В настоящее время, на фоне экономического кризиса, с учетом тенденций к сокращению временных и финансовых затрат на создание перспективных образцов автомобильной техники, большое внимание в Вооруженных Силах РФ уделяется вопросам сокращения временных параметров посредством применения ускоренных испытаний (УИ), в особенности, для оценки их безотказности.
До последнего времени разработка методов УИ распространялась преимущественно на автомобили многоцелевого назначения. Исследованиями же основных узлов и агрегатов транспортных средств специального назначения, и в частности средств эвакуации (СЭ), для решения подобных задач не занимались.
В вопросах, касающихся УИ СЭ, также была исследована возможность разработки норм пробега по различным видам дорог с более высоким уровнем нагружения в отличие от стандартных. Исследования проводились на транспортном оборудовании (ТрО) – базовом узле СЭ, предназначенном для эвакуации неисправной автомобильной техники способом полупогрузки и расположенном в задней части эвакуатора, представленного на рисунке 1.
Рис. 1. Общий вид установки транспортного оборудования на средствах эвакуации
Важно отметить, что при выборе модели расчета нормативов УИ был учтен ряд требований, в частности:
а) отказы и повреждения, возникающие на искусственных сооружениях, должны иметь такой же характер, как и при эксплуатации;
б) конструктивные параметры искусственных сооружений, в том числе комплексной испытательной трассы (КИТ), должны быть стабильны в границах допустимых отклонений [2] от их характеристик с заданной периодичностью их контроля (не реже одного раза в пять лет);
в) форсировка нагрузочного режима деталей ТрО должна осуществляться за счет увеличения частоты приложения максимальных нагрузок, характерных для рядовой эксплуатации СЭ;
г) программа УИ должна быть минимизирована по объему (пробегу) и продолжительности испытаний, а также материальным затратам.
В качестве базы для расчета пробегов по спецучасткам КИТ был принят уровень нагружения деталей ТрО, формируемый за пробег в условиях нормальных испытаний, равный половине гарантийного пробега базового шасси.
Среди известных методов, используемых для разработки нормативов УИ [5], был принят расчетно-экспериментальный метод, как наиболее достоверный, при котором экспериментальная часть исследований выполнена на натурном образце СЭ, представленном на рисунке 2, в режимах и условиях, соответствующих нормальным испытаниям, а в форсированном режиме нагружения – на спецучастках комплексной испытательной трассы (КИТ) [1]. Расчетная часть исследований выполнена с использованием компьютерных программ.
Рис. 2. Ремонтно-эвакуационная машина колесная легкая РЭМ-КЛ на шасси Урал-532362 при движении по крупно-булыжному участку комплексной испытательной трассы
При экспериментальных исследованиях регистрировались два параметра: вертикальные и горизонтальные продольные виброускорения на ТрО и напряжения на отдельных его деталях.
Исследованиям подверглись следующие элементы конструкции:
- вал траверсы – на изгиб;
- верхняя полка кронштейна стрелы (щека – на растяжение);
- стойка стрелы – на изгиб в поперечной плоскости;
- стойка стрелы – на изгиб продольной плоскости.
Дополнительно к указанным деталям, напряжения исследовались также на верхней полке надрамника, прикрепленного к раме автомобиля для её усиления, в связи с тем, что ТрО имеет консольное крепление, увеличивая нагрузку на заднюю часть рамы автомобиля.
Главной задачей проведения эксперимента являлось получение достаточного количества информации о нагруженности элементов ТрО при изменении прикладываемых извне нагрузок, возникающих при транспортировании объектов эвакуации в полупогруженном положении по различным видам дорог, путем правильного выбора мест измерений.
В качестве измерительной аппаратуры были использованы тензодатчики типа ПКБ-20-200В, а выбор представительных мест элементов конструкции ТрО с наибольшей их нагруженностью осуществлялся посредством использования результатов ранее проведенных исследований, а их объективная оценка давалась на основе экспериментов, с использованием тензометрирования.
Принимая во внимание определенную конфигурацию деталей ТрО и характер их соединения между собой, а также то, что они подвержены преимущественно знакопеременной внешней нагрузке, возникающей от воздействии профиля дороги на колеса СЭ, и от передаваемых колебаний машины эвакофонда, для оценки прочности деталей использован показатель накопления усталостных повреждений 
, наилучшим образом описывающий характер нагружения исследуемого узла по зависимости 1 [1,4]:
(1)
где 
- напряжение в материале k-ой детали; m - показатель кривой усталости; N – число цикла нагружения; z - количество интервалов процесса нагружения деталей ТрО.
В качестве дополнительных показателей оценки нагруженности ТрО использованы максимальные и средние квадратические значения его ускорений и напряжений, формируемые в его деталях.
Значение показателя m принимались из литературных источников или вычислялись по известным зависимостям [3].
В качестве источника форсированного нагружения СЭ использованы участки КИТ с низко- и высокочастотным воздействием, а также периодическим возмущением колес при испытаниях на прямых волнах синусоидального профиля с l =2, 3 и 4 м. Регистрация исследуемых параметров, как правило, проводилась на измерительном участке протяженностью 1000 м. В тех случаях, когда этот участок был меньше или больше заданного, значения показателя приводилось к длине 1000 м.
