CC BY
73
УДК 629.133
ОПЫТ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ЗВЕНЕ ГУСЕНИЧНОЙ
ЦЕПИ ТРАКТОРА
O.B. Маковецкая-Абрамова1, А.В. Хлопова2, В.А. Маковецкий3
1,2Санкт-Петербургский государственный экономический университет (СПбГЭУ),
191023, Санкт-Петербург, ул. Садовая, 21;
о
Владимирский государственный университет, 600000, Владимир, ул. Горького, 87.
Определены механические напряжения в плоских многосвязных моделях звеньев гусениц тяжёлых тракторов. Вычислены критерии подобия для перехода к напряжениям в реальных звеньях. Построены эпюры интенсивностей напряжений в звене в расчётной среде Simulation САПР SolidWorks.
Ключевые слова: трактор, звено гусеницы, фотоупругость, критерии подобия, прочность, надёжность, компьютерное моделирование.
MODELING EXPERIENCE STRESS AT THE LEVEL OF TRACK CHAINS FOR TRACTORS
O.V. Makovetskaya-Abramova1, A.V. Hlopova2, V.A. Makovetsky3,
St. Petersburg state University of Economics (SPbSEU), 191023, Saint-Petersburg, Sadovaya street, 21; The Vladimirskiy state university, 600000, Vladimir, street Gorkogo, 87. Mechanical tension in flat multicoherent models of links of caterpillars of heavy tractors is determined. Criteria of similarity for transition to tension in real links are calculated. Are constructed эпюры the main tension on a link contour.
Keywords: tractor, caterpillar link, photoelasticity, criteria of similarity, durability, reliability.
Самой металлоёмкой частью любой колёсно-гусеничной машины (КГМ) является её ходовая система. Как показывает практика, интенсивный эрозионный износ и выход из строя звеньев гусениц за всё время полезной эксплуатации КГМ составляет 70% исходной массы трактора. Поэтому успешная эксплуатация большинства таких транспортных машин связана с вопросами надежности прочности и долговечности деталей их ходовой части [1].
Типичными представителями КГМ, выпускаемыми отечественной промышленностью, являются тракторы Т10М, которые представлят собой семейство промышленных гусеничных тракторов тягового класса 10 общего и специального назначения. Производство тракторов семейства Т10М начато с июля 2003 года. В настоящие время выпускается около 80 модификаций и комплектаций таких тракторов, предназначенных для эксплуатации во всех климатических зонах и для выполнения различных работ, таких как: бульдозирование и рыхление грунтов; подъем, перемещение и укладка труб; выполнение технологических операций в агрегате с навесными и прицепными орудиями и др..
Тракторы Т10М - это новое семейство тракторов - результат работы Челябинского
тракторного завода по повышению качества, технического уровня, надежности и унификации своих предшественников - тракторов Т-170М1 и Т-10.02. Базовой моделью семейства Т10М является трактор Т10М.0000. Его ходовая система - тележечная. Гусеничная тележка ходовой части базовой модели трактора оснащена шестью опорными и двумя поддерживающими катками (вместо традиционных для тракторов ЧТЗ тягового класса десяти пятикат-ковых). Применение шестикатковых тележек существенно улучшает тягово-сцепные свойства и повышает производительность бульдо-зерно-рыхлительного агрегата.
Вся серия новых тракторов Т10М - это результат качественного усовершенствования и надёжности предшествующих моделей тракторов ЧТЗ-Т130М, Т-130, Т-500, Т-800, ДЭТ-250,Т-170М1, спроектированных и выпускаемых на Южном Урале в 60 ^ 70 годах прошлого века при непосредственном участии выдающихся конструкторов и испытателей: И.С. Ка-вьярова, М.Ф. Балжи, Б.М. Позина, И.Н. Тра-щютина и др.
Традиционным методом исследования напряжений гусеничного звена трактора с целью определения его прочности первоначально было тензометрирование башмака гусеницы.
