namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»nami-98Research ArticleАВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕAUTOMOBILE DEVELOPMENTПрогнозирование усталостной долговечности элементов подвески полуприцепа на ранних стадиях проектированияPredicting the fatigue life of a semi-trailer suspension elements at the early stages of designВдовинД. С.VdovinD. S.

канд. техн. наук, доцент

г. Москва 105005

PhD (Eng), associate professor

Moscow 105005

vdovinsky@mail.ruЧичекинИ. В.ChichekinI. V.

канд. техн. наук, доцент

г. Москва 105005

PhD (Eng), associate professor

Moscow 105005

hiv2@mail.ruЛевенковЯ. Ю.LevenkovYa. Yu.

канд. техн. наук, доцент

г. Москва 105005

PhD (Eng), associate professor

Moscow 105005

lique87@mail.ruКафедра СМ-10 «Колёсные машины», Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»РоссияDepartment “Wheeled vehicles”, Bauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation201912072020021423Copyright © Вдовин Д.С., Чичекин И.В., Левенков Я.Ю., 20202020Вдовин Д.С., Чичекин И.В., Левенков Я.Ю.Vdovin D.S., Chichekin I.V., Levenkov Y.Y.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/98

Введение. Транспортировка грузов автомобильным транспортом – основной способ доставки как в нашей стране, так и за рубежом. Наибольшее количество перевезённых грузов наземным транспортом приходится на прицепные седельные автопоезда. Таким образом совершенствование методик конструктивных элементов автопоездов является актуальной задачей. Объекты исследования – элементы системы подрессоривания и ходовой части полуприцепа. Предмет исследования – способы расчёта усталостной долговечности элементов несущей системы и подвески осей полуприцепа на основе метода конечных элементов.

Цель работы – учёт влияния податливости звеньев на нагрузки, полученные в динамической модели полуприцепа на расчётные параметры долговечности деталей системы подрессоривания. Методология и методы. Расчёты произведены в системе расчёта динамики твёрдых тел. Расчёт усталостной долговечности проводился с применением метода конечных элементов. На примере полуприцепа автопоезда выполнены два типа расчётов – с использованием абсолютно жёстких звеньев и деформируемых звеньев. Расчёты обеих моделей проведены для нескольких характерных расчётных случаев элементов системы подрессоривания. В настоящей работе представлен для примера один расчётный режим – движение по неровной дороге второй категории эксплуатации.

Результаты и научная новизна. Сравнение расчётов показывает, что учёт деформаций звеньев динамической подвески даёт не только уменьшение нагрузок в шарнирах модели, но и приводит к увеличению усталостной долговечности. Что особенно важно для полуприцепов из-за требуемого большого ресурса.

Практическая значимость работы заключается в возможности уточнения нагрузок на элементы системы подрессоривания, что позволит, например, снизить массу деталей при заданной долговечности.

Introduction. Road transportation of goods is the main delivery method both in our country and abroad. The largest number of goods transported by road accounts for saddle road trains. Thus, the problem of improving structural elements of road trains and working out ways of its solution is an important task. The object of the research is the study of the suspension system and the semi-trailer chassis elements.

The purpose of the study is the calculation of the fatigue life of both the carrier system elements and the axle’s suspension of the semi-trailer which is based on the calculation finite element method. The purpose of the work is the link flexibility influence of the loads obtained in the semi-trailer dynamic model on the durability calculated parameters of the suspension system parts.

Methodology and research methods. System calculations for the dynamics of solids have been made. The assessment of their fatigue life was carried out by means of the finite element method. Two types of calculations were carried out when using both absolutely rigid links and deformable links of a semitrailer of a train. The calculations of the two models were carried out for several characteristic design cases considering the elements of the suspension system. The paper presents a mode of driving on a rough road of the second category of operations, as an example.

