CC BY
11
Оригинальная статья / Original article УДК В 62D 21/10
DOI: 10.21285/1814-3520-2017-9-218-223
К ВОПРОСУ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ОБСЛУЖИВАНИЯ САМОСВАЛЬНЫХ АВТОТРАКТОРНЫХ ПРИЦЕПОВ
© Е.В. Сливинский1, Д.С. Кравцов2, К.С. Фетисов3
Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина, Российская Федерация, 399770, г. Елец, ул. Коммунаров, 28.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. В данной работе представлены материалы по изучению ряда конструкций автотракторных самосвальных прицепов, позволившие разработать на уровне изобретения (RU2314941) перспективное техническое решение, направленное на повышение безопасности обслуживания последних при самосвальной выгрузке. Даны рекомендации по расчету их конструкционных параметров. МЕТОДЫ. Учитывая необходимость повышения безопасности при эксплуатации автотракторных средств, разработана конструкция, позволяющая осуществлять фиксацию кузова прицепа при его разгрузке, что исключает возможность самоопускания после его выгрузки. При проектировании такого фиксатора использована известная методика определения устойчивости упругого элемента по формуле Эйлера, что позволяет установить численные значения напряжений, возникающих в упругом элементе при срабатывании и выводе из упругого состояния указанной пластины. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Результаты исследования рекомендуются к использованию отраслевыми НИИ автомобильной промышленности, сельскохозяйственного машиностроения и конструкторскими подразделениями предприятий, серийно изготавливающих, ремонтирующих и эксплуатирующих автомобильные и тракторные самосвальные прицепы как в нашей стране, так и за рубежом. ВЫВОДЫ. Представленные в статье материалы рекомендованы для внедрения в практику, а также для включения в учебную программу технических вузов по специальности «Эксплуатация автомобильного транспорта».
Ключевые слова: механизм опрокидывания, самосвальный прицеп, грузовая платформа, опорная стойка, фиксатор кузова.
Формат цитирования: Сливинский Е.В., Кравцов Д.С., Фетисов К.С. К вопросу повышения безопасности обслуживания самосвальных автотракторных прицепов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 9. С. 218-223. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-9-218-223
TO THE PROBLEM OF INCREASING THE SAFETY OF MOTOR TRACTOR TIPPER TRAILER OPERATION E.V. Slivinskiy, D.S. Kravtsov, K.S. Fetisov
Yelets State University named after I.A. Bunin, 28 Kommunarov St., Elets, 399770, Russian Federation.
ABSTRACT. PURPOSE. The paper presents the study materials of a number of motor tractor tipper trailer designs which allowed to develop an invention-level (RU2314941) promising technical solution aimed at improving the servicing safety of tipper trailers at unloading. Recommendations on the calculation of their design parameters are given. METHODS. Considering the need to improve the operation safety of motor tractors, a design has been developed that enables the fixation of the trailer body when unloading. This eliminates the possibility of its self-dropping after unloading. The designing of such fixing element employs a well-known technique determining elastic element stability by the Euler formula. This allows to estimate the numerical values of stresses arising in the elastic element when the specified plate is actuated and released from the elastic state. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. The obtained research results are recommended for use by industrial research institutes of the automotive industry, agricultural engineering and design departments of the enterprises engaged in batch series production, repair and operation of automobile and tractor tipper trailers both in our country and abroad. MAIN CONCLUSIONS. The materials presented in the article are recommended to be introduced into practice as well as to be included in the educational process of technical universities on the speciality "Operation of motor transport".
Сливинский Евгений Васильевич, доктор технических наук, профессор кафедры технологических процессов в машиностроении и агроинженерии, e-mail: [email protected]
Evgeniy V. Slivinskiy, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Technological Processes
in Mechanical Engineering and Agroengineering, e-mail: [email protected]
2Кравцов Дмитрий Сергеевич, аспирант, e-mail: [email protected]
Dmitriy S. Kravtsov, Postgraduate, e-mail: [email protected]
3Фетисов Константин Сергеевич, аспирант, e-mail: [email protected]
Konstantin S. Fetisov, Postgraduate, e-mail: [email protected]
Keywords: tipping mechanism, tipper trailer, cargo platform, supporting block, trailer retainer body
For citation: Slivinskiy E.V., Kravtsov D.S., Fetisov K.S. To the problem of increasing the safety of motor tractor tipper trailer operation. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no. 9, pp. 218-223 (In Russia) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-9-218-223
Введение
Одними из основных в транспортном процессе являются операции по перевозке различных грузов. Повышение надежности грузового автотранспорта является одной из важнейших задач увеличения эффективности его использования. Успешное решение этой проблемы, а также обеспечение безопасной эксплуатации возможно только благодаря применению современных методов и средств расчета на прочность, износостойкость и жесткость при проектировании этих машин. Немаловажно здесь и увеличение легковесности их конструкций (в целях экономии металла).
