Статья: Экспериментальные исследования эффективности конструкции для межколесного перераспределения весовой нагрузки

Дальневосточный государственный аграрный университет

Экспериментальные исследования эффективности конструкции для межколесного перераспределения весовой нагрузки

Кузнецов Е.Е.

Кривуца З.Ф.

Шарвадзе Р.Л.

Краснощекова Т.А.

Перепелкина Л.И.

Кузнецова О.А.

Авняв М.А.

Аннотация

колесный движитель сцепной вес

Безопасность движения автомобилей или специальной техники на базе колесных шасси под воздействием прочных твердых предметов, подвергшихся внешним или внутренним изменениям колесного движителя в ходе выполнения транспортных задач, при отсутствии возможности проведения необходимого ремонта в относительно короткий период времени, в частности, в условиях низких температур окружающего воздуха или горных местностей, является важной технической задачей, требующей математического обоснования и инженерных решений.

Проведенные исследования показывают, что добиться снижения временных потерь и повысить безопасность эксплуатации автомобиля при изменении перекатывающей способности колесного движителя при его повреждении возможно за счет перераспределения вертикальных нагрузок на движители одной несущей оси.

В статье предлагаются конструкции перспективных устройств, предназначенных для межколесного перераспределения сцепного веса, и приводятся данные экспериментального исследования автомобиля с рамочным регулятором нагрузки на транспортных работах.

Ключевые слова: транспортное средство, колесный движитель, безопасность, перераспределение, нагрузка, эффективность

От безопасности и эффективности эксплуатации транспортных средств зависят не только себестоимость единицы произведенной продукции, но и финансово-хозяйственная деятельность и экономическая долговечность предприятия [1, 2]. Использование колесных энергетических средств в производстве показывает, что в процессе транспортировки грузов нередко возникают ситуации, когда транспортное средство вынужденно простаивает при выполнении операций или попадает в дорожно-транспортное происшествие вследствие потери перекатывающей способности колесных движителей, происшедшей вследствие внешнего воздействия твердыми прочными предметами [8, 17].

Следовательно, возможность продолжения движения транспортного средства, геометрия или конструкция движителей которого подверглась внезапному изменению в движении, является немаловажной задачей повышения производительности, эффективности и безопасности эксплуатации колесной техники [6, 19].

Анализ существующих конструкций подтверждает отсутствие встраиваемых в ходовую систему устройств, предназначенных для продолжения движения транспортного средства за счет перераспределения весовой нагрузки между движителями. Поэтому в процессе решения поставленной задачи при проведении патентного поиска были предложены конструкции устройств [7, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16], чья установка в ходовую систему автомобиля поможет решить поставленную задачу.

Рассмотрим особенности конструкции и принцип работы следующих предлагаемых устройств:

1) межколесный регулятор нагрузки автомобиля [10] (рис. 1, 2);

2) рамочный регулятор нагрузки [13] (рис. 3-5).

Рис. 1. Принципиальная схема межколесного регулятора нагрузки автомобиля

Рис. 2. Установочная схема межколесного регулятора нагрузки автомобиля

Межколесный регулятор нагрузки автомобиля содержит конструкцию 1, состоящую из фигурной П-образной тяги 2 с горизонтальными окончаниями 3, выполненной из пружинной стали, закрепленной с верхней частью чулка 4 моста 5 автомобиля 6 болтовыми стремянками 7 и опорного рычага 8 с шарниром 9, проходящего через П-образную часть тяги 2 с горизонтальными окончаниями 3 и установленного в технологических отверстиях поперечной траверсы 10 рамы 11 автомобиля 6.

Устройство работает следующим образом:

При наезде на препятствие или проваливании ходовой части автомобиля в неровности грунта мост 5 автомобиля 6 производит вертикальное движение, глубина проваливания моста 5 ограничивается длиной опорного рычага 8, причем П-образная часть тяги 2 с горизонтальными окончаниями 3 упирается в шарнир 9 с возможностью горизонтального смещения. При этом происходит перераспределение весовой нагрузки с вертикально движущейся части моста 5 через опорный рычаг 8 на поперечную траверсу 10 и раму 11 автомобиля 6, вызывая вертикальную реакцию устранения силового воздействия, что ведет к выравниванию моста 5 автомобиля 6.