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №1(27) 2014
49
Башмак трактора устанавливался на гидравлической испытательной машине (прессе) УМЭ10Т и нагружался растягивающим усилием (рис. 1). Тензодатчики наклеивались на поверхность гусеничного звена в наиболее нагруженных областях и выводились на тензостан-цию, где и регистрировались сигналы, пропорциональные деформациям соответствующих поверхностей. О величине напряжений в детали можно было судить косвенно, произведя соответствующий пересчет с использованием результатов тарировки датчиков и аппаратуры.
Модель звена геометрически подобная натуре одновременно испытывает осевое растяжение вдоль горизонта, контактное давление от запрессовки пальцев, а также горизонтальной противодействие грунтозацепа в башмаке звена. Здесь (рис.2) высокая концентрация изохром наблюдается в нижней части звена (грун-тозацеп, болты крепления башмака, горизонтальная полка арки).
ясунок 2. Фотоупругая картина полос, зафикси-жаииая при исследовании модели гусеничного звена трактора ДЭТ 250
Рисунок 1. Тензометрирование башмака гусеницы ДЭТ-250
Несмотря на низкую информативность метода все же удавалось определить наиболее нагруженные области гусеничного звена и принять конструктивные меры по повышению его прочности.
В качестве более информативного метода, позволявшего оценить картину распределения напряжений в выбранной плоскости звена, применялся метод фотоупругости [2]. При исследовании напряженного состояния гусеничного звена методом фотоупругости были изготовлены модели из прозрачного оптически-чувствительного материала [3], при нагружении которых, получали картины изохром и изоклин, просвечивая их лучом от поляризованного источника света. Исследования данным методом проводилось в 70 ^ 80-ых годах прошлого столетия.
Полученная методом фотоупругости картина изохром касательных напряжений в условиях сложного нагружения показана на рис.2. На рисунке 3 приведены изоклины - линий одинаковых направлений главных напряжений модели модели звена гусеницы, построенные по результатам тех же экспериментов.
Рисунок 3. Картина изоклин модели гусеничного звена трактора ДЭТ 250
Используя картины изохром, с учетом изоклин (рис.3), методами численного интегрирования можно было произвести окончательную расшифровку полученных картин и построить эпюры главных напряжений для любого сечения модели.
Метод фотоупругости позволял записать условие прочности для опасной точки по критериям внешней нагрузки звена и перейти на основании теории подобия и моделирования к напряжениям в реальном звене (табл.1). Полученные таким образом критерии подобия связывают значения напряжений звена и его модели.
Построенные и вычисленные по результатам экспериментов эпюры главных нормаль-
ных напряжений наглядно иллюстрируют напряженное состояние детали и позволяют инженеру принять эффективное конструкторское решение по обеспечению ее прочности и долговечности.
Метод фотоупругости в 70 ^ 80-ых годах прошлого столетия широко применялся для решения задач прочности и надежности агрегатов пищевой промышленности, бытовой техники, звеньев тяговой цепи эскалатора и др. [4].
Современная практика проектирования и конструирования деталей и машин так же связана с анализом картин (эпюр) напряжений и деформаций в деталях, нагруженных в различных условиях их функционирования [5]. Однако в руках современного исследователя сегодня имеются более удобные виртуальные средства, основанные на создании и исследовании трехмерных моделей на ЭВМ. Конструктору и исследователю доступны такие средства как Компас - 3Б, 8оШ'^гк8, Лп8у8/Ь8Бупа и др. реализующие САПР различного уровня.
Наиболее трудоемким в процессе компьютерного моделирования является этап создания трехмерной модели (рис.4). Однако исследователь, обладающий определенными навыками, справляется с такой задачей без особых усилий, по сравнению с изготовлением фи-
зической модели. Последующий процесс анализа заключается лишь в несложной процедуре выбора условий нагружения и определения перечня необходимой для анализа информации (рис.5).
