Исследование тепловой напряженности шин опорных катков гусеничной машины

ложенных решений производилась по величине динамического момента на ведущем валу трансмиссии - по амплитудно-оборотной характеристике (рисунок 5).

Сравнение амплитудно-оборотных характеристик (графики 1,2 на рисунке 5) показывает, что предлагаемая конструкция согласующего редуктора позволяет вывести резонанс за пределы рабочего диапазона оборотов двигателя, сократить динамический момент в 5..6 раз, тем самым обеспечить повышение долговечности элементов согласующего редуктора.

Заключение

1 Предложенные в работе математическая модель и пакет компьютерных программ дают возможность исследовать динамику существенно нелинейной системы, установить закономерности возникновения резонансных режимов, подтвержденные экспериментально

2 Установлено, что одной из основных причин высокой динамической нагруженности и ограничения долговечности элементов ГМТ являются субгармонические ре-зонансы, вызванные близким совпадением частот свободных колебаний нелинейной системы с кратным значением частот возмущения дизельного двигателя. На основе установленных закономерностей определена область устойчивости и направление вариации параметров для ее обеспечения.

3 Проведенные экспериментальные исследования динамической нагруженности гидромеханической трансмиссии трех моделей СКШ, статистическая обработка их результатов подтверждают достоверность разработанной математической модели, отражающей физические процессы при резонансных режимах и корректность основных допущений.

4 На основе полученных результатов предложены технические решения, позволяющие уменьшить динамическую нагруженность трансмиссии, разработаны конструкции гасителей нового типа для согласующих редукторов ГМТ СКШ различных моделей. Это позволило вывести резонансные режимы за пределы рабочего диапазона оборотов двигателя и уменьшить динамическую нагруженность трансмиссии в 5...6 раз, тем самым создать предпосылки повышения долговечности элементов согласующего редуктора.

Список литературы

1 Держанский, В. Б. Прогнозирование динамической нагруженности

дотрансформаторной зоны ГМП. [Текст]/ В. Б. Держанский, И. А. Тараторкин, С. А. Шеломков // Автомобильная промышленность. -2008.- № 11.- С. 32-34.

2 Гришкевич, А. И. Проектирование трансмиссий автомобилей

[Текст]: справочник / А. Н. Гришкевич; под общ. ред. А. И. Гришкевича; М. : Машиностроение, 1984. - 272 с.

3 Ушенин, А. С. Гашение субгармонических колебаний в

гидромеханической трансмиссии // Электрон. журн. «Наука и образование: электронное научно-техническое издание». # 03, март 2013 DOI: 10.7463/0413.0548552. URL: http:// technomag. bmstu. ru/doc/548552. html.

4 Попов, Е. П. Теория нелинейных систем автоматического

регулирования и управления [Текст]: учебное пособие / Е. П. Попов. - 2-е изд. - М. : Наука, 1988. - 256 с.

5 Пановко , Я. Г. Введение в теорию механических колебаний [Текст]:

учебное пособие /Я. Г. Пановко. - 2-е изд., перераб.-М. : Наука, 1980. - 272 с.

6 Патент на полезную модель № 122952 от 20.12.2012

«Согласующий редуктор гидромеханической трансмиссии транспортной машины» / Держанский В. Д., Тараторкин И. А., Гизатуллин Ю. Н., Ушенин С. А.

УДК 629.113

В.Б. Держанский, И.А. Тараторкин

Курганский государственный университет, ИМАШ

УрО РАН

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ ШИН ОПОРНЫХ КАТКОВ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ

Аннотация: В статье приводится обоснование способа стабилизации тепловой напряженности шин опорных катков быстроходных гусеничных машин выбором угла установки блока подвески.

Ключевые слова: тепло, напряженность, шина, каток, опорный, равномерность, распределение.