В настоящее время для осуществления грузоперевозок применяются различные грузовые автомобили и автотракторные поезда, состоящие из тягачей, агре-
гатируемых с прицепами и полуприцепами. Наиболее широкое применение находит автотракторный транспорт. В качестве тягачей для транспортировки прицепов и полуприцепов применяют четырехколесные тракторы тягового класса 0,9 т, такие как Т-28Х4М-С1 и Т-40АМ, колесные тракторы класса 1,4 т - МТЗ-52, МТЗ-80, ЮМЗ-6М и др. Конструкции тракторных самосвальных прицепов также многообразны. В основном это тракторные двуосные самосвальные прицепы моделей 2ПТС-4-793-01, 2ПТС-4-887, 2-ПТС-4М, а также большегрузные тракторные полуприцепы модели 3-ПТС-12 грузоподъемностью 12,0 т, агре-гатируемые с колесными тракторами К-700, и др. [1].
Цель исследования
Основой конструкции всех тракторных прицепов является шасси, которое служит для установки на нем платформы и различных приспособлений. Обычно в комплект шасси входят: рама, ходовая часть, тягово-сцепное устройство, тормозная система, опрокидывающий механизм и электрооборудование. Рама прицепа представляет собой сварную конструкцию и состоит из двух штампованных лонжеронов, связанных между собой поперечинами. В средней части рамы с помощью опорного кронштейна приварена нижняя опора гидроподъемника. Обычно у всех моделей тракторных самосвальных прицепов типа 2ПТС-4 гидроподъемники телескопического типа выполнены из стальных труб, входящих друг в друга. С целью повышения безопасности обслуживания и ремонта узлов и деталей прицепов, находящихся в труднодоступных местах, они снабжаются предохранительными стойками платформ. Суще-
ственным недостатком таких предохранительных устройств является то, что установка платформ на опорные стойки производится вручную и только тогда, когда они имеют максимальный угол наклона. В промежуточных же положениях их наклона использовать опорные стойки невозможно. Однако в практике довольно часто по той или иной причине необходимо приподнять порожнюю или груженую платформу на небольшой угол и произвести под ней необходимые работы. Но так как опорную стойку установить в этом положении невозможно, то обслуживающий персонал, несмотря ни на какие запреты, зачастую производит работы, подвергая себя риску (высокая степень травматизма, с вероятностью летального исхода [1]). Поэтому в практике изыскиваются пути создания различных по конструкции фиксирующих устройств для платформ при их приподнятом состоянии на любые углы опрокидывания, действую-
щих как в ручном, так и автоматическом режимах.
Учитывая это, в Студенческом конструкторском бюро Елецкого государственного университета им. И.А. Бунина на протяжении ряда лет проводится бюджетная НИР на тему «Динамика, прочность и надежность транспортных и сельскохозяйственных машин агропромышленного комплекса применительно к Черноземному региону РФ». Один из ее разделов посвящен
повышению надежности несущих систем тракторных самосвальных прицепов.
Анализ большого числа отечественных и зарубежных публикаций, в том числе патентов, позволил разработать техническое решение (на уровне изобретения -RU2314941), направленное на повышение безопасности проведения работ при эксплуатации тракторного самосвального прицепа в условиях его разгрузки.