Scientific novelty and results. The comparison of calculations showed that the deformations of the dynamic suspension links not only reduced the loads in the hinges of the model but also led to a fatigue life increase which is of essential importance for semi-trailers due to their requirements of larger resources.

The practical significance of the work lies in the possibility of determining loads on suspension system elements, which will make it possible to reduce the mass of parts for a given durability.

расчёт на прочностьметод конечных элементовнагрузкиподвескасистема подрессориваниядинамика твёрдых телвиртуальный прототипдолговечностьstrength analysisfinite element methodloadssuspensionsuspension systemrigid body dynamicsvirtual prototypedurabilityReferencesВысоцкий М.С., Кочетов С.И., Харитончик С.В. Основы проектирования модульных магистральных автопоездов. – Минск: Белорусская наука, 2011. 407 с. – ISBN 978-985-08-1268-1.Vysotskiy M.S., Kochetov S.I., Kharitonchik S.V. [Fundamentals of the design of modular long-haul trains]. Minsk, Belorusskaya nauka Publ., 2011. 407 p. ISBN 978985-08-1268-1. (In Russian)Горобцов А.С., Шурыгин В.А., Серов В.А., Дьяков А.С., Лаптева В.О., Макаров А.А. Разработка математической модели многоопорной транспортной машины для перевозки крупногабаритных неделимых грузов // Грузовик. – 2014. – № 11. – С. 2–5.Gorobtsov A.S., Shurygin V.A., Serov V.A., D’yakov A.S., Lapteva V.O., Makarov A.A. [Development of mathematical models multisupporting transport machines carriage of indivisible]. Gruzovik, 2014, no. 11, pp. 2–5. (In Russian)Проектирование полноприводных колёсных машин: Учебник для вузов: В 3 т. / Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов, Г.И. Гладов и др.; Под ред. А.А. Полунгяна. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008.Afanas’ev B.A., Belousov B.N., Gladov G.I. et alia [Design of all-wheel drive wheels: Textbook. In 3 volumes. Ed. by Polongyan A.A.]. Moscow, BMSTU Publ., 2008. (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 cross-country ground vehicles building. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2017. – Vol. 12. – No. 4. – P. 1064–1071.Kotiev G.O., Padalkin B.V., Kartashov A.B., Dyakov A.S. Designs and development of russian scientific schools in the field of cross-country ground vehicles building. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2017, vol. 12, no. 4, pp. 1064–1071.Падалкин Б.В., Горелов В.А., Чудаков О.И. Повышение энергоэффективности автопоезда при движении в тяжёлых дорожных условиях за счёт выбора рациональных параметров систем привода прицепных звеньев // Труды НАМИ. – 2017. – № 1 (268). С. 60–66.Padalkin B.V., Gorelov V.A., Chudakov O.I. [Increasing of road train energy efficiency in heavy road conditions by means of rational parameters selection of trailer drive system]. Trudy NAMI, 2017, no. 1 (268), pp. 60–66. (In Russian)Genta G., Morello L. The Automotive Chassis. Vol. 1: Components Design. – Springer Science+Business Media, B.V. – 2009. – 627 р.Genta G., Morello L. The Automotive Chassis. Vol. 1: Components Design. Springer Science+Business Media, B.V., 2009. 627 р.Barton D.C., Fieldhouse J.D. Automotive Chassis Engineering. – Springer Science+Business Media, B.V., 2018. – 327 p.Barton D.C., Fieldhouse J.D. Automotive Chassis Engineering. Springer Science+Business Media, B.V., 2018. 327 p.Вдовин Д.