namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»10.51187/0135-3152-2024-3-57-70nami-339Research ArticleАВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕAUTOMOBILE DEVELOPMENTРазработка методики моделирования нагруженности карьерного автосамосвала путём каскадирования внешних силовых факторовDeveloping the procedure of simulation of loading of the open-pit dump truck by means of cascading the external force factorsДиановВ. А.DianovV. A.

Дианов Вадим Андреевич – конструктор, НОЦ «КАМАЗ-БАУМАН»

г. Москва 105005

Dianov V.A. – design engineer, R&D “KAMAZ-BAUMAN”

Moscow 105005

vadianov@bmstu.ruБокаревА. И.BokarevA. I.

Бокарев Александр Игоревич – канд. техн. наук, старший научный сотрудник, НОЦ «КАМАЗ-БАУМАН»

г. Москва 105005

Bokarev A.I. – PhD (Eng), senior researcher, R&D “KAMAZ-BAUMAN”

Moscow 105005

bokarev@bmstu.ruКарташовА. Б.KartashovA. B.

Карташов Александр Борисович – канд. техн. наук, доцент кафедры СМ-10 «Колёсные машины»

г. Москва 105005

Kartashov A.B. – PhD (Eng), associate professor of the Department SM10 “Wheeled vehicles”

Moscow 105005

kartashov@bmstu.ruФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»РоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation202426092024035770Copyright © Дианов В.А., Бокарев А.И., Карташов А.Б., 20242024Дианов В.А., Бокарев А.И., Карташов А.Б.Dianov V.A., Bokarev A.I., Kartashov A.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/339

Введение (постановка задачи и актуальность). Обеспечение необходимой прочности, жёсткости и долговечности компонентов силовой структуры карьерных автосамосвалов является важной инженерной задачей в условиях отсутствия регламентов и стандартов моделирования нагруженности. Поэтому направление наработки нормативной методической базы для выстраивания эффективного процесса проектирования шасси и несущих систем карьерных автосамосвалов имеет высокую актуальность.

Цель исследования – разработка методики моделирования нагруженности карьерного автосамосвала путём каскадирования внешних силовых факторов для установления нормированной последовательности при формировании каскада проверочных нагрузок на механические части карьерного автосамосвала на начальных этапах проектирования.

Методология и методы

Методология и методы. В соответствии с целью и задачами исследования определены следующие методы: метод имитационного математического моделирования; методы статистической обработки информации; формализация и конкретизация расчётных режимов нагружения на базе формул теории автомобиля.

Результаты и научная новизна. Результаты сформулированы в виде описательной части основных особенностей методики моделирования нагруженности карьерного автосамоcвала, а также некоторых промежуточных результатах апробации, доказывающих пригодность, эффективность и обоснованность разработанной методики. Научная новизна заключается в применении способа моделирования нагруженности карьерного автосамосвала по принципу «нагрузка – разгрузка – статика» с учётом одновременного действия инерционных нагрузок и нагрузок в пятне контакта шин с дорожным покрытием при сохранении квазиустойчивого состояния динамической модели, что сравнительно снижает время моделирования более чем на 20%.

Практическая значимость

Практическая значимость. Разработанная методика рекомендуется для применения на ранних этапах проектирования для моделирования типовых и нетиповых режимов эксплуатации карьерного автосамосвала, чтобы определить нагрузки на несущую систему и направляющий аппарат подвески шасси карьерного автосамосвала для последующих расчётов эксплуатационной надёжности.

Introduction (problem statement and relevance). Ensuring the necessary strength, stiffness and durability of load-bearing structure components of open-pit dump trucks is an important engineering task in the absence of regulations and standards of loading simulation. Therefore, the focus area of developing and accumulating of the regulatory and methodical base for building an effective design process for chassis and load-bearing systems of open-pit dump trucks is highly relevant.

The purpose of the study is to develop the procedure for simulation of open-pit dump truck loading by means of cascading the external force factors in order to determine the standardized sequence when forming a cascade of test loads acting on mechanical parts of the open-pit dump truck in the initial design stages.

Methodology and research methods. According to the goals and objectives of the study, the following methods were assigned: the mathematical simulation method; statistical data processing methods; formalization and specification of calculated load cases based on vehicle theory formulas.

