УДК 629.3 Наземные средства транспорта (кроме рельсовых)
В статье приведены преимущества лесовозных тягачей с полуприцепами в сравнении с одиночными лесовозными автомобилями. Описаны существующие дорожные условия эксплуатации седельных автопоездов, задействованных при вывозке лесоматериалов потребителям. Рассмотрены причины и последствия нагружения элементов седельно-сцепных устройств автопоездов. Представлены зависимости изменения усилий в сцепном устройстве от значений коэффициентов сцепления и распределения тормозных сил, величины замедления седельного автопоезда, а также от высоты центра тяжести полуприцепа автопоезда. Рассмотрены закономерности изменения тормозного пути, замедления и усилия сжатия в седельно-сцепном устройстве автопоезда от недоиспользования сцепного веса тягача с полуприцепом. Проанализированы зависимости изменения нагрузок в седельно-сцепном устройстве от дорожных условий, загруженности автопоезда, места установки седельно-сцепного устройства на тягаче, а также от коэффициента демпфирования. Приведен анализ осциллограмм изменения сил в шкворне устройства в процессе резкого торможения на криволинейной и прямолинейной траектории с различными вариантами торможения отдельными звеньями. Описано влияния загруженности автопоезда, скорости его движения, типа дорожного покрытия, конструктивных параметров сцепного устройства, наличия смазочного материала на опорной плите, уровне ее износа на изменение момента со-противления в таком устройстве. Обоснована необходимость повышения эффективности лесовозных тягачей с полуприцепами за счет совершенствования существующих конструкций седельно-сцепных устройств.
АВТОПОЕЗД, ТЯГАЧ, ПОЛУПРИЦЕП, СЕДЕЛЬНО-СЦЕПНОЕ УСТРОЙСТВО, НАГРУЗКИ, ШКВОРЕНЬ, ОПОРНАЯ ПЛИТА, СКОРОСТЬ, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА, ВЫВОЗКА ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ, СЛОЖНЫЕ ДОРОЖНЫЕ УСЛОВИЯ, НАДЕЖНОСТЬ.
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Вывозка лесоматериалов лесовозным автомобильным транспортом является наиболее трудоемкой и капиталоемкой фазой лесозаготовительного процесса, от эффективности которой зависит конечная себестоимость лесоматериалов, доставляемых потребителям, и, как следствие конкурентоспособность лесозаготовительных предприятий. Одним из наиболее распространенных типов лесовозных автопоездов (ЛА), задействованных в процессе вывозки лесоматериалов, является ЛА, состоящий из лесовозного тягача (ЛТ) и полуприцепа (ПП). Такой ЛА дает возможность в сравнении с одиночным лесовозным автомобилем снизить транспортные издержки на 23 %, уменьшить износ дорог на 40 %, сократить расход топлива на 15 % и число ездок, а также существенно снизить конечную себестоимость лесоматериалов [1, 2].
Дорожные условия эксплуатации ЛТ с ПП имеют существенные отличия от дорожных условий эксплуатации подобных автопоездов общего назначения. Они характеризуются недостаточной обустроенностью лесовозных дорог (ЛД), движение по которым в процессе вывозки лесоматериалов ЛТ с ПП сопровождается увеличением числа троганий и частыми торможениями ЛА. Особенностью динамики торможения ЛА является возникновение ударных нагрузок между его звеньями, последствия которых проявляются в снижении скорости движения автопоезда и производительности, а также в увеличении расхода топлива. При резком торможении ЛТ с ПП перед преодолеваемой неровностью ЛД, происходящее под воздействием инерционных сил изменение траектории движения звеньев автопоезда относительно друг друга, способствует возникновению нежелательного эффекта «складывания» ЛА. Наиболее часто, при торможении седельного автопоезда вследствие возникновения ударных нагрузок между его звеньями происходит в той или иной степени рассогласование срабатывания тормозных механизмов ЛТ и ПП, которое при торможении автопоезда может по времени превышать 0,6 с. Основной причиной такого рассогласования является неравномерный износ тормозных накладок ПП в сравнении с ЛТ. Неравномерность изнашивания связана с массой ПП, превышающей массу ЛТ [3-5].