Рисунок 4. Модель арочного гусеничного звена
Исследование 1 (-По умолчанию-)
Щ Звено гусеницы (-[SWJC420 ГОСТ 1412-85-)
^Перемещение1 (-Расположение результата-)
Рисунок 5. Исходные данные для расчета
Ниже (рис. 6 - 8) приведены результаты моделирования напряженного состояния арочного гусеничного звена, произведенного в расчетной среде Simulation САПР SolidWorks, где интенсивности компонентов напряженного и деформированного состояния выделены интенсивностью цветовой палитры. Красным цветом выделены зоны наибольшей интенсивности. Более точное значение компонент может быть получено в числовом изображении с помощью встроенных постпроцессорных средств.
Сравнение полученных в прошлом картин изохром и изоклин, с эпюрами деформации, напряжений и перемещения, построенными сегодня - в пользу современных методов. Метод компьютерного моделирования позволяет эффективно определять напряженно-деформированное состояние, что обусловило
Таблица 1 - Коэффициенты геометрического силового подобия для исследованных звеньев
Модель трактора Критерии подобия
Геометрическое подобие Масштаб толщин е е £ к вб вло бдо О g Размер подобных отрезков Количество звеньев
Т 100М 1,5 2,8 4S 11,5 15
Т 130 1,5 3 50 11 12
Т 500 1,5 5 75 10 10
ДЭТ 250 1,5 4 62 10,3 15
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №1(27) 2014
З1
его применение для решения множества задач надёжности, прочности и долговечности элементов машин в различных условиях их функционирования.
Рисунок б. Эпюра деформаций (модель в разрезе)
Рисунок 7. Эпюра интенсивностей напряжений
(модель в разрезе)
Выводы:
1. Изложена антология применяемых в практике проектирования и отработки конструкций методов моделирования напряжений гусеничного звена трактора с целью обеспечения его прочности и долговечности.
2. Рассмотрены особенности и проведено сравнение результатов исследования напряжений в звеньях гусеничной цепи различными методами.
3. Отмечены особенности и подчеркнута информативность метода фотоупругости при исследовании сложных многосвязных конструкций, типа звеньев гусениц тракторов.
4. Построены эпюры компонентов напряженно-деформированного состояния звена гусеничной цепи в расчётной среде Simulation САПР SolidWorks.
5. Выявлены зоны концентрации наибольших значений интенсивностей напряжений, которые включают опасные точки звена для оценки его на прочность.
Рисунок 8. Эпюра перемещений (модель в разрезе)
Литература
1. Барский И.Б. Констрирование и расчёт тракторов / М.: Машинострение -1968.
2. Александров А.Я., Ахметзянов М.Х. Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела/ M.: Наука -1973.
3. Маковецкий В.А., Азаркевич Л.Б. Оптический чувствительный материал. Авторское свидетельство №313104, Бюллетень изобретений/ М.-1971.
4. Христич В.К., Киреев Ю.В. Создание эскалато-
ров нового поколения - рациональный путь повышения пропускной способности станций метрополитенов [Электронный ресурс]. URL: http//
www.metro.ru/ library/ analitics /599/, (дата обращения 01.08.2013).
5. Лепеш Г.В. Динамика и прочность бытовых машин / СПб.: изд-во СПбГУСЭ - 2006.
1 Маковецкая-Абрамова Ольга Валентиновна - кандидат технических наук, доцент кафедры "Технология обслуживания транспортных средств" СПбГЭУ, моб.:+7 921 556 93 06, e-mail: abramova19701970 @mail.ru;
Хлопова Антонина Валентиновна - аспирант кафедры "Машины и оборудование бытового и жилищнокоммунального назначения» СПбГЭУ, моб.: +79215569537;
3Маковецкий Валентин Архипович - кандидат технических наук, доцент кафедры "Физика и прикладная математика» ВГУ, моб.:+7 920 900 8050.
