УДК 629.3 Наземные средства транспорта (кроме рельсовых)
Приведено описание последствий ухудшения эксплуатационных свойств лесовозных автомобилей-тягачей с прицепами при их неустановившемся движении по недостаточно обустроенным лесовозным дорогам. Перечислено негативное влияние, оказываемое традиционными конструкциями тягово-сцепных устройств на эксплуатационные свойства лесовозных автопоездов. Рассмотрены зависимости изменения расхода топлива, грузоподъемности и скорости движения автопоезда от неравномерности сопротивлению движения. Представлены зависимости изменения усилия в тягово-сцепном устройстве автопоезда и запаса поперечной устойчивости от массы прицепа. Проанализированы зависимости изменения величины усилия в сцепном устройстве автопоезда в процессе торможения с отключенной и включенной тормозной системой прицепа, при изменении коэффициента демпфирования, при изменении скорости движения автопоезда и типа опорной поверхности дороги, при изменении жесткости упругой сцепки. Рассмотрены зависимости изменения усилий в тягово-сцепном устройстве автопоезда от величины зазора в сцепке и темпа включения сцепления, значения коэффициента весовой характеристики автопоезда. Приведены зависимости изменения продольных усилий в тягово-сцепном устройстве автопоезда от качества поверхности дороги, от коэффициента жесткости. Обоснована необходимость разработки и практического использования новых конструкций тягово-сцепных устройств с возможностями непрерывного управления их характеристиками в зависимости от условий движения лесовозного автопоезда, демпфирования и рекуперации энергии рабочей жидкости.
ЛЕСОВОЗНЫЙ АВТОМОБИЛЬ-ТЯГАЧ, ПРИЦЕП, ТЯГОВО-СЦЕПНОЕ УСТРОЙСТВО, ЛЕСОВОЗНАЯ ДОРОГА, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА, ДЕМПФИРОВАНИЕ, РАСХОД ТОПЛИВА, НАГРУЗКИ, ДИНАМИКА ДВИЖЕНИЯ.
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. 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.).
2. Никонов, В. О. Рекуперация гидравлической энергии в тягово-сцепном устройстве лесовозного автомобиля с прицепом / В. О. Никонов, В. И. Посметьев, К. А. Яковлев // Лесотехнический журнал. – 2018. – № 4. – С. 230-239. – Библиогр. : с. 238-239 (10 назв.). – DOI : 10.12737/article_5c1a323b1d0433.96668845.
3. Никонов, В. О. Анализ конструктивных особенностей тягово-сцепных устройств грузовых автомобилей с прицепами / В. О. Никонов, В. И. Посметьев, Р. В. Журавлев // Воронежский научно-технический вестник. – 2018. – Т. 4, № 4 (26). – С. 13-24. Режим доступа : http://vestnikvglta.ru/arhiv/2018/4-4-26-2018/13-24.pdf – Загл. с экрана. – Библиогр. : с. 22-24 (17 назв.).
4. Посметьев, В. И. Анализ эффективности традиционных и перспективных конструкций сцепных устройств прицепов с транспортными средствами / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, И. В. Сизьмин, А. В. Латынин // Воронежский научно-технический вестник. – 2020. – Т. 1, № 1 (31). – С. 58-86. Режим доступа : http://vestnikvglta.ru/arhiv/2020/1-31-2020/58-86.pdf – Загл. с экрана. – Библиогр. : с. 82-86 (44 назв.).
5. Посметьев, В. И. Анализ изменения нагрузок в сцепном устройстве в процессе эксплуатации лесовозного автопоезда / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, И. В. Сизьмин, С. М. Злобин // Материалы всероссийской научно-технической конференции Инновации в автомобильном транспорте. – Воронеж : ФГБОУ ВО ВГЛТУ им. Г. Ф. Морозова, 2022. – С. 10-15. – Библиогр. : с. 15 (10 назв.). – DOI : 10.34220/IRT2022_10-15.
6. Никонов, В. О. Об актуальности применения рекуперативного сцепного устройства в лесовозном автомобиле с прицепом / В. О. Никонов, В. И. Посметьев, И. В. Сизьмин, К. И. Федоркевич // Материалы всероссийской научно-технической конференции Инновации в автомобильном транспорте. – Воронеж : ФГБОУ ВО ВГЛТУ им. Г. Ф. Морозова, 2022. – С. 34-41. – Библиогр. : с. 41 (15 назв.). – DOI : 10.34220/IRT2022_34-41.