Scientific novelty and results. The results are formed as a descriptive part of the main peculiarities of the open-pit dump truck loading simulation procedure as well as some intermediary approbation results proving the suitability, efficiency and reasonability of the procedure developed. The scientific novelty consists in application of the open-pit dump truck loading simulation method on the principle of “loading –unloading – statics” considering the simultaneous influence of inertia loads and loads in the tyre-to-road contact patch while maintaining the quasistable state of the dynamic model, which relatively reduces the simulation time by more than 20%.

Practical significance. The procedure developed is recommended to be applied in the early design stages in order to simulate typical and non-typical open-pit dump truck operational conditions or modes so that to define the loads acting on the open-pit dump truck load-bearing system and chassis suspension guiding devices for further operational reliability calculations.

нагруженностьмоделированиеквазистатикапрочностьжёсткостьдолговечностьрежим нагружениясиловая структуранесущая системакарьерный автосамосвалкарьерсамосвалloadingsimulationquasistaticsstrengthstiffnessdurabilityload caseload-bearing structureload-bearing systemopen-pit dump truckopen pitdump truckReferencesЗырянов И.В. Транспортные системы кимберлитовых карьеров Якутии / ХXX Международный научный симпозиум «Неделя горняка-2022».Zyryanov I.V. [Transport systems of kimberlite quarries in Yakutia]. [Miner’s Week-2022: 30th International Scientific Symposium]. (In Russian)Гельфгат Д.Б., Ошноков B.A. Рамы грузовых автомобилей. – М.: Машгиз, 1959. – 231 c.Gel’fgat D.B., Oshnokov B.A. [Truck frames]. Moscow, Mashgiz Publ., 1959. 231 p. (In Russian)Яценко Н.Н., Бурдасов Е.И., Розов Р.А., Безверхий С.Ф., Петровский Д.В., Шалдыкин В.П. Ресурсные испытания грузовых автомобилей на автополигоне. Часть 1: Развитие, условия и статистическая интерпретация результатов. Часть 2: Основы форсирования и оптимального планирования испытаний / Центральный научно-исследовательский автомобильный полигон «НАМИ». – М.: НИИНавтопром, 1974.Yatsenko N.N., Burdasov E.I., Rozov R.A., Bezverkhiy S.F., Petrovskiy D.V., Shaldykin V.P. [Life tests of trucks at the test site. Part 1. Development, conditions and statistical interpretation of results. Part 2. Fundamentals of forcing and optimal test planning]. [Central Research Automative Test Center “NAMI”]. Moscow, NIINavtoprom Publ., 1974. (In Russian)Kotiev G.O., Padalkin B.V., Kartashov A.B., Dyakov A.S. Designs and development of Russian scientific schools in the field of crosscountry ground vehicles building // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2017. – No. 12 (4). – P. 1064–1071. URL: https://arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2017/jeas_0217_5726.pdf (дата обращения: 03.04.2024).Kotiev G.O., Padalkin B.V., Kartashov A.B., Dyakov A.S. Designs and development of Russian scientific schools in the field of crosscountry ground vehicles building. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2017, no. 12 (4), pp. 1064–1071. Available at: https://arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2017/jeas_0217_5726.pdf (accessed 03 April 2024).Барышников Ю.Н. Проблемы создания математических моделей для расчёта несущих систем карьерных самосвалов // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – 2011. – № 4–2. – С. 54–56.Baryshnikov Yu.N. [The issues of developing mathematical models for calculation of bearing systems of large dump-body trucks]. Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N.I. Lobachevskogo, 2011, no. 4–2, pp. 54– 56. (In Russian)Дубинкин Д.М., Чичекин И.В., Левенков Я.Ю., Арутюнян Г.