В расчетах пробега хj уравнению (2) принималось во внимание положение нормативной документации, согласно которому доля пробега di учитывалась в объеме 40 % от гарантийной наработки применяемого шасси «с объектом эвакуации, транспортируемым полупогрузкой» (с распределением пробега по стандартным видам дорог 8, 12, 12, 4 и 4 процента).
Количество уравнений системы устанавливается от выбранного числа исследуемых элементов конструкции, число слагаемых в правой части каждого уравнения – количеством используемых спецучастков (дорог) с форсированным нагружением, а в левой части – количеством стандартных видов дорог, соответствующих нормальным испытаниям.
Система уравнений (2) представляет собой математическую модель оптимизации норм пробега через показатель накопления усталостных повреждений деталей ТрО, а решение этой системы – определение величины пробегов по специальным дорогам с форсированным нагружением, эквивалентным по суммарному уровню воздействия на автомобиль при нормальных испытаниях.
При подстановке всех известных значений по 
и 
и объема пробега при нормативных испытаниях по видам дорог, а также при делении каждого слагаемого на коэффициент при х1, получают следующую систему уравнений, выражающую нагруженность элементов конструкции ТрО и надрамника СЭ при соблюдении равенства правой и левой их частей соответственно на стандартных видах дорог и спецучастках КИТ:
(2)
где х1 – пробег по крупнобулыжному участку КИТ, км;
х2 – пробег по клиновым холмам ухабистой дороги КИТ, км;
х3 – пробег по косоволновому участку синусоидального профиля, км;
х4 – пробег по прямым волнам с ℓ = 2, 3 и 4 м синусоидального профиля, км;
х5 – пробег по изношенному бетонному участку динамометрической дороги КИТ, км.
Решение задачи по системе уравнений (1), как показывает практика, целесообразно начинать с возможности использования симплекс-метода, разработанного в теории линейного программирования.
Для этого полученные уравнения (2) представляем в виде неравенств для последующего их решения с учетом ограничений в виде двухсторонних неравенств.
Величину неравенства, как минимум, принимают по значениям погрешности результата измерений и расчета показателя Fi,jk. На основе ранее установленных значений погрешности результата измерений напряжений δi, равных 12 %, и погрешности результата расчета Fi,jk (≈8 %), общая величина неравенства была принята на уровне 20 %, при котором уравнение (2) принимает вид:
(3)
При хi и xj>0 приведенная система уравнений и неравенств имеет множество решений, относительно xj.
Для получения оптимального пробега по j–м дорогам рассмотрены три критерия, которые могут повлиять на выбор целевой функции форсирования испытаний.
Среди них: оптимизация по времени, пути и стоимости.
С целью упрощения решения уравнений (4) и сокращения их вариантов, временной фактор был учтен на этапе экспериментальных исследований через технически достижимые скорости на участках КИТ и ограничения по условиям безопасности.
Оптимизация по пути реализована через целевую функцию хj→min, при этом был использован ряд ограничений, обусловленных, во-первых сформировавшейся технологией пробегов по участкам КИТ и их размещением на трассе, в частности, по пробегу на изношенном бетонном участке х5, в виде соотношения х5 = 0,667х1. Во-вторых, принимая высокую чувствительность деталей ТрО к нагрузкам на клиновых холмах, было наложено ограничение по пробегу по этим неровностям, которое дискретно задавалось через каждые 10 км в диапазоне 80–130 км.
Правомерность использования ограничений определена, прежде всего, как указано, разными темпами накопления усталостных повреждений и необходимостью сокращения множества решений. Указанная особенность наглядно представлена на рисунке 4 графиками изменения показателя Fi на стандартных видах дорог и спецучастках КИТ.
Выполненные расчеты по деталям ТрО (без надрамника) в окончательном виде представлены в таблице 1.
Таблица 1
Расчетные значения пробегов СЭ (по элементам конструкции транспортного оборудования) на шасси Урал-532362 по спецучасткам КИТ, км
|
КБУ КИТ |
Клиновые холмы |
Косоволновый участок |
Прямые волны синпрофиля |
Изнош. бетонный участок |
Всего |
|
1000 |
105 |
165 |
110 |
667 |
2047 |
После вычисления значений показателя F на следующем этапе решалась задача расчета норм пробега по спецучасткам КИТ путем сопоставления нагруженности элементов на стандартных дорогах со спец. участками КИТ.
Полученные нормативы пробегов при УИ ТрО в объеме 2047 км, эквивалентные 18000 км (40 % от 45000 км) при нормальных испытаниях, позволили сократить пробег (без учета подъездных путей) в 8,8 раза, время пробеговых испытаний до 9,89 раз (на 187 рабочих дней) и сокращение денежных средств при государственных испытаниях одного образца в 8,9 раз [4].
Рецензенты:
Быков В. С., д.т.н., профессор, профессор кафедры автотранспорта Института экономики и права, г. Воронеж;
Спиридонов Е. Г., д.т.н., доцент, профессор кафедры автотранспорта Института экономики и права, г. Воронеж.
Библиографическая ссылка
Капустин В.П., Боков М.М., Гришаев М.Е. ОСНОВЫ ФОРСИРОВАННЫХ ИСПЫТАНИЙ СПЕЦИАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=18866 (дата обращения: 19.04.2024).