Обоснование параметров рамных конструкций транспортных средств категории О3

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире проводятся исследования направленные на эффективное использование энергии и ресурсов, создание и производство технологий и технических средств обеспечивающих их сбережение. «Если учесть, что в мире на площаде 4 млрд. 889 млн. гектаров производится сельскохозяйственная продукция»1, то создание транспортных средств категории ОЗ для перевозки этих продукций является одной из актуальных проблем. В этом направлении в ведущих странах мира, в том числе, «США, Германии, Англин, Италии, Франции, Норвегии, Венгрии, Чехии и др., где уделяется особое внимание применению высокопроизводительных транспортных средств при перевозке сельскохозяйственных грузов, достигнуты определенные успехи»". В годы независимости в нашей стране особое внимание уделяется снижению затрат энергии при перевозке сельскохозяйственных грузов и производству высокоэффективной техники. В том числе, с целью снижения затрат расхода горюче-смазочных материалов, затрат труда и других издержек за счет сбережения энергии и ресурсов, а также повышения производительности проведен ряд научно-исследовательских работ, направленных на создание транспортных средств для перевозки сельскохозяйственных грузов. Это является основой для обоснования параметров рамных конструкций транспортных средств. Вместе с показателями прочности и надежности рамных конструкций транспортных средств производимых в мире, важное значение имеет повышение их экономической эффективности. В этой области осуществление целенаправленных научных исследований является приоритетной задачей при этом весьма актуальны исследования в следующих направлениях: уменьшение расхода горюче-смазочных материалов за счет экономии энергии и ресурсов при перевозке сельско-хозяйственных продукций, расчет геометрических параметров рамных конструкций транспортных средств, определение напряженно-деформированного состояния и уменьшить затраты на разработку новых конструкций за счет расчета параметров обеспечивающих их долговечность, перемещения большого объема испытаний из области экспериментальных работ в область теоретических исследований на ЭВМ. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента Республики Узбекистан №ПП-1758 от 21 мая 2012 года «О программе дальнейшей модернизации, технического и технологического перевооружения сельскохозяйственного производства на 2012-2016 годы», Указ Президента Республики Узбекистан №У П-4947 от 7 февраля 2017 года «О стратегии действий по дальнейшему развитию республики Узбекистан» и Постановлении Кабинета Министров Республики Узбекистан №215 от 14 июля 2012 года «О мерах обеспечения реализации программы дальнейшей модернизации,технического и технологического перевооружения сельскохозяйственного производства на 2012 - 2016 годы», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является обоснование параметров рамных конструкций транспортных средств категории ОЗ. Научная новизна исследования заключается в следующем: обоснованы геометрические параметры автотракторного прицепа и его рамной конструкции; разработаны методики расчета прочностных характеристик, показателен работоспособности и долговечности рамной конструкции автотракторного прицепа; усовершенствована формула расчета ресурса рамы прицепа, выполненного из элементов стального проката различных марок, путем введения поправочного коэффициента; усовершенствована формула оценки долговечности рамы прицепа на основе распределения Вейбуллы и степенного уравнения кривой усталости. Заключение На основе результатов исследований, проведенных по теме «Обоснование параметров рамных конструкций транспортных средств категории ОЗ» диссертации доктора философии (PhD) представлено следующее заключение: 1. На основании анализа существующих рамных конструкций автомобильных и тракторных прицепов, предназначенных для перевозки различного веса и видов грузов предложена рамная конструкция для проектируемого прицепа категории ОЗ. Так как проектируемые прицепы, предназначены для бестарной перевозки хлопка-сырца, сельскохозяйственных и сыпучих строительных грузов большой (1200 кг/м3) и малой (100 кг/м3) плотности, то конструкция прицепов предусматривает комплектацию кузовов разными надставками. Предложены внутренние размеры кузовов тракторных прицепов грузоподъемностью 4, 6, 8 и 10 тонн. Проведенные исследования характеристик прицепов грузоподъемностью 6, 8 и 10 тонн и условия эксплуатации, позволили выбрать и обосновать их габаритные размеры. 