Рис. 3. Принципиальная схема рамочного регулятора нагрузки

Рамочный регулятор нагрузки выполнен в виде конструкции 1, состоящей из двух одинаковых реактивных штанг 2 и 3 с вилочными окончаниями 4, установленных вертикально в кронштейнах 5 на верхней части чулка моста 6 транспортного средства 7 и объединенных шарнирно с узлом коромысла 8, который фиксирован силовым шарниром 9 в опорном рычаге 10, смонтированном болтовым соединением в технологических отверстиях поперечной траверсы рамы 11 колесного транспортного средства 7.

Рис. 4. Принципиальная схема опорного рычага рамочного регулятора нагрузки

Рис. 5. Принципиальная схема рамочного регулятора нагрузки, установленного в ходовой системе автомобиля

Устройство работает следующим образом:

При наезде на препятствие или проваливании движителя автомобиля в неровности грунта мост 6 транспортного средства 7 производит вертикальное движение вниз, глубина проваливания части моста 6 ограничивается длиной паза опорного рычага 10 и отклонением узла коромысла 8, причем противоположная вертикально смещаемой часть моста 6 в этот момент производит вертикальное движение вверх. При этом происходит перераспределение весовой нагрузки с вертикально движущейся вниз части моста 6 через узел коромысла на опорный рычаг 10 и поперечную траверсу рамы 11 колесного транспортного средства 7, вызывая реакцию устранения силового воздействия, что ведет к выравниванию моста 6 транспортного средства 7.

При сравнении предлагаемых устройств по факторам наименьшей металлоемкости, удобства в обслуживании и эксплуатации [3, 5] для изготовления пилотной установки была выбрана конструкция рамочного регулятора нагрузки, впоследствии примененная с целью экспериментального подтверждения эффективности предлагаемого решения и определения влияния перераспределения сцепного веса между движителями моста в реальных условиях эксплуатации. Полевые исследования проводились в виде сравнительных испытаний. Полученные данные обрабатывались при помощи методов статистики и специальных математических программ на ЭВМ [3, 4]. При этом в качестве объектов исследования были выбраны следующие транспортные средства и встраиваемые конструкции:

1) автомобиль КамАЗ-4350 в серийном исполнении (рис. 6);

2) автомобиль КамАЗ-4350 с установленным устройством для межколесного перераспределения веса - рамочным регулятором нагрузки (рис. 7);

3) устройство для межколесного перераспределения веса - рамочный регулятор нагрузки (рис. 8).

Рис. 6. Автомобиль КамАЗ-4350 в серийном исполнении

Рис. 7. Автомобиль КамАЗ-4350 с установленным устройством для межколесного перераспределения веса - рамочным регулятором нагрузки

Рис. 8. Устройство для межколесного перераспределения веса - рамочный регулятор нагрузки

В ходе эксперимента производились замеры следующих параметров и эксплуатационно-технологических показателей: производительность за 1 ч. эксплуатационного или сменного времени; качество выполнения рабочей операции; удельный расход топлива; количество обслуживающего персонала; длина плеча подвоза, время основной работы; затраты времени работы по элементам; размер перевезенного груза; общее количество израсходованного топлива; время на повороты; время на проведение технологического обслуживания; время на устранение технологических отказов; время на проведение периодического технического обслуживания; время на устранение технических отказов; часовая производительность агрегата [9, 18].

Экспериментальные исследования проведены в КФХ «Заречное» Благовещенского района Амурской области в условиях дорог 5 технической категории на транспортных работах по доставке песчано-гравийной смеси, длина плеча подвоза составляла 5500 м.

Полученные результаты сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Сравнительные хозяйственные испытания серийного автомобиля КамАЗ-4350 и экспериментального автомобиля КамАЗ-4350 с межколесным регулятором на транспортных работах

Полученные результаты показывают (табл. 1), что использование экспериментального автомобиля КамАЗ-4350 с межколесным регулятором позволило повысить производительность в час времени движения на 10,3%, в час чистого рабочего времени - на 6,6% по сравнению с серийным КамАЗ-4350. Экономия времени на плече подвоза 5500 метров составила 1,1 мин., дизельного топлива - 0,04 л/км, что в денежном эквиваленте составляет 180 руб. на 100 км. В перерасчете на выполнение транспортной операции за одну рабочую смену - 20 мин (0,3 ч.), дизельного топлива - 8,9 л., в денежном эквиваленте - 420 руб./смена.