А. Разработка имитационной модели динамики карьерного автосамосвала для определения нагрузок, действующих на несущую систему и грузовую платформу при загрузке и разгрузке дисперсного груза // Горная промышленность. – 2021. – № 6. – С. 117–126. DOI: 10.30686/1609-9192-20216-117-126.Dubinkin D.M., Chichekin I.V., Levenkov Ya.Yu. [Development of a simulation dump truck dynamics model to estimate loads acting on its carrier and load platform when loading and dumping bulk loads]. Gornaya promyshlennost’, 2021, no. 6, pp. 117–126. DOI: 10.30686/1609-9192-2021-6-117-126. (In Russian)Вдовин Д.С., Левенков Я.Ю., Чичекин И.В. Нагружение конечно-элементных моделей несущих систем колёсных машин с применением метода Inertia Relief и твердотельной динамической модели автомобиля / Технологии и компоненты интеллектуальных транспортных систем, Москва, 18–19 октября 2018 г. – М.: ФГУП «НАМИ», 2018. – С. 620–640.Vdovin D.S., Levenkov Ya.Yu., Chichekin I.V. [Loading of finite element models of load-bearing systems of wheeled vehicles using the Inertia Relief method and a solid-state dynamic model of the vehicle]. [Technologies and components of intelligent transport systems, Moscow, 18–19 October 2018]. Moscow, FSUE “NAMI” Publ., 2018, pp. 620–640. (In Russian)Чичекин И.В., Карташов А.Б., Газизуллин Р.Л., Киселев П.И., Вдовин Д.С. Разработка имитационной модели динамики беспилотного карьерного автосамосвала для определения нагрузок, действующих на несущую систему при движении в заданных условиях / Инновации в информационных технологиях, машиностроении и автотранспорте (ИИТМА-2020): сборник материалов IV Международной научно-практической конференции с онлайн-участием, Кемерово, 7–10 декабря 2020 г. – Кемерово: Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачёва, 2020. – С. 291–301.Chichekin I.V., Kartashov A.B., Gazizullin R.L., Kiselev P.I., Vdovin D.S. [Development of a simulation model of the dynamics of an unmanned mining dump truck to determine the loads acting on the load-bearing system when driving in given conditions]. [Innovations in information technology, mechanical engineering and motor transport (IITMA-2020): collection of materials from the 4th International Scientific and Practical Conference with online participation, Kemerovo, 7–10 December 2020]. Kemerovo, Kuzbasskiy gosudarstvennyy tekhnicheskiy universitet im. T.F. Gorbacheva Publ., 2020, pp. 291–301. (In Russian)Лата В.Н., Марков С.В., Ерёменко А.А., Елховикова А.П. Анализ прочности и долговечности деталей ходовой части на ранней стадии проектирования автомобиля // Известия МГТУ МАМИ. – 2008. – № 2 (6). – С. 59–64.Lata V.N., Markov S.V., Eremenko A.A., Elkhovikova A.P. [The automobile suspension static strength and durability analysis at the design stage]. Izvestiya MGTU MAMI, 2008, no. 2 (6), pp. 59–64. (In Russian)Pahwa G.S. Static and dynamic load synthesis for vehicle durability simulation using Adams / Adams Durability Symposium, 2021.Pahwa G.S. Static and dynamic load synthesis for vehicle durability simulation using Adams. Adams Durability Symposium, 2021.Johannesson P., Speckert M. Guide to load analysis for durability in vehicle engineering. – Ch.: Wiley, 2014. – 458 p.Johannesson P., Speckert M. Guide to load analysis for durability in vehicle engineering. Ch., Wiley, 2014. 458 p.Zhang B. Component tests based on vehicle modeling and virtual testing // SAE Technical Paper. – 2017. – No. 2017-01-0384. – 5 p.Zhang B. Component tests based on vehicle modeling and virtual testing. SAE Technical Paper, 2017, no. 2017-01-0384. 5 p.Heißing B. Fundamentals, driving dynamics, components, mechatronics, perspectives: chassis handbook / eds. Ersoy M. – Wiesbaden GmbH: Springer Fachmedien: Vieweg+Teubner Verlag, 2011. – 591 p. ISBN 978-3-8348-0994-0.Heißing B. Fundamentals, driving dynamics, components, mechatronics, perspectives: chassis handbook. Eds. Ersoy M. Wiesbaden GmbH: Springer Fachmedien: Vieweg+Teubner Verlag, 2011. 591 p. ISBN 978-3-8348-0994-0.Максимов Р.О., Чичекин И.