WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

В пятой главе рассматривается реализация предложенного подхода к решению одной из актуальных задач, связанной с обеспечением требуемого ресурса корпуса бортовых фрикционов (КБФ) базового трактора ЧТЗ (рис. 6). Анализ данных массовой эксплуатации показывает, что наиболее существенными в последнее время стали отказы в виде разгерметизации КБФ, снижения его жесткости и повышенного износа элементов трансмиссии по причине интенсивного зарождения и развития усталостных трещин в верхнем листе корпуса бортовых фрикционов (рис. 7). Предпринимаемые меры в виде конструкторских решений по усилению КБФ не дали ощутимого эффекта. В связи с этим возникла необходимость установления наиболее критичных условий эксплуатации и выявления скрытого механизма возникновения усталостных повреждений КБФ.

Рис. 6. Геометрическая модель корпуса бортовых фрикционов с лонжеронами и балансирного устройства Эквивалентные по Мизесу напряжения, МПа 113,99,Зона I Зона II 86,73,60,48,35,22,10,3,Рис. 7. Картина напряженно-деформированного состояния верхнего листа корпуса бортовых фрикционов и траектории развития усталостных трещин Компьютерное моделирование работы промышленного трактора позволило установить, что нагрузки со стороны рабочих органов даже в тяжелых условиях работы не объясняют причину возникновения отказов. Однако выявлена следующая закономерность: при прохождении одной из гусениц через короткие одиночные препятствия в виде выступов происходит замыкание балансира на один из лонжеронов. Возникающие в таких случаях динамические нагрузки передаются практически через один лонжерон на КБФ, что вызывает его кручение относительно поперечной оси. При этом наличие окон в верхнем листе создает условия для проявления нежелательного эффекта стесненного кручения КБФ, что приводит к существенному увеличению напряжений в зонах зарождения усталостных трещин.

С целью экспериментального обоснования механизма усталостного повреждения и выполнения количественной оценки нагруженности КБФ при выполнении различных операций проведен цикл полигонных и полевых -испытаний бульдозерно-рыхлитель, - ного агрегата. На фоне среднего МПа уровня напряженности при выпол-нении большинства рабочих операций значительно выделяется вид - нагружения, возникающий в случа-ях пробоев подвески при переезде 0 2 4 6 t, c одной гусеницей одиночного пре переезд неровности одной гусеницей пятствия. Возникающие при этом с пробоем подвески;

импульсы напряжений в 3…4 раза переезд неровности двумя гусеницами превышают средний уровень наРис. 8. Процессы изменения пряженности (рис. 8) и имеют цикнапряжений в опасной зоне корпуса лический характер изменения во бортовых фрикционов при наезде времени, что соответствует условина одиночную неровность ям образования усталостного повреждения конструкций.

Таким образом, результаты полигонных и полевых исследований подтвердили основную версию о механизме усталостного разрушения корпуса бортовых фрикционов, выявленную путем моделирования работы бульдозерного агрегата.

Оценка усталостной долговечности верхнего листа КБФ по наиболее опасным зонам I и II (рис. 7), выполнена для трех режимов работы – бульдозирование суглинистого грунта II категории плотности; рыхление разборного каменистого грунта в карьере; бульдозирование разрыхленного каменистого грунта в карьере.

Расчетом получены следующие результаты: 4400, 3800 и 2800 моточасов соответственно до зарождения усталостных трещин. Сопоставление приведенных расчетных результатов с данными о наработке на отказ в условиях массовой эксплуатации позволяет отметить их удовлетворительное совпадение.

На основе анализа полученных результатов был обоснован ряд конструкторско-технологических решений, направленных на повышение ресурса КБФ, а именно:

1) путем увеличения зазора в зоне контакта балансирной балки за счет:

– уменьшения высоты упоров;

– смещения оси балансирной балки и изменения конструкции коробки;

– изменения формы балансирной балки;

2) путем усиления конструкции элементов несущей системы трактора за счет:

– повышения жесткости лонжеронов и коробки балансирной балки;

– повышения жесткости крышек окон для доступа к бортовым фрикционам;

– введения дополнительных связей между лонжеронами;

– повышения толщины листов корпуса бортовых фрикционов;

3) путем повышения усталостной прочности верхнего листа за счет:

– снижения концентрации напряжений вследствие рационального выбора места размещения резьбовых отверстий для крепления крышек;

– исключения резьбовых отверстий с заменой способа крепления крышек;

4) путем совершенствования технологического процесса сварки рамы трактора с целью сни, МПа max жения уровня сварочных напряжений.