V.B. Derzhanskii, I.A. Taratorkin Kurgan State University,

UrB RAS Institute of Engineering Science, Ekaterinburg

RESERACH OF THE THERMAL STRESS OF THE LOWER TRACK WHEEL TYRE OF TRACKED VEHICLES

Abstract. The article provides a rationale method for stabilizing the thermal stress of lower track wheel tyres of fastspeed tracked vehicles by choosing a setting angle of the suspension unit.

Index Terms: heat, stress, tyre, track wheel, lower, uniform distribution.

Введение

Современные условия применения быстроходных гусеничных машин характеризуются быстротечностью, частой сменой обстановки. В этих условиях возрастает уровень требований к надежности механизмов и систем гусеничной машины, которые обеспечивают ее подвижность. Особую значимость приобретает безотказная работа гусеничного движителя, который взаимодействует с многопараметрической внешней средой и подвержен наибольшим динамическим нагрузкам. Одним из элементов, ограничивающих долговечность движителя являются шины опорных катков, долговечность которых во многом определяется их тепловой напряженностью. Длительное воздействие высоких температур при пробегах машин с максимальной скоростью приводит к интенсивному накоплению необратимых структурных изменений (деградации) в массивных шинах, ухудшению упругих и прочностных свойств материала и тепловому разрушению [1]. Особо чувствительны к перегреву клеевые соединения массивной шины с диском опорных катков, допускаемая температура которых не превышает 150 ... 1530С. Нагрев шины происходит вследствие образования теплоты от внутреннего трения в процессе деформации. Значение температуры шин зависит от условий движения машины, вида грунта, температуры окружающей среды и параметров конструкции, физико-механических свойств материалов шины и беговой дорожки гусеницы, площади теплопередачи и др.

Теоретическое и экспериментальное исследование тепловой напряженности шин опорных катков

Основным параметром тепловой напряженности является температура в центральной части резинового массива. Наиболее распространенным типом измеритель-

ных приборов являются пирометры, позволяющие дистанционно определить наружную температуру шин, например Optris «LaserSight». Для определения температуры внутренних слоев необходимо решение уравнений теплопроводности. В этих уравнениях введен ряд параметров, граничных и начальных условий, которые в процессе проведения измерений существенно изменяются. В частности, температура наружных слоев после остановки машины быстро снижается, что снижает точность расчетных значений температуры внутренних слоев. В связи с этим разработана конструкция измерительного устройства для определения температуры внутренних слоев.

При модернизации машины с двухрядными опорными катками, с массивными шинами размера 560^9545, взаимодействующими с обрезиненной беговой дорожкой гусеницы и гидропневморессорами, установлена высокая неравномерность распределения температуры между внутренними и наружными шинами опорных катков. Движение осуществлялось по участку сухой бетонной трассы длиной 6,0 км с максимально возможной скоростью с разворотами в конце участка.

Определение температуры внутренних слоев массивных шин проводились двумя измерительными приборами, включающими игольчатые термопары, на обоих бортах машины одновременно, а наружных слоев - пирометром Optris «LaserSight».

При выполнении измерений температуры шин за пройденный путь 72 км максимальная скорость движения составила 70 км/ч, а средняя скорость составила 48 км/ч. Наиболее нагруженными являются внутренние шины 2,3,4 опорных катков обоих бортов. Максимальная температура составила 151оС на внутренней шине 3-го опорного катка правого борта.

Из приведенных данных следует, что нагрев шин после пробега 72 км с максимальной скоростью происходит крайне неравномерно между опорными катками и особенно между внутренними и наружными шинами отдельных опорных катков. Температура внутренних шин превышает температуру наружных (2,3,4 катков) до 90...102 градусов. Проведенный анализ показал, что неравномерность температур связана с перекосом осей балансиров в горизонтальной плоскости от 0,1 до 0,5 градусов, вызванного действием силы реакции грунта на опорные катки. Следует отметить, что это свойственно и другим машинам с двухрядными опорными катками [2;3].