2. На основании анализа математических зависимостей, позволяющих производить расчеты упругих деформаций рамных конструкций, выбраны уравнения, включающие в себя виртуальное решение возможных перемещений (деформаций) элементов рамы. Эти уравнения позволяют учитывать влияние закручивания рамы, вызванное движением по неровной поверхности и перераспределением массы, т.е. в систему уравнений изгиба дополнительно включаются уравнений кручения. 3. Разработана методика численного расчета напряженно-деформнруемого состояния рамы прицепа на основе метода конечных элементов, позволяющая определять деформацию изгиба рамы от внешней нагрузки, соответствутощей номинальной грузоподъемности прицепа; совместную деформация рамы от массы груза и кручения при переезде колесом (стороной) через препятствие; учитывать податливости (осадки) упругих элементов подвески (рессор) на напряженно-деформируемое состояние рамы. 4. Проведена оценка достоверности предложенной методики путем сопоставления результатов теоретических и экспериментальных исследований. Результаты теоретических исследований были сопоставлены с экспериментальными данными, полученными на автотракторных прицепах, грузоподъемностью 4 тонн. Сопоставительный анализ показал хорошее согласование этих данных (максимальные значения напряжения в пределах 11%). 5. На основе разработанной методики проведен расчет нормальных напряжений в узлах лонжеронов и поперечин 6 тонного и 8 тонного прицепов. Анализ результатов для 6 и 8 тонного прицепов показал, что выбранные геометрические параметры лонжерона удовлетворяет условиям прочности во всех 4 случаях (дороги с гудронным покрытием, дороги с гравийным покрытием, поворотная полоса, глубокий кювет) движения прицепа. Все значения максимальных нормальных напряжений меньше максимально допустимого (Опих=274 МПа). Для поперечин результаты расчетов показали, что геометрические параметры 4 поперечин из 7 поперечин удовлетворяют условиям прочности, для 3 значения максимальных нормальных напряжений превышают максимально допустимое. Проведенные дополнительные расчеты позволили найти решение этой задачи, путем увеличения площади сечения (момента инерции сечения) в узловых точках. Например, увеличение момента инерции поперечины с 225,422 см4 до 724,542 см4, позволил уменьшить максимальное значение нормального напряжения с 692 до 215,3 МПа. 6. Проведено обоснование показателей безотказности и долговечности проектируемой рамы прицепа. На основании расчета коэффициентов сложности элементов рамы произведён расчет требуемых показателей безотказности, в том числе вероятности безотказной работы и средних наработок на отказ. Для оценка долговечности рамы предложена формула с поправочным коэффициентом еп, которую можно использовать при расчете ресурса рам прицепов, выполненных из элементов стального проката различных марок. Также предложена формула оценки долговечности рамы прицепа, основанная на распределении Вейбулла и степенного уравнения кривой усталости. На конкретном примере показана адекватность предложенной формулы эксперимантальным значениям (Отклонения от экспериментальных значений НЛТИ составляет 10 %). 7. Обоснованность теоретико-методологических положений и полученных результатов работы, их научная, практическая и экономическая значимости подтверждаются внедрением компьютерных программ и патента на промышленный образец РУз в производственную деятельности акционерного общества «Ташкентский завод сельскохозяйсивенной техники» и унитарного предприятия специального конструкторского бюро «Трактор», а также в учебном процессе Ташке>ггского института по проектированию, строительству и эксплуатации автомобильных дорог. 8. Использование созданных компьютерных программ при производстве рамы тракторного прицепа за счет повышения качества и эффективности проектирования, сокращения затрат на проведения опытно-конструкторских и заводских испытаний позволяет получить экономический эффект в размере 4,1 млн.сум в год.