С целью проверки эффективности одного из 25 мм предложений, приемлемого для оперативного вне дрения на серийно выпускаемом тракторе Б10М были проведены сравнительные испытания. Конст50 мм рукторское решение связано с увеличением зазора в зоне контакта балансирной балки за счет уменьше- 60 80 100 120 140 160 h, мм ния высоты упоров; на рис. 9 приведены зависимости максимальных напряжений от высоты одиноч- – без пробоя подвески;

– с пробоем подвески ных неровностей для исходного (зазор 25 мм) и опытного (зазор 50 мм) вариантов. Из анализа реРис. 9. Зависимости уровня зультатов следует, что не требующее серьезных измаксимальных напряжений менений мероприятие существенно уменьшает вев опасных зонах верхнего роятность пробоев подвески и, как следствие, снилиста от высоты одиночных жает уровень максимальных напряжений в зонах неровностей зарождения усталостных повреждений.

В заключение отметим, что полученные в данной главе результаты позволяют комплексно выполнить проверку адекватности предложенного подхода. На рис.

10 приведены осциллограммы изменения напряжений в одной из опасных зон верхнего листа КБФ, полученные путем непосредственного тензометрирования (а) и расчетом (б), включающего последовательное моделирование динамики трактора и конечно-элементного моделирования напряженно-деформированного состояния верхнего листа. Сопоставление приведенных осциллограмм указывает на их хорошее качественное и количественное совпадение.

а) б) --расч эксп max max,, - - МПа МПа - -эксп 2aрасч 2a --расч эксп min min --, с 15 17 19 t, c 57 59 61 t, c Рис. 10. Фрагменты экспериментальной (а) и расчетной (б) осциллограмм процессов изменения напряжений в опасной зоне верхнего листа в момент пробоя подвески

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. На основании результатов экспериментальных исследований выявлены характеристики случайных процессов изменения нагрузок, передаваемых на корпус трактора со стороны рабочих орудий и ходовой системы трактора. Показано, что основная мощность спектральной плотности процессов при бульдозировании и рыхлении сосредоточена в низкочастотной области в интервале 0…10 рад/с с пиком в интервале 1…4 рад/с, отмеченное объясняется высоким уровнем статической составляющей нагрузок с одной стороны и цикличностью процессов выполнения землеройных работ.

2. Экспериментальные исследования выявили принципиальные особенности работы бульдозерно-рыхлительного агрегата, определяющих высокий уровень и циклический характер напряженности деталей несущей системы. К их числу относятся:

– эффект выглубления отвала, связанный с необходимостью снижения уровня экстремального буксования при достижении предельных нагрузок во время бульдозирования;

– эффект пробоя подвески периодически возникающий при движении трактора в условиях переезда одиночных неровностей (например, движение в каменном карьере и при откатах с повышенными скоростями). Показано, что явление пробоя обусловлено особенностью полужесткой подвески, характерной для конструкции промышленных тракторов.

Установлено, что эффекты выглубления отвала и пробоя подвески по уровню возникающих напряжений и частоте их действия являются основной причиной усталостных повреждений тяжело нагруженных элементов несущей системы промышленного трактора. Так в большинстве случаев уровень максимальных амплитуд напряжений в тяжелых условиях эксплуатации в 1,3…2 раза превышает предел выносливости материалов, а число циклов нагружения составляет 1…млн. циклов за время наработки гарантийного срока.

В связи с этим при моделировании процессов эксплуатации трактора необходимо учесть особенности технологических процессов землеройных работ, существенную нелинейность системы подрессоривания промышленного трактора и наличие двух случайных входных воздействий – силового со стороны рабочего органа и кинематического со стороны ходовой части.

3. Предложена математическая модель, описывающая процесс эксплуатации промышленного трактора в виде связанной существенно нелинейной системы при многопараметрическом случайном нагружении.