В процессе эксплуатации машин чаще всего (до 89 %) происходит разрушение внутренних шин. Причиной является их перегрузка из-за консольного крепления опорных катков на оси балансиров. При этом большая часть нагрузки воспринимается внутренними шинами. Температура шин зависит также от условий теплопередачи, которая затруднена у внутренней шины, находящейся рядом с бортом корпуса. Перекос осей балансиров и опорных катков, связанный с упругой деформацией может быть компенсирован установкой блока подвески в процессе сборки с некоторым углом относительно вертикальной плоскости. Многообразие и сложность воздействия случайных сил нагружения опорных катков, условия передачи тепла приводят к необходимости выбора угла установки решением вероятностной задачи и проведением экспериментальной оценки эффективности.

Высокочастотное нагружение и деформирование шин опорных катков, особенно при резонансных режимах, приводит к существенному росту температуры шин. При определении тепловой напряженности шин опорных катков на резонансных режимах функционирования блоков подвески, возникающих при движении со скоростью в диапазонах от 2.6 и 8.16 м/с, установлено, что при пробе-

ге 12 км нагрев шин происходит так же, как при движении с максимальной скоростью на расстояние 72 км (температура наиболее нагруженных внутренних шин 2,3,4 опорных катков составляла 128.135 оС). Как установлено дальнейшими исследованиями, это связано с параметрическими резонансами из-за переменной жесткости упругого взаимодействия шины с обрезиненной беговой дорожкой гусеницы.

Для перспективных скоростных машин с высокой удельной мощностью тепловая напряженность массивных шин возрастает. В связи с этим необходимо предусмотреть конструктивные меры, обеспечивающие повышение долговечности, в том числе за счет уменьшения перекоса осей в процессе движения машины и оптимизации упругого взаимодействия шин с беговой дорожкой гусеницы. В данной работе приводится решение двух задач:

1 Вероятностный расчет угла установки блока подвески и экспериментальная оценка эффективности этого решения.

2 Разработка конструктивных мер по совершенствованию упругого взаимодействия шины с обрезиненной беговой дорожкой гусеницы.

При решении первой задачи определения требуемого угла установки блока подвески разработана математическая модель. Процесс нагрева и охлаждения опорных катков описывается следующей системой дифференциальных уравнений [3,4]:

31 т

Г д

дт

= а

Ш

дд чг

Л

дх2

ду2

дz2

Яш

дт

Гд2/

=а

д

д

д 2г

д

д 2г

Сш7Ш

\

д

дх2

ду

д7 2

ЯШ = 28,8-103 Рш Патш

Ь2 Е

Ситема решатся с учетом начальных и граничных условий, определяемых из уравнений теплообмена на границе шины и воздуха

аТШ (-ШП"

аТД (-ДП -В) = А

-В ) = -АШ

Где

Д

диска и воздуха

и уравнением конвек-

тивного теплообмена а0п --в ) =

где РШ - нагрузка на шину; - производительность внутренних источников тепла; ЬШ - ширина шины; ЕРШ -

модуль упругости шины; аш и а д - коэффициенты теп-

лопроводности шины и материала диска; атш

и а>

"ГД-

ко-

эффициенты теплоотдачи шины и диска; Аш,Ад,коэффициенты теплопроводности шины, диска и воздуха; t - температура с индексом «п», с индексов «в» - температура воздуха.

Принятая модель отличается от приведенной в работе [3,4] применением вероятностного подхода. Параметры, входящие в уравнение модели, являются случайными функциями изменения параметров приращения температуры (установлены по литературным данным и на основе экспериментов). Эта модель позволяет определить значение угла установки блока подвески из условия, обеспечивающего равновероятного нагружения массивных шин.

+

+

+

+

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 8

45

Для этого использован алгоритм имитационного моделирования на основе метода Монте-Карло [2].

