UDK 629.3 Наземные средства транспорта (кроме рельсовых)
A description of the consequences of the dete-rioration of the operational properties of logging trucks with trailers during their unsteady movement along insufficiently equipped logging roads is given. The negative impact exerted by traditional designs of traction-coupling devices on the operational properties of timber road trains is listed. The dependences of the change in fuel consumption, load capacity and speed of the road train on the uneven resistance to movement are considered. The dependences of the change in the force in the towing device of the road train and the stock of transverse sta-bility on the mass of the trailer are presented. The dependences of the change in the magnitude of the force in the coupling device of the road train during braking with the brake system of the trailer turned off and on, with a change in the damping coefficient, with a change in the speed of the road train and the type of supporting surface of the road, with a change in the rigidity of the elastic coupling, are analyzed. The dependences of the change in efforts in the traction-coupling device of a road train on the size of the gap in the coupling and the rate of engagement of the clutch, the value of the coef-ficient of the weight characteristics of the road train are considered. The dependences of the change in longitudinal forces in the traction-coupling device of the road train on the quality of the road surface, on the stiffness coefficient are given. The necessity of development and practical use of new designs of traction-coupling devices with the possibility of continuous control of their characteristics depending on the conditions of the movement of a timber road train, damping and energy recovery of the working fluid is substantiated.
LOGGING TRUCK, TRAILER, TOWING DEVICE, LOGGING ROAD, PER-FORMANCE PROPERTIES, DAMPING, FUEL CONSUMPTION, LOADS, DRIVING DYNAMICS.
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Повышение объемов заготавливаемых лесоматериалов и возрастающая потребность в их вывозке помимо увеличения производительности лесовозного автомобильного транспорта требуют повышения его экономичности и комфортности. Одним из способов повышения эффективности вывозки лесоматериалов является увеличение грузоподъемности лесовозных автомобилей, что достигается, в частности за счет применения лесовозных автомобилей-тягачей с прицепами. Эксплуатация лесовозных автопоездов, как динамических систем, осуществляется в сложных дорожных и природно-климатических условиях, носящих случайный характер. Наличие шарнирных связей между лесовозными тягачами и прицепами приводит в процессе их неустановившегося движения по недостаточно обустроенным лесовозным дорогам к ухудшению эксплуатационных свойств, сопровождаемых: снижением проходимости, устойчивости и управляемости; недоиспользованием энергетических возможностей; возникновением переменных динамических нагрузок; уменьшением скорости движения лесовозного автопоезда из-за изменения уровня колебаний его звеньев; перегрузками и недогрузками в работе дизельного двигателя лесовозного автомобиля-тягача; буксованием колес; перерасходом топлива; повышенным износом деталей трансмиссии и шин; снижением ресурса двигателя и подвески; ухудшением безопасности движения, производительности и надежности узлов и деталей автопоезда; превышением допустимой нормы вибронагруженности рабочего места водителя [1-3].
Опыт эксплуатации лесовозных автомобилей-тягачей с прицепами показывает, что на определенных скоростях движения, превышающих обычно 30-40 км/ч, при прямолинейном движении лесовозного автомобиля-тягача начинают возникать поперечные колебания прицепа в горизонтальной плоскости. При определенных скоростях размахи этих колебаний становятся настолько большими, что это может привести к созданию аварийной ситуации, как на лесовозных дорогах, так и на дорогах общего пользования. Поперечные колебания прицепа увеличивают динамическую ширину проезда лесовозного автопоезда, способствуют его складыванию при внезапном резком торможении, усиливают износ ходовой части лесовозного автомобиля-тягача и прицепа, приводят к быстрому утомлению водителя, вследствие высокой напряженности труда водителя-оператора по поддержанию заданной траектории движения. Увеличение скорости движения при вывозке лесоматериалов лесовозными автомобилями-тягачами с прицепами в сложных дорожных условиях, коэффициента соотношения сцепных масс, резерва мощности двигателя и свободного хода между лесовозным автомобилем-тягачом и прицепом способствуют неполному и неэффективному использованию мощности двигателя и повышению неравномерности движения автопоезда. Кроме этого, при движении лесовозного автопоезда в неустановившихся режимах, сопровождающихся изменением тормозных и тяговых сил, происходит появление перемещений лесовозного автомобиля-тягача относительно прицепа в продольном направлении. Эти перемещения в данном направлении, имеющие колебательный характер оказывают более выраженное отрицательное воздействие на работоспособность водителя, в сравнении с вертикальными колебаниями, возникающими при движении от подрессоренных масс лесовозного автопоезда.