4. Предложены методические рекомендации по реализации подхода, а именно:

– преобразование функций изменения обобщенных координат, полученных в результате моделирования динамики процесса эксплуатации, в функции изменения во времени нагрузок на исследуемые элементы несущей системы;

– на основе конечно-элементного моделирования выполнен расчет полей напряженно-деформированного состояния и получены реализации процессов изменения во времени напряжений в потенциально опасных зонах исследуемых конструкций.

– расчетная оценка ресурса деталей, отображающая случайный характер нагружения и рассеяние усталостных свойств материалов.

Сопоставление результатов расчетных и экспериментальных исследований подтвердило адекватность и эффективность применения предложенного подхода.

5. Разработанная математическая модель позволила выявить и обосновать основную версию о механизме усталостного разрушения верхнего листа корпуса бортовых фрикционов базового трактора Т10М, а последующее проведение полигонных и полевых испытаний подтвердило эту версию, связанную с наличием силовых контактов балансирной балки с лонжеронами в полужесткой подвеске трактора.

6. Предложен ряд конструкторско-технологических решений, направленных на повышение ресурса корпуса бортовых фрикционов, в частности, мероприятия по изменению кинематических параметров системы подрессоривания и конструкции ряда элементов несущей системы, а также по повышению характеристик выносливости верхнего листа корпуса бортовых фрикционов. Одно из мероприятий, приемлемое для оперативного внедрения на серийно выпускаемом тракторе, заключается в увеличении зазора в зоне контакта балансирной балки с 25 до 50 мм за счет уменьшения высоты упоров. Сравнительная оценка усталостной долговечности показала, что внедрение названого мероприятия позволит повысить ресурс корпуса бортовых фрикционов серийного трактора в 2…3 раза. В настоящее время предложение принято к внедрению.

7. Дальнейшее развитие работ по созданию отраслевых нормативных материалов, рекомендуемых головным организациям дорожно-строительного машиностроения для применения на этапах проектирования и испытаний опытных образцов, целесообразно вести в следующих направлениях:

– разработка математической модели, достаточно полно охватывающих разнообразие агрегатов, создаваемых на базе промышленных тракторов;

– сбор и обобщение информации с целью создания банка данных о типичных условиях эксплуатации промышленных тракторов.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ 1. Березин, И.Я. Обеспечение прочностной надежности дорожностроительной техники на основе моделирования процессов эксплуатации / И.Я.

Березин, В.И. Костюченко, В.К. Халтурин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». – 2008. – Вып. 12. – № 23(123). – С. 32–40.

2. Комплексные расчетно-экспериментальные исследования, направленные на повышение надежности несущих систем промышленных тракторов / И.Я. Березин, В.Н. Бондарь, С.А. Гусев, В.И. Костюченко, В.К. Халтурин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». – 2009. – Вып. 13. – № 11(144). – С. 4–11.

3. Направления прикладных исследований в области совершенствования конструкций дорожно-строительной техники / В.Н. Бондарь, Л.А. Ашихмина, И.Я. Березин, В.К. Халтурин // Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного и трубопроводного транспорта в уральском регионе: cб. тр. Международ. н.-т. конф. – Пермь: ПГТУ, 2005. – С. 243–249.

4. Моделирование динамических процессов и прогнозирование надежности дорожно-строительной техники / В.Н. Бондарь, И.Я. Березин, А.А. Абызов, В.К. Халтурин // Проблемы безопасности: материалы Всероссийской н.-т. конф.

– Екатеринбург: УрО РАН, 2007. – С. 65–67.

5. Метод оценки прочностной надежности бульдозерного агрегата / В.Н.

Бондарь, Л.А. Ашихмина, И.Я. Березин, В.К. Халтурин // Современное состояние и инновации транспортного комплекса: материалы Международ. н.-т. конф.

– Пермь: ПГТУ, 2008. – С. 212–217.

Издательский центр Южно-Уральского государственного университета Подписано в печать 16.11.2009. Формат 6084 1/16. Печать цифровая.

Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ 478/517.

Отпечатано в типографии Издательского центра ЮУрГУ.

454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»