Из результатов моделирования следует (нижний график на рисунке 1), что равная вероятность минимизации максимальной температуры слоев шин, среднего удельного давления в контакте шина-беговая дорожка и максимального ресурса обеспечивается при значениях угла установки блока подвески 25...30 угловых минут. Это же значение угла обеспечивает минимум среднего удельного давления q, максимум ресурса S, минимум приращения температуры дт .

Указанные параметры определены для рассматриваемой машины в соответствии с работой [1]: среднее удельное давление на поверхности контакта массивных шин и

беговой дорожки гусеницы Ц =

(рш'вш''ш - соот" "1Е ЧЕ

ветственно статическая нагрузка на шину, ширина шины и длина хорды, по которой происходит контакт);

ресурс 3 = 10 /к (а=5,25 к=8 - эмпирические коэффициенты); приращение температуры

о

дт = т; ч--

Ро

X"

+ -

Л1>

(Тв - температура воздуха, FШ - площадь поверхности резинового массива, охлаждаемого воздухом, FO - площадь поверхности обода, соприкасающаяся с шиной, Q -количество тепла, выделяемого массивной шиной за 1 с работы).В соответствии с этим результатом блок подвески установлен относительно борта корпуса на требуемый угол с использованием дополнительных пластин. При пробеге машины с максимальной скоростью в приведенных выше дорожных условиях и температуре окружающего воздуха распределение температур между шинами стало более равномерным (рисунок 2).

Из рисунка 2 следует, что введение угла установки блока подвески компенсирует упругие деформации балансира и обеспечивает более равномерного распределения тепловой напряженности между шинами, что способствует повышению ресурса массивных шин. Разность температур между внутренней и наружной шинами сократилась до 370 С. Некоторые отличия экспериментальных данных от расчетных связаны с тем, что при расчете не учитывается разность условий отвода тепла от внутренних и наружных шин. Следовательно, используемые зависимости при расчете приращения температур необходимо уточнить.

q - среднее удельное давление; S - ресурс (тыс. км); ДТ - приращение температуры, у - угол установки блока подвески; Р - плотность распределения температуры шин опорного катка при установке блока подвески под углом 0,5 градуса

Рисунок 1 - Изменение параметров работоспособности шин третьего опорного катка (95% уровень значимости) при вариации угла установки блока подвески

Л

Рисунок 2 - Результаты замера температуры массивных шин опорных катков при установке блока в вертикальной плоскости

При решении третьей задачи установлено, что движение машины с введенным углом установки блоков подвески с отклонением от вертикали на 29 угловых минут в диапазонах скорости движения от 2 до 6 и от 8 до 16 м/с также наблюдаются параметрические колебания независимо от угла установки блоков подвески. При этом температура шин повышается до предельного значения (150...1520С) за пробег в 12 раз меньший, чем при движении с максимальной скоростью. Выполненные экспериментальные исследования и соответствующие расчетные данные, показывают, что величина упругого сближения в контакте «шина - ОБД» по длине трака, следовательно и жесткость, являются переменными из-за различной толщины резинового слоя. Наибольшее упругое сближение наблюдается в зоне шарниров трака, где толщина эластичного слоя и пятно контакта имеют минимальные значения. Наименьшее упругое сближение происходит в средней части трака. Для других значений положения шины относительно трака упругое сближение имеет промежуточное значение. Полученные результаты и характер разрушений элементов ходовой части позволяют выдвинуть гипотезу о формируемой параметрических колебаний опорных катков. Условием возбуждения таких колебаний является переменная жесткость в контакте «шина-ОБД» [5].

Заключение

Обоснованное вероятностным расчетом значение угла установки блока подвески позволило снизить неравномерность распределение тепловой напряженности между шинами опорных катков ( с 90.102 до 370С).

Оптимизация упругого взаимодействия «шина-ОБД» позволяет уменьшить вероятность возбуждения параметрических резонансных колебаний и высокочастотного нагружения опорных катков, снизить температуру шин и повысить долговечность элементов ходовой части. Разработано техническое предложение, позволяющее стабилизировать параметр глубины модуляции жесткости по длине гусеницы [6].