С. Расчёт нагрузок на звенья независимой подвески ходовой части автомобиля 8х8 с использованием Nx Motion / 85-я международная научно-техническая конференция Ассоциации автомобильных инженеров «Будущее автомобилестроения в России»: сборник трудов секции «Автомобили и тракторы». М.: Университет Машиностроения (МАМИ), 2014. С. 2–6.Vdovin D.S. [Calculation of loads on links of an independent suspension of a chassis of the vehicle 8WD with use NX Motion]. [The 85th International Scientific and Technical Conference of the Association of Automotive Engineers “The Future of Automotive Industry in Russia”: a collection of papers of the section “Automobiles and tractors”]. Moscow, MAMI Publ., 2014. pp. 2–6. (In Russian)Ryan R.R. ADAMS // In Supplement to Vehicle System Dynamics. – 1993. – V. 22. – P. 144–152.Ryan R.R. ADAMS. In Supplement to Vehicle System Dynamics, 1993, vol. 22, pp. 144–152.Farid M.L. Fundamentals of multibody dynamics: theory and applications. – Birkhauser, 2006. – 684 р.Farid M.L. Fundamentals of multibody dynamics: theory and applications. Birkhauser, 2006. 684 р.Gorelov V.A., Komissarov A.I. Mathematical Model of the Straight-line Rolling Tire-Rigid Terrain Irregularities Interaction. Procedia Engineering. – 2016. Vol. 150. – P. 1322–1328.Gorelov V.A., Komissarov A.I. Mathematical Model of the Straight-line Rolling Tire-Rigid Terrain Irregularities Interaction. Procedia Engineering, 2016, vol. 150, pp. 1322–1328.Bremer H. Elastic Multibody Dynamics. – Springer Science+Business Media, B.V., 2008. – 451 р.Bremer H. Elastic Multibody Dynamics. Springer Science+Business Media, B.V., 2008. 451 р.Kong Y.S., Abdullah S., Omar M.Z., Haris S.M. Side force analysis of suspension strut under various load cases // Jurnal Teknologi (Sciences and Engineering). 2016. – Vol. 78. – No. 6. – P. 85–90.Kong Y.S., Abdullah S., Omar M.Z., Haris S.M. Side force analysis of suspension strut under various load cases. Jurnal Teknologi (Sciences and Engineering), 2016, vol. 78, no. 6, pp. 85–90.Altair. URL: https://www.altair.com/ (дата обращения: 21.02.2019).Altair. Available at: https://www.altair.com/ (accessed 21 February 2019).nCode. URL: https://www.ncode.com/ (дата обращения: 21.02.2019).nCode. Available at: https://www.ncode.com/ (accessed 21 February 2019).Жилейкин М.М. Моделирование систем транспортных средств: методические указания к выполнению лабораторных работ. – М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. – 96 c.Zhileykin M.M. [Modeling vehicle systems: guidelines for laboratory work]. Moscow, BMSTU Publ., 2017. 96 p. (In Russian)Левенков Я.Ю., Вольская Н.С. Сглаживающая способность пневматической шины автомобильного колеса при взаимодействии с твёрдой неровной опорной поверхностью // Технология колёсных и гусеничных машин – Technology of Wheeled and Tracked Machines. – 2015. – № 1. – С. 20–26.Levenkov Ya.Yu., Vol’skaya N.S. [The smoothing ability of an automobile wheel pneumatic tyre in its interaction with hard and rugged bearing surface]. Technology of Wheeled and Tracked Machines, 2015, no. 1, pp. 20–26. (In Russian)Кушвид Р.П., Чичекин И.В. Шасси автомобиля. Конструкция и элементы расчёта: учебник. – М.: МГИУ, 2014. – 555 с.Kushvid R.P., Chichekin I.V. [Vehicle chassis. Construction and elements of calculation: a textbook]. Moscow, MGIU Publ., 2014. 555 p. (In Russian)Левенков Я.Ю., Чичекин И.В. Определение параметров модели рессоры для анализа нагрузок и оценки прочности элементов подвески в системе расчёта динамики твёрдых тел // Инженерный вестник. – 2016. – № 12. – С. 4.Levenkov Ya.Yu., Chichekin I.V. [Determination of the parameters of the spring model for the analysis of loads and evaluation of the strength of suspension elements in the system for calculating the dynamics of solids]. Inzhenernyy vestnik, 2016, no. 12, p. 4. (In Russian)Vdovin D., Chichekin I. Loads and Stress Analysis Cycle Automation in the Automotive Suspension Development Process // Procedia Engineering. – 2016. Vol. 150. – P. 1276–1279.Vdovin D., Chichekin I. Loads and Stress Analysis Cycle Automation in the Automotive Suspension Development Process. Procedia Engineering, 2016, vol. 150, pp. 1276–1279.