: повышение эффективности эксплуатации автотранспортных средств, колесных тракторов и сельхозмашин за счет применения «безопасных» колес со сниженным уровнем напряжений и температуры во внутренних опорах.
Научная гипотеза: повышение работоспособности (ресурса) «безопасных» колес с внутренней опорой может быть достигнуто путем использования внутренних опор с рациональными параметрами конструкции, обеспечивающие пониженный уровень напряжений и температуры в резиновом массиве и не снижающие существующий уровень эксплуатационных свойств полноприводных автомобилей, колесных тракторов и сельхозмашин.
Объект исследования - внутренние опоры «безопасных» колес АТ и колесного МТП сельского хозяйства.
Предмет исследования - напряженно-деформированное и тепловое состояние резинового массива внутренних опор «безопасных» колес при качении.
Научная новизна работы заключается:
- в разработке зависимостей напряженного состояния внутренних опор от параметров их конструкции и режимов нагружения;
- в создании методики обоснования рациональной конструкции «безопасных» колес сниженной нагруженности.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные математические модели и программа расчета на ЭВМ показателей напряженно-деформированного состояния ВДО «безопасных» колес и опорной проходимости АТ и колесного МТП с известными или задаваемыми параметрами позволяют без проведения в полном объеме трудоемких дорогостоящих испытаний определять влияние различных конструктивных и эксплуатационных параметров колес на показатели подвижности машин и на этой основе выбирать на стадии проектирования конструктивные решения, обеспечивающие получение заданного уровня сельскохозяйственного транспорта.
Основные результаты, выносимые на защиту:
- математические модели зависимости напряженно-деформированного и теплового состояния «сплошной» и «лепестковой» опор при качении от параметров их конструкции и режимов нагружения;
- методика обоснования рациональной конструкции «безопасных» колес сниженной нагруженности для автомобильного транспорта и машинно-тракторного парка сельского хозяйства;
- рекомендации по конструктивному исполнению «безопасного» колеса» в соответствии с разработанными требованиями, обеспечивающими повышение подвижности автомобилей и колесного машинно-тракторного парка сельского хозяйства при повреждении пневматической шины.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на заседаниях заседании кафедры «Автомобильный транспорт» ФГБОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина, научно-практической конференции, 2-х симпозиумах «Проблемы шин и резинокордных композитов», научно-технических советах НТЦ ОАО «КАМАЗ» и ЗАО «БАЗ» при выполнении работ по совершенствованию колесных движителей грузовых и специализированных автомобилей КАМАЗ и БАЗ, применяемых в сельском хозяйстве.
Реализация результатов работы. ОАО «КАМАЗ» и ЗАО «БАЗ» при разработке и производстве колесных движителей грузовых и специализированных автомобилей КАМАЗ и БАЗ, предназначенных для эксплуатации в сельском хозяйстве, при применении требований к «безопасным» колесам и «Методики обоснования рациональной конструкции внутренних опор «безопасных» колес сниженной нагруженности».
Главным автобронетанковым управлением Министерства обороны Российской Федерации при разработке Государственной Программы вооружений на 2012-2020 гг., в НИОКР «Гидроген», «Пятихатец» и ОКР «Равнина» 21 НИИИ Минобороны России (ныне НИИЦ АТ ФБУ «3 ЦНИИ Минобороны России») при применении «Методики обоснования рациональной конструкции внутренних опор «безопасных» колес сниженной нагруженности».
Публикации. По материалам работы опубликовано 11 статей (из них 6 из перечня ВАК) и выпущено 3 научно-технических отчета.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложениий. Работа изложена на 198 страницах машинописного текста, включает 60 рисунков, 24 таблицы, библиографию из 121 наименования.