Экспериментальные образцы устройств перераспределения сцепного веса, установленные в ходовую систему транспортного средства, прошли производственные испытания и показали высокую эффективность в хозяйствах Амурской области: ООО «Диагностика», КФХ «Заречное». Экономический эффект от внедрения результатов исследований составил от 32016 до 64801 руб., в зависимости от марки используемого автомобиля и вида транспортных операций.

Список использованных источников

1. Алдошин Н.В., Егоров Р.В. Оптимизация транспортных процессов. Учебное пособие. - М.: ФГБОУ ВПО МГАУ. - 2011. - 40 с.

2. Алдошин Н.В., Пехутов А.С. Повышение производительности при перевозке сельскохозяйственных грузов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2012, № 4. - С. 26-27.

3. Антонов Д.А. Теория устойчивости движения многоосных автомобилей. - М.: Машиностроение. - 1970. - 176 с.

4. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: учебник для ВТУЗов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука. - 1988. - 639 c.

5. Гребнев В.П., Бочаров А.В. Эффективность корректирования вертикальных нагрузок на колеса тракторного транспортного агрегата // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2001, № 7. - С. 5-7.

6. Кривуца З.Ф. Повышение эффективности транспортно-технологического обеспечения АПК Амурской области: дис. д-ра техн. наук: 05.20.01. - Благовещенск. - 2015. - 362 с.

7. Корректор межосевой нагрузки автомобильного прицепа / В.И. Худовец [и др.] // Патент на полезную модель № 164095 Заявка № 2015155488/11 от 23.12.2015 Опубликовано 20.08.2016 Бюл. № 23.

8. Щитов С.В., Иванов С.А., Кузнецов Е.Е., Панова Е.С., Поликутина Е.С. Методологическое обоснование выбора конструкции устройств рационального перераспределения сцепного веса // АгроЭкоИнфо. - 2016, № 2. http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2016/2/st_209.doc.

9. Кузнецов Е.Е. Пути повышения эффективности мобильных энергетических средств и сельскохозяйственных агрегатов на полевых и транспортных работах: дис. д-ра техн. наук: 05.20.01. - Благовещенск. - 2017. - 312 с.

10. Межколесный регулятор нагрузки автомобиля / Т.В. Шарипова [и др.] // Патент на полезную модель № 164614 Заявка № 2016105934 от 19.02.2016 Опубликовано 10.09.2016 Бюл. № 25.

11. Межосевой регулятор веса /З.Ф. Кривуца [и др.] // Патент на полезную модель № 166919 Заявка № 2016120206 от 24.05.2016 Опубликовано 10.12.2016 Бюл. № 34.

12. Пассивный межколесный регулятор веса /В.А. Сенников [и др.] // Патент на полезную модель № 166779 Заявка № 2016120547 от 25.05.2016 Опубликовано 10.12.2016 Бюл. № 34.

13. Рамочный регулятор нагрузки /Д.А. Петров [и др.] // Патент на полезную модель № 166665 Заявка № 2016130257 от 22.07.2016 Опубликовано 10.12.2016 Бюл. № 34.

14. Регулятор осевой стабилизации колесного трактора /Ю.Н.Рубан [и др.] // Патент на изобретение № 2590786 Заявка № 2015113139/11 от 09.04.2015 Опубликовано 10.07.2016 Бюл. № 19.

15. Регулятор колебаний движителя моста колесного транспортного средства /Е.С. Поликутина [и др.] // Патент на изобретение № 2598363 Заявка № 2015119310 от 21.05.2015 Опубликовано 20.09.2016 Бюл. № 26.

16. Стабилизатор нагрузки управляемого моста колесного трактора /А.И. Гончарук [и др.] // Патент на изобретение № 2590789 Заявка № 2015114193/11 от 16.04.2015 Опубликовано 10.07.2016 Бюл. № 19.