Одним из важнейших элементов конструкции ЛТ с ПП, от которого зависят эксплуатационные свойства ЛА и эффективность его функционирования, является седельно-сцепное устройство (ССУ). При движении ЛА с резким приложением к его колесам тяговых и тормозных сил, элементы конструкции ССУ воспринимают тяговые усилия и вертикальные нагрузки, а также изгибающие моменты, действие которых осуществляется в плоскости, перпендикулярной продольной оси седельного автопоезда. Изгибающие моменты оказывают воздействие на опорные кронштейны. Тяговые усилия воспринимаются шкворнем и деталями разъемно-сцепного механизма. Вертикальные нагрузки оказывают воздействие на кронштейны и опорные плиты. На величину нагрузок, воздействующих на ССУ оказывают влияние значительное количество не только конструктивных, но и эксплуатационных факторов. К конструктивным факторам относят соотношение масс звеньев автопоезда, жесткость упругой связи, а также размеры зазоров в ССУ. С увеличением величины зазоров в ССУ и жесткости упругой связи динамическое взаимодействие между звеньями автопоезда приобретает ударный характер. Это снижает надежность, как самого устройства, так и автомобиля в целом [6-9].
Детали ССУ, подвергающиеся воздействию нагрузок, неоправданно быстро изнашиваются. Сцепной шкворень, опорная плита, захват разъемно-сцепного механизма, подшипники опорных кронштейнов наиболее сильно подвержены износу, степень которого, прежде всего, зависит от условий эксплуатации ЛА и конструкции ПП. Износ этих деталей увеличивается при эксплуатации ЛА на недостаточно обустроенных ЛД и дорогах с большим числом поворотов при высоком расположении центра тяжести ПП [10].
В этой связи, анализ влияния различных факторов, оказывающих воздействие на изменение величины нагрузок в традиционных конструкциях ССУ, является актуальной задачей. Учет этих факторов даст возможность выявить перспективные направления повышения эффективности ЛА, оснащенных традиционными ССУ, а также разработать и предложить новые технические решения таких устройств, обеспечивающие снижение воздействующих на его детали нагрузок.
1. Никонов, В. О. Анализ влияния условий работы лесовозных автопоездов на надежность и своевременность их технического обслуживания / В. О. Никонов, В. И. Посметьев // Воронежский научно-технический вестник. - 2022. - Т. 1, № 1 (39). - С. 52-68. - Библиогр. : с. 64-68 (25 назв.). - DOIhttps://doi.org/10.34220/2311-8873-2022-52-68.
2. Никонов, В. О. Оценка эффективности использования существующих схем компонования лесовозных автопоездов / В. О. Никонов, В. И. Посметьев // Воронежский научно-технический вестник. - 2022. - Т. 1, № 1 (39). - С. 81-97. - Библиогр. : с. 93-97 (29 назв.). - DOIhttps://doi.org/10.34220/2311-8873-2022-81-97.
3. Никонов, В. О. Современное состояние, проблемы и пути повышения эффективности лесовозного автомобильного транспорта / В. О. Никонов ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». - Воронеж, 2021. - 202 с. - Библиогр. : с. 181-202 (196 назв.).
4. Никонов, В. О. Анализ конструктивных особенностей седельно-сцепных устройств тягачей с полуприцепами / В. О. Никонов, В. И. Посметьев, Т. Н. Фомин // Воронежский научно-технический вестник. - 2019. - Т. 1, № 1 (27). - С. 20-32. Режим доступа : http://vestnikvglta.ru/arhiv/2019/1-27-2019/20-32.pdf - Загл. с экрана. - Библиогр. : с. 30-32 (25 назв.).
5. Ким, В. А. Математическая модель ударного нагружения шарнирного пальца сцепного устройства седельного автопоезда / В. А. Ким, А. А. Полунгян // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2004. № 2. - С. 51-61. - Библиогр. : С. 61 (5 назв.).
6. Marcomini, J. B. Failure Analysis of a Hot Forget SAE 4140 Steel Kingpin / J. B. Marcomini, C. A. R. P. Baptista, J. P. Pascon, R. L. Teixeira, P. C. Medina // International Journal of Engineering Research Science, 2, 6, 2016. - 8 p. Bibliogr. : pp. 7-8. (17 titles).