7. Посметьев, В. И. Повышение эффективности лесовозного автопоезда путем использования рекуперативного пневмо-гидравлического сцепного устройства / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, И. В. Сизьмин // Воронежский научно-технический вестник. – 2021. – Т. 4, № 4 (38). – С. 70-85. Режим доступа : http://vestnikvglta.ru/arhiv/2021/4-4-38-2021/70-85.pdf – Загл. с экрана. – Библиогр. : с. 81-85 (28 назв.). – DOI : 10.34220/2311-8873-2022-70-85.
8. Михайличенко, Н. А. Обоснование и разработка параметров упругих тягово-сцепных устройств к тракторным транспортным агрегатам : 05.20.01 «Механизация сельскохозяйственного производства» : автореферат дис. ... канд. техн. наук / Н. А. Михайличенко ; «Саратовский Ордена Знак Почета Институт Механизации Сельского хозяйства имени М. И. Калинина». – Саратов, 1989. – 28 с.
9. Мандрик, И. И. Улучшение эксплуатационных показателей многозвенных тракторных поездов за счет совершенствования тягово-сцепного устройства : специальность 05.20.03 «Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники» : автореф. дис. … канд. техн. наук / И. И. Мандрик ; «Саратовский государственный аграрный университет имени Н. И. Вавилова». – Саратов, 2000. – 26 с.
10. Горелов, В. А. Результаты численного моделирования прямолинейного движения двухзвенного колесного транспортного комплекса по деформируемому грунту / В. А. Горелов // Наука и образование : электронное научно-техническое издание, 2012, № 1, 77-30569/330258 –16 с. Режим доступа : http://technomag.edu.ru/doc/330258.html. – Загл. с экрана. – Библиогр. : c. 14 (7 назв.).
11. Железнов, Р. Е. Обоснование и методика выбора параметров сцепного устройства малотоннажного автопоезда : специальность 05.05.03 «Колесные и гусеничные машины» : дис. … канд. техн. наук / Р. Е. Железнов ; «Волгоградский государственный технический университет». – Волгоград, 2015. – 167 с. – Библиогр. : c. 156-167 (134 назв.).
12. Игитов, Ш. М. Повышение эффективности уборочно-транспортных звеньев применением автопоездов с демпфирующим тягово-сцепным устройством (в условиях Республики Дагестан) : специальность 05.20.01 «Технологии и средства механизации сельского хозяйства» / Ш. М. Игитов ; «ФГБОУ ВПО Дагестанский государственный аграрный университет имени М. М. Джамбулатова». – Махачкала, 2014. – 199 с. – Библиогр. : c. 143-158 (159 назв.).
13. Болотов, Н. А. Изменение нагрузок в тягово-сцепном устройстве автопоезда при включении сцепления автомобиля-тягача / Н. А. Болотов, Е. В. Свиридов // Международный студенческий научный вестник, № 3, 2016. – С. 195-196. – Библиогр. : c. 196 (1 назв.).
14. Закин, Я. Х. Конструкции и расчет автомобильных поездов / Я. Х. Закин, М. М. Щукин, С. Я. Марголис, П. П. Ширяев, А. С. Андреев – Л. : Машиностроение, 1968. – 332 с. – Библиогр. : c. 327-329 (71 назв.).
15. Закин, Я. Х. Прикладная теория движения / Я. Х. Закин – Изд-во «Транспорт», 1967. – 258 с. – Библиогр. : c. 251-254 (51 назв.).
16. Щукин, М. М. Сцепное устройство автомобилей и тягачей. Конструкция, теория, расчет / М. М. Щукин. – М. ; Л. : МАШГИЗ, 1961. – 211 с. – Библиогр. : c. 203-206 (58 назв.).
17. Соколов, С. А. Обоснование конструкции и параметров укороченных тягово-сцепных устройств магистральных автопоездов : 05.05.03 «Автомобили и тракторы» : автореф. дис. … канд. техн. наук / С. А. Соколов ; «Московский государственный автомобильно-дорожный институт». – Москва, 1994. – 22 с.
18. Павлов, В. А. Системы «крюк-петля» / В. А. Павлов, С. Ю. Пименов // Автомобильная промышленность, 1992, № 12. – С. 16-18.
