Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ОСНОВЫ ФОРСИРОВАННЫХ ИСПЫТАНИЙ СПЕЦИАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Капустин В.П. 1 Боков М.М. 1 Гришаев М.Е. 1
1 Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина»
В данной статье рассматривается проблема создания специальных транспортных средств, с характеристиками, соответствующими предъявляемым в современных условиях высоким требованиям к вооружению и военной технике. По приблизительным расчетам от момента задания требований на образец военной техники до принятия созданного и испытанного образца на вооружение составляет более 5 лет, что автоматически приводит к их моральному устареванию. Поэтому в работе рассматриваются вопросы сокращения временных параметров посредством применения ускоренных испытаний, а 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 – базовом узле средств эвакуации, предназначенном для эвакуации неисправной автомобильной техники способом полупогрузки и расположенном в задней части эвакуатора.
ускоренные испытания
опытный образец
транспортное средство
средство эвакуации
нормативы
транспортное оборудование
1. Безверхий С. В., Яценко Н. Н. Основы технологии полигонных испытаний и сертификация автомобилей. – М.: ИПК Издательство стандартов, 1996.
2. Боков М. М., Гришаев М. Е., Мищенко М. В. Применение методов квантовой метрологии в процессе эксплуатации современных образцов вооружения и военной техники // Журнал «Фундаментальные исследования». – 2015. – № 4. – C. 28-31.
3. ГОСТ 25.504-82. Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости.
4. Капустин В. П. Методические основы ускоренных испытаний отдельных узлов транспортных средств специального назначения. – Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2012. – 154 с.
5. РД 50-424-83 Методические указания. Надежность в технике. Ускоренные испытания. Основные положения. – М.: ВНИИНМАШ, 1983.

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.

DSCN2023

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: http://science-education.ru/ru/article/view?id=18866 (дата обращения: 27.02.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074