7. Reboh Y. Failure analysis of fifth wheel coupling system / Reboh Y., Griza S., Reguly A., Strohaecker T. R. // Engineering Failure Analysis 15 (2008) - pp. 332-338. - Bibliogr. : pp. 338 (10 titles). - DOIhttps://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2007.02.007.
8. Zhang Q. Failure analysis of the fifth wheel couplings utilized in heavy semi-trailer tractors / Zhang Q., Wei S., Chen Y. // Engineering Failure Analysis 109 (2020) 104352. - 12 p. - Bibliogr. : pp. 12 (16 titles). - DOIhttps://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.104352.
9. Fernandes P. J. L. Examination of a failed fifth wheel coupling / P. J. L. Fernandes // Engineering Failure Analysis. Volume 5, Issue 1, March 1998, pp. 29-33. - DOIhttps://doi.org/10.1016/S1350-6307(97)00024-1.
10. Сорочан, Ю. П. Зарубежные конструкции седельно-сцепных устройств / Ю. П. Сорочан // Автомобильная промышленность, 1980, № 6. - С. 35-39.
11. Закин, Я. Х. Прикладная теория движения автопоезда / Я. Х. Закин, д-р техн. наук. - Москва : Транспорт, 1967. - 255 с. - Библиогр. : с. 251-253 (51 назв.).
12. Закин, Я. Х. Конструкции и расчет автомобильных поездов / Я. Х. Закин, М. М. Щукин, С. Я. Марголис, П. П. Ширяев, А. С. Андреев // Издательство Машиностроение, Ленинград, 1968 - 332 с. - Библиогр. : с. 328-330 (71 назв.).
13. Динамика длиннобазных автопоездов / М. С. Высоцкий, А. В. Жуков, Г. В. Мартыненко и др. - Минск : Наука и техника, 1987. - 198 c. - Библиогр. : с. 192-196 (84 назв.).
14. Высоцкий, М. С. Основы проектирования модульных магистральных автопоездов / М. С. Высоцкий, С. И. Кочетов, С. В. Харитончик. - Минск : Беларус. Навуки, 2011. - 392 с. - Библиогр. : с. 323-332 (128 назв.).
15. Василевский, В. И. Теоретическое и экспериментальное определение сил в сцепке седельного автопоезда / В. И. Василевский // Вестник Белорусской Государственной Сельскохозяйственной Академии, 2017, № 3. - С. 131-134. - Библиогр. : С. 134 (5 назв.).
16. Билык, О. В. Улучшение динамики колесных машин путем синтеза алгоритмов управления их движением на основе анализа силовых факторов / О. В. Билык // автореферат дис. … кандидата технических наук : 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины. ГУ ВПО Белорусско-Российский университет, Могилев, 2008. - 25 с.
17. Сазонов, И. С. Новые компоненты автоматических систем управления движением седельных автопоездов / И. С. Сазонов, В. А. Ким, О. В. Билык, Г. В. Бочкарев // Автомобильная промышленность, 2010, № 2. - С. 12-14.
18. Rashabh N. Characteristics of Fifth Wheel and its Influence on handling and maneuvering of Articulated Heavy vehicles / N. Rashabh // Master thesis. Department of Mechanics and Maritime Sciences. Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden 2018. - 89 p. - Bibliogr. : pp. 63-65. (36 titles).
19. Ren Yuan-yuan Handling Stability of Tractor Semitrailer Based on Handling Diagram / Ren Yuan-yuan, Zheng Xue-lian, Li Xian-sheng // Hindawi Publishing Corporation Discrete Dynamics in Nature and Society Volume 2012, Article ID 350360, 16 p. - Bibliogr. : pp. 15-16. (25 titles). - DOIhttps://doi.org/10.1155/2012/350360.
20. Brent William Shoffner Development and validation of a finite element analysis model used to analyze coupling reactions between a tractor is fifth wheel and a semitrailer is kingpin / Brent William Shoffner // A Thesis in Mechanical Engineering, 2008. - 92 p. - Bibliogr. : pp. 79-80. (13 titles).