Методика исследования
Прицеп (рис. 1, 2) состоит из рамы 1, к поперечинам 2 которой жестко присоединен опорный кронштейн гидроподъемника 3. На наружной трубе гидроподъемника 4 выполнены углубления 5 полусферической формы. К торцевой поверхности 6 внутренней трубы гидроподъемника 7 жестоко присоединена упругая пластина 8, снабженная на конце выступом 17. К упругой пластине 8 с одной стороны жестко присоединена гиб-
кая связь 10, а с другой - она же, но присоединенная с помощью пружины растяжения
11, Гибкая связь 10 перекинута через блок
12, который подвижно установлен в серьге
13, последняя жестко, при помощи тяги 14, соединена с рукояткой 15, закрепленной относительно рамы 1 фиксатором 16. Внутренняя труба гидроподъемника 7 шарнирно связана с платформой 9.
Рис. 1. Самосвальный прицеп (вид сбоку) Fig. 1. Tipper trailer (side view)
Рис. 2. Поперечное сечение узла гидроподъемника Fig. 2. Transverse cross-sectional view of a hydraulic lift
Для самосвальной выгрузки платформы 9 широко известным в технике способом создают давление рабочей жидкости, которая поступает в гидроподъемник. При этом внутренняя труба 7 начинает перемещаться по стрелке В, поворачивая кузов относительно его опор на раме в правую, левую или заднюю сторону (обычно платформы имеют возможность трехсторонней разгрузки). Такое движение внутренней трубы гидроподъемника 7 способствует перемещению в этом же направлении упругой пластины 8, скользящей своим выступом 17 по наружной поверхности трубы 4, периодически утапливаясь в углубления 5 полусферической формы. Описанный процесс движения упругой пластины 8 происходит до тех пор, пока ее выступ 17 не войдет в контакт с последним по высоте гидроподъемника углублением 5. Далее выдвижение внутренней трубы 7 прекра-
щается за счет ограничения ее движения, обусловленного конструктивной особенностью гидроподъемника. Описанное перемещение внутренней трубы 7 способствует натяжению гибкой связи 10, которая следует за упругой пластиной 8, растягивая пружину 10, перекатываясь по блоку 12. После высыпания груза из кузова 9, тракторист, также широко известными в технике способами, с помощью гидрораспределителя трактора соединяет гидроподъемник со сливной магистралью, создавая условия для опускания кузова 9 на раму 1. Однако этого не происходит из-за надежной фиксации внутренней трубы 7 выступом 17, который находится в контакте с верхним углублением 5 наружной трубы гидроподъемника 4. Иными словами, фиксация кузова 9 является надежной, и можно, если это необходимо, проводить ремонтно-профилактические работы труднодоступ-
ных узлов прицепа, не опасаясь самопуска платформы 9. Для того чтобы опустить платформу 9 на раму 1, фиксатор 16 перемещают по стрелке С и выдвигают рукоятку 15 по стрелке Е, которая увлекает за собой тягу 14 с блоком 15, тем самым деформируя упругую пластину 8 по стрелке Р. Такой изгиб упругой пластины 8 способствует выходу выступа 17 из углубления 5, и таким образом обеспечивается перемещение внутренней трубы 7 в направлении, обратном стрелке В, что приводит к опусканию кузова 9 на раму 1. Если необходимо приостановить движение платформы 9 на раму 1 и зафиксировать ее в необходимом для ремонта положении, рукоятку 15 перемещают в направлении, обратном стрелке Е. Упругая пластина 8 приобретает свою исходную форму, и выступ 17 входит в одно из отверстий 5, надежно зафиксировав внутреннюю трубу 7. Описанные процессы могут повторяться многократно.
Анализируя представленную конструкцию, видим, что ее основной деталью является упругая пластина, которая должна обладать достаточно высокой прочностью и долговечностью, а также обеспечивать надежную фиксацию платформы. Используя известную методику [2], спроектируем упругую пластину, которую можно рассматривать как консольную ленточную пружину применительно к механизму опрокидывания платформы самосвального тракторного прицепа 2ПТС-4 793 (грузоподъемность 4000 кг при весе платформы 540 кг.) Примем, исходя из конструктивных соображений, ширину пружины Ь = 120 мм, и толщину h = 5 мм. Так как предложенное устройство должно зафиксировать платформу порожнего прицепа, то пружина под действием приложенной к ней вертикальной нагрузки может потерять устойчивость. Определим критическую силу Ркр, при которой может произойти потеря ее устойчивости, по формуле Эйлера [2]:
п ж2 EI
D _ _min
кр =
(1)
3,142 • 2,1-105120 '5
Р =■
кр
( 2 • 540)2
= 2219 Н,
где ¡- коэффициент приведенной длины пружины, равный 2; l - длина пружины, равная 540 мм, заданная конструктивно.