Список литературы

1 Исаков, П. П. Теория и конструкция танка [Текст]/ П. П. Исакова. -

М. : Машиностроение, 1995. - Т.6. Вопросы проектирования ходовой части военных гусеничных машин.- 224 с.

2 Юркевич, А. В. Вестник транспортного машиностроения.

Исследование возможности выравнивания нагрузки между шинами 2-рядного опорного катка [Текст]/ А. В. Юркевич // ВНИИТМ.- 1994.- № 4.- С. 51-54.

3 Грах, И. И. Расчет теплового состояния массивных шин опорных

катков ВГМ [Текст] / И. И. Грах, В. Б. Проскуряков // Вестник бронетанковой техники. - 1985. - №1.

4 Смирнов, П. П. Повышение работоспособности опорных катков

военных гусеничных машин [Текст]: автореферат дис.... канд.техн.наук/П. П. Смирнов.-М. : НАТИ, 2002.- 21 с.

5 Держанский, В. Б. Формирование высокочастотного динамического

нагружения элементов ходовой части гусеничной машины [Текст]/В. Б. Держанский, И. А. Тараторкин //Механика машин, механизмов и материалов. Международный научно-технический журнал.- 2010.- № 2 (11). - С. 48-52.

6 Патент на полезную модель № 122353 от 27.11.2012 «Гусеница

транспортной машины» /В. Б. Держанский, И. А. Тараторкин, А. И. Тараторкин, Н. В. Максимов, Н. М. Пайнов.

УДК 629. 113. 004

Н.Н. Рыбин, А.В. Савельев

Курганский государственный университет

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И УПРАВЛЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ АВТОТРАНСПОРТНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Аннотация. Статья посвящена вопросам выбора структуры инженерно-технической службы комплексного автотранспортного предприятия, работающего в условиях рыночной экономики.

Рассмотренная на примере конкретного предприятия методика выбора эффективной структуры технической службы для определенных условий его работы может быть полезна специалистам в области технической эксплуатации автомобилей.

Ключевые слова: автотранспортное предприятие, техническая служба, структура, персонал, совершенствование, эффективность.

N.N. Rybin, A.V. Savelev Kurgan State University

IMPROVEMENT OF TECHNICAL SERVICE STRUCTURE AND MANAGEMENT OF THE AUTOMOBILE TRANSPORTATION ENTERPRISE

Abstract. The article is devoted to the problems of choosing an engineering service structure for a complex automobile transportation enterprise working in the conditions of free market economy.

Studied through the example of a given enterprise, the method of choosing an effective structure of the technical service for certain working conditions can be useful for specialists in the field of vehicle maintenance.

Index Terms: automobile transportation enterprise, technical service, structure, staff, improvement, effectiveness.

Введение

Эффективная работа автотранспортного предприятия (АТП) возможна только в том случае, когда перевозочный процесс обеспечивается в необходимой номенклатуре и количестве технически исправного подвижного состава (ПС). В комплексных АТП, которые сами выполняют все функции по техническому содержанию автомобилей (хранение, внешний уход, техническое обслуживание (ТО), диагностирование (Д), ремонт (Р), снабжение запасными частями, агрегатами и автоэксплуатационными материалами), это является задачей собственной инженерно-технической службы (ИТС). Но техническая служба и процессы ТО, Д и Р, которые выполняются ее структурами, являются весьма затратными (трудоемкость обслуживания и Р автомобиля за цикл эксплуатации в 3-4 раза превышают трудозатраты на его изготовление). Поэтому в условиях рынка такие предприятия оказались в сложной экономической ситуации, особенно грузовые, не имеющие дотации. Им пришлось выбирать: продолжать иметь собственную ИТС или отказаться от нее и все функции, которые она выполняла, осуществлять в автосервисе в виде платных услуг Во всяком случае АТП приходится посто-

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК S

47