Известно, что все динамические нагрузки при движении лесовозного автомобиля-тягача воспринимаются его подвесками, рамными конструкциями и тягово-сцепным устройством. Динамическое взаимодействие прицепных звеньев лесовозного автопоезда и передача тяговых усилий к ним от лесовозного автомобиля-тягача передается через тягово-сцепное устройство. Функционирование тягово-сцепных устройств сопровождается рассеиванием энергии на преодоление работы сил внутреннего и внешнего трения, что способствует эффективному их гашению и снижению нагруженности конструкций лесовозного автомобиля-тягача с прицепом [4-7].
Конструктивное совершенство тягово-сцепных устройств оказывает существенное влияние на эксплуатационные показатели лесовозных автопоездов. От оптимальности параметров тягово-сцепных устройств зависят: величина ударных и знакопеременных нагрузок, воздействующих на них от поперечных колебаний прицепов относительно лесовозных автомобилей-тягачей, ухудшающая динамические процессы автопоезда; разделение моментов трогания лесовозного автомобиля-тягача и прицепа; демпфирование ударных воздействий между звеньями автопоезда; скорость движения и уровень колебаний звеньев лесовозного автопоезда; комфортность или утомляемость водителя; минимальное время на формирование состава; плавность хода, безопасность дорожного движения, надежность, управляемость, проходимость, продольная и поперечная устойчивость, а также маневренность автопоезда. В этой связи анализ основных причин и последствий ухудшения эксплуатационных свойств лесовозных автомобилей-тягачей с прицепами, оснащенных традиционными конструкциями тягово-сцепных устройств и функционирующих в сложных дорожных условиях, является актуальной задачей.
1. Nikonov V. O. Sovremennoe sostoyanie, problemi i puti povisheniya effektivnosti lesovoznogo avtomobilnogo transporta [Current state, problems and ways to improve the efficiency of timber road transport]. Ministry of Education and Science of the Russian Federation, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "VGLTU". – Voronezh, 2021. – 202 p. (In Russ.).
2. Nikonov V. O., Posmetev V. I., Yakovlev K. A. Rekuperaciya gidravlicheskoi energii v tyagovo-scepnom ustroistve lesovoznogo avtomobilya s pricepom [Regeneration of hydraulic energy in the trailer hitch of a forestry vehicle]. Forestry magazine. – 2018. – №. 4. – P. 230-239 : doi : 10.12737/article_5c1a323b1d0433.96668845. (In Russ.).
3. Nikonov V. O., Posmetev V. I., Juravlev R. V. Analiz konstruktivnih osobennostei tyagovo-scepnih ustroistv gruzovih avtomobilei s pricepami [Analysis of design features of towing devices for trucks with trailers]. Voronezh Scientific and Technical Bulletin. – 2018. – Vol. 4, № 4 (26). – S. 13-24. Access mode : http://vestnikvglta.ru/arhiv/2018/4-4-26-2018/13-24.pdf – Head. from the screen. (In Russ.).
4. Posmetev V. I., Nikonov V. O., Sizmin I. V., Latinin A. V. Analiz effektivnosti tradicionnih i perspektivnih konstrukcii scepnih ustroistv pricepov s transportnimi sredstvami [Analysis of the effectiveness of traditional and advanced designs of coupling devices for trailers with vehicles]. Voronezh Scientific and Technical Bulletin. – 2020. – Vol. 1, №. 1 (31). – S. 58-86. Access mode : http://vestnikvglta.ru/arhiv/2020/1-31-2020/58-86.pdf – Head. from the screen. (In Russ.).
5. Posmetev V. I., Nikonov V. O., Sizmin I. V., Zlobin S. M. Analiz izmeneniya nagruzok v scepnom ustroistve v processe ekspluatacii lesovoznogo avtopoezda [Analysis of changes in loads in the coupling device during the operation of a timber road train]. Proceedings of the All-Russian scientific and technical conference Innovations in road transport. – Voronezh : FGBOU VO VGLTU im. G. F. Morozova, 2022. – S. 10-15 : doi : 10.34220/IRT2022_10-15. (In Russ.).
6. Nikono V. O., Posmetev V. I., Sizmin I. V., Fedorkevich K. I. Ob aktualnosti primeneniya rekuperativnogo scepnogo ustroistva v lesovoznom avtomobile s pricepom [On the relevance of using a recuperative coupling device in a logging vehicle with a trailer]. Proceedings of the All-Russian scientific and technical conference Innovations in road transport. – Voronezh : FGBOU VO VGLTU im. G. F. Morozova, 2022. – S. 34-41 : doi : 10.34220/IRT2022_34-41. (In Russ.).