Предположим, что после выгрузки платформы, которая достигла максимального угла наклона 55°, возникла необходимость в проведении ремонтно-профилактических работ ряда механизмов, расположенных на раме прицепа. В этом случае к гидроподъемнику будет приложена сила Р, величина которой может быть определена по зависимости:
P = ■
G
5400
3 sin 65° 3 • 0,9063
= 1986 Н. (2)
где G - вес платформы.
Видно, что коэффициент запаса устойчивости равен
Ркр 2219
п = — = "" = 112
пу р ---1,12 ,
1986
(3)
чего вполне достаточно.
Для опускания платформы к концу ленточной пружины должна быть приложена нагрузка Рр, создаваемая действием механизма управления устройства по средстам ее диформации. Считаем, что перемещение свободного конца пружины составляет 20 мм исходя из того, что диаметр сферического выступа на пружине равен 18 мм. Считаем также, что материалом пружины является сталь 60С2А по ГОСТ 14959-79 с модулем упругости Е = 2,1105 МПа и от = 1400 МПа. Выберем коэффициент запаса - пт = 1,75. Тогда допускаемые напряжения составят:
п
1400 1,75
= 800 МПа.
(4)
Определим численное значение усилия Рр по зависимости
3
Л = ^ = 120 •52 •800 = 741 Н. (5)
6l
6 • 540
Видно, что такое усилие весьма значительно в сравнении с допускаемым, которое может приложить работник к рычагам управления согласно эргономических требований для подобных систем управления. Поэтому в конструкцию механизма управления ленточной пружины необходимо ввести передаточный механизм с переда-
точным числом U, равным не менее 3,5 кгс. Тогда усилие на рукоятке управления механизмом упругой деформации пружины составит не более 21 кгс. Такой передаточный механизм может быть выполнен, например, в виде двухплечевого рычага, шарнирно закрепленного на раме прицепа, одно плечо которого шарнирно присоединено к рукоятке 15 (см. рис. 1) и равно 100 мм, а другое, предназначенное для его поворота, имеет длину 350 мм.
Результаты исследования
Для автоматизации проведения расчетов по выбору материала и геометрических характеристик опорной стойки для самосвальных прицепов и полуприцепов различных моделей и грузоподъемности разработана программа для ЭВМ на языке
Delphi, которая апробирована на тракторных прицепах, таких как 2ПТС-4-793-01, 2ПТС-4-887, 2-ПТС-4М, 3-ПТС-12, а также автомобильных прицепах моделей ГКБ-819 и ГКБ-8527.
Заключение
Результаты исследования рекомендуются к использованию отраслевыми НИИ автомобильной промышленности и сельскохозяйственного машиностроения, а также конструкторскими подразделениями
предприятий, серийно изготавливающих, ремонтирующих и эксплуатирующих автомобильные и тракторные самосвальные прицепы как в нашей стране, так и за рубежом.
Библиографический список
1. Справочник по эксплуатации транспорта в сель- 2. Пономарев С.Д., Андреева Л.Е. Расчет упругих
ском хозяйстве. М.: Россельхозиздат, 1975. 400 с. элементов машин и приборов. М.: Машиностроение,
1980. 326 с.
1. Справочник по эксплуатации транспорта в сельском хозяйстве [Handbook on transport operation in agriculture]. Moscow: Rosselkhozizdat Publ., 1975, 400 p. (In Russian)
2. Ponomarev S.D., Andreeva L.E. Расчет упругих элементов машин и приборов [Machine and device elastic element calculation]. Moscow: Mechanical Engineering Publ., 1980, 326 p. (In Russian)
Критерии авторства
Авторы заявляют о равном участии в получении и оформлении научных результатов и в равной мере несут ответственность за плагиат.
Authorship criteria
The authors declare equal participation in obtaining and formalization of scientific results and bear equal responsibility for plagiarism.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
Статья поступила 21.06.2017 г.
The article was received 21 June 2017