В. Виртуальный стенд для определения нагрузок в пневматической подвеске задней тележки грузового автомобиля на ранних стадиях проектирования // Известия МГТУ МАМИ. – 2021. – № 3 (49). – С. 76–86. DOI: 10.31992/2074-05302021-49-3-76-86.Maksimov R.O., Chichekin I.V. [A virtual test bench for determining the loads in the air suspension of the rear trolley of a truck at the early stages of design]. Izvestiya MGTU MAMI, 2021, no. 3 (49), pp. 76–86. DOI: 10.31992/2074-0530-2021-49-3-76-86. (In Russian)Кулагин В.А. Разработка комплекса математических моделей подвески легкового автомобиля для анализа усталостной долговечности // Известия МГТУ МАМИ. – 2021. – Т. 15. – № 4. – С. 33–42. DOI: 10.31992/2074-0530-2021-50-4-33-42.Kulagin V.A. [Development of a complex of mathematical models of a vehicle suspension for fatigue life analysis]. Izvestiya MGTU MAMI, 2021, vol. 15, no. 4, pp. 33–42. DOI: 10.31992/2074-0530-2021-50-4-33-42. (In Russian)Sin V., Gattringer O. Use of virtual iteration in commercial vehicle development / 6th FEMFAT User Meeting, Austria, 9–11 May 2007.Sin V., Gattringer O. Use of virtual iteration in commercial vehicle development. 6th FEMFAT User Meeting, Austria, 9–11 May 2007.Numata F., Gattringer O. Full vehicle simulation using virtual iteration to ensure an excellent correlation between measurement and simulation / JSAE Annual Congress, Yokohama, 20–22 May 2015.Numata F., Gattringer O. Full vehicle simulation using virtual iteration to ensure an excellent correlation between measurement and simulation. JSAE Annual Congress, Yokohama, 20–22 May 2015.Mrazek T., Grieshofer O. Virtuelle iteration von lastdaten zur komponenten und fahrzeugbewertung / Grazer Nutzfahrzeug Workshop, 11 May 2012 / Engineering Center Steyr GmbH & Co KG (ECS).Mrazek T., Grieshofer O. Virtuelle iteration von lastdaten zur komponenten und fahrzeugbewertung. Grazer Nutzfahrzeug Workshop, 11 May 2012. Engineering Center Steyr GmbH & Co KG (ECS).Чичекин И.В., Левенков Я.Ю., Арутюнян Г.А., Нырков Ф.А., Чудаков О.И. Разработка математической динамической модели карьерного автосамосвала для определения нагрузок, действующих на раму в заданных режимах эксплуатации // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2022. – № 2 (137). – С. 127–137. DOI: 10.46960/1816-210X_2022_2_127.Chichekin I.V., Levenkov Ya.Yu., Arutyunyan G.A., Nyrkov F.A., Chudakov O.I. [Development of mathematical dynamic model of an open-pit dump truck for determination of loads acting on frame in specified operating modes]. Trudy NGTU im. R.E. Alekseeva, 2022, no. 2 (137), pp. 127–137. DOI: 10.46960/1816-210X_2022_2_127. (In Russian)Кулагин В.А., Бокарев А.И. Исследование влияния податливости компонентов направляющего аппарата подвески автомобиля на накопление повреждаемости при моделировании нагрузочного цикла ресурсных испытаний / Форум инновационных транспортных технологий, Наземные интеллектуальные транспортные средства и системы: сборник трудов Международного автомобильного научного форума (МАНФ-2020), Автонет-2020, Москва, 14–15 октября 2020 г. – М.: ФГУП «НАМИ», 2020. – С. 1165–1190.Kulagin V.A., Bokarev A.I. [Study of the influence of the compliance of vehicle suspension guide vane components on the accumulation of damage when simulating the load cycle of life tests]. [Forum of Innovative Transport Technologies, Ground Intelligent Vehicles and Systems: collection of proceedings of the International Automotive Scientific Forum (IASF-2020), Avtonet-2020, Moscow, 14–15 October 2020]. Мoscow, FSUE “NAMI” Publ., 2020, pp. 1165–1190. (In Russian)Shaju A., Pandey А.K. Modelling transient response using PAC 2002-based tyre model // Vehicle System Dynamics. – 2022. – No. 60 (1). – P. 20–46.Shaju A., Pandey А.K. Modelling transient response using PAC 2002-based tyre model. Vehicle System Dynamics, 2022, no. 60 (1), pp. 20–46.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.