7. Posmetev V. I., Nikonov V. O., Sizmin I. V. Povishenie effektivnosti lesovoznogo avtopoezda putem ispolzovaniya rekuperativnogo pnevmo-gidravlicheskogo scepnogo ustroistva [Improving the efficiency of a timber road train by using a recuperative pneumatic-hydraulic coupling device]. Voronezh Scientific and Technical Bulletin. – 2021. – Vol. 4, № 4 (38). – S. 70-85. Access mode : http://vestnikvglta.ru/arhiv/2021/4-4-38-2021/70-85.pdf – Head. from the screen : doi : 10.34220/2311-8873-2022-70-85. (In Russ.).
8. Mihailichenko N. A. Obosnovanie i razrabotka parametrov uprugih tyagovo-scepnih ustroistv k traktornim transportnim agregatam [Substantiation and development of parameters of elastic traction coupling devices for tractor transport units]. 05.20.01 "Mechanization of agricultural production" : Abstract of the thesis. ... cand. tech. Sciences / N. A. Mikhailichenko ; "Saratov Order Badge of Honor Institute of Mechanization of Agriculture named after M. I. Kalinin". – Saratov, 1989. – 28 p. (In Russ.).
9. Mandrik I. I. Uluchshenie ekspluatacionnih pokazatelei mnogozvennih traktornih poezdov za schet sovershenstvovaniya tyagovo-scepnogo ustroistva [Improving the performance of multilink tractor trains by improving the traction coupling device]. 05.20.03 "Operation, restoration and repair of agricultural machinery" : author's abstract. dis. … cand. tech. Sciences / I. I. Mandrik ; "Saratov State Agrarian University named after N. I. Vavilov". – Saratov, 2000. – 26 p. (In Russ.).
10. Gorelov V. A. Rezultati chislennogo modelirovaniya pryamolineinogo dvijeniya dvuhzvennogo kolesnogo transportnogo kompleksa po deformiruemomu gruntu [Results of numerical simulation of rectilinear motion of a two-link wheeled transport complex on deformable soil]. Science and education : electronic scientific and technical publication, 2012, № 1, 77-30569/330258 –16 p. Access mode : http://technomag.edu.ru/doc/330258.html. – Zagl. from the screen. (In Russ.).
11. Jeleznov R. E. Obosnovanie i metodika vibora parametrov scepnogo ustroistva malotonnajnogo avtopoezda [Justification and methodology for choosing the parameters of the coupling device of a low-tonnage road train]. 05.05.03 "Wheeled and tracked vehicles : dis. … cand. tech. Sciences / R. E. Zheleznov ; Volgograd State Technical University. – Volgograd, 2015. – 167 p. (In Russ.).
12. Igitov Sh. M. Povishenie effektivnosti uborochno-transportnih zvenev primeneniem avtopoezdov s dempfiruyuschim tyagovo-scepnim ustroistvom (v usloviyah Respubliki Dagestan) [Improving the efficiency of harvesting and transport units using road trains with damping traction coupling device (in the conditions of the Republic of Dagestan)]. 05.20.01 "Technologies and means of mechanization of agriculture" / Sh. M. Igitov ; "FGBOU VPO Dagestan State Agrarian University named after M. M. Dzhambulatov". – Makhachkala, 2014. – 199 p. (In Russ.).
13. Bolotov N. A., Sviridov E. V. Izmenenie nagruzok v tyagovo-scepnom ustroistve avtopoezda pri vklyuchenii scepleniya avtomobilya-tyagacha [Change in loads in the traction coupling device of the road train when the clutch of the tractor vehicle is engaged]. International Student Scientific Bulletin, № 3, 2016. – P. 195-196. (In Russ.).
14. Zakin Ya. H., Schukin M. M., Margolis S. Ya., Shiryaev P. P., Andreev A. S. Konstrukcii i raschet avtomobilnih poezdov [Design and calculation of road trains]. L. : Mashinostroenie, 1968. – 332 p. (In Russ.).
15. Zakin Ya. H. Prikladnaya teoriya dvijeniya [Applied Theory of Motion]. Publishing House "Transport", 1967. – 258 p. (In Russ.).
16. Schukin M. M. Scepnoe ustroistvo avtomobilei i tyagachei. Konstrukciya, teoriya, raschet [Coupling device for cars and tractors. Construction, theory, calculation]. M. ; L. : MASHGIZ, 1961. – 211 p. (In Russ.).
17. Sokolov S. A. Obosnovanie konstrukcii i parametrov ukorochennih tyagovo-scepnih ustroistv magistralnih avtopoezdov [Justification of the design and parameters of shortened traction-coupling devices of main road trains]. 05.05.03 "Automobiles and Tractors" : author's abstract. dis. … cand. tech. Sciences / S. A. Sokolov ; Moscow State Automobile and Road Institute. – Moscow, 1994. – 22 p. (In Russ.).
18. Pavlov V. A., Pimenov S. Yu. Sistemi «kryuk-petlya» [Hook-and-loop systems]. Automotive industry, 1992, № 12. – S. 16-18. (In Russ.).