Вдовин Д.С., Чичекин И.В., Поздняков Т.Д. Виртуальный стенд для определения нагрузок на рулевое управление автомобиля // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2017. – № 8 (68). – С. 3.Vdovin D.S., Chichekin I.V., Pozdnyakov T.D. [Virtual test bench for determining loads affecting an automotive steering system]. Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii, 2017, no. 8 (68), p. 3. (In Russian)Вольская Н.С., Левенков Я.Ю., Русанов О.А. Моделирование автомобильной пневматической шины, взаимодействующей с твёрдой неровной опорной поверхностью // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2013. – № 5. – С. 107–124.Vol’skaya N.S., Levenkov Ya.Yu., Rusanov O.A. [Modeling of an automobile pneumatic tire interacting with a firm uneven bearing surface]. Nauka i obrazovanie: nauchnoe izdanie MGTU im. N.E. Baumana, 2013, no. 5, pp. 107–124. (In Russian)Горелов В.А., Падалкин Б.В., Чудаков О.И. Математическая модель прямолинейного движения по деформируемой опорной поверхности двухзвенного седельного автопоезда с активным полуприцепным звеном // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. – 2017. – № 2 (113). – С. 121–138.Gorelov V.A., Padalkin B.V., Chudakov O.I. [Mathematical model of linear motion on the deformable supporting surface of the two-link road train with an active semitrailer]. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. N.E. Baumana. Seriya: Mashinostroenie, 2017, no. 2 (113), pp. 121–138. (In Russian)Чудаков О.И., Анкинович Г.Г., Горелов В.А. Математическая модель прямолинейной динамики по недеформируемому опорному основанию седельного автопоезда с активным полуприцепом // Вестник машиностроения. – 2017. – № 3. – С. 37–42.Chudakov O.I., Ankinovich G.G., Gorelov V.A. [Mathematical model of rectilinear dynamics on nondeformable support base of saddle road-train with active semi-trailer]. Vestnik mashinostroeniya, 2017, no. 3, pp. 37–42. (In Russian)Чудаков О.И., Анкинович Г.Г., Горелов В.А. Оценка влияния активизации колёс полуприцепа на тягово-динамические свойства автопоезда // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2017. – № 1. – С. 44–54.Chudakov O.I., Ankinovich G.G., Gorelov V.A. [The Estimation of the Influence of Semi-Trailer Wheel Activation on Traction and Dynamic Properties of Road Trains]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroenie, 2017, no. 1, pp. 44–54. (In Russian)Skotnikov G.I., Jileykin M.M. and Komissarov A.I. Increasing the stability of the articulated lorry at braking by locking the fifth wheel coupling // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 315 (2018) 012027. DOI:10.1088/1757-899X/315/1/012027.Skotnikov G.I., Jileykin M.M. and Komissarov A.I. Increasing the stability of the articulated lorry at braking by locking the fifth wheel coupling. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 315 (2018) 012027. DOI:10.1088/1757-899X/315/1/012027.Dempsey M., Fish G., Beltran J.G.D. High fidelity multibody vehicle dynamics models for driver-in-the-loop simulators / Proceedings of the 11th International Modelica Conference September 21-23, 2015. – Versailles, France, 2015. – P. 273–280.Dempsey M., Fish G., Beltran J.G.D. High fidelity multibody vehicle dynamics models for driver-in-theloop simulators. Proceedings of the 11th International Modelica Conference September 21-23, 2015. Versailles, France, 2015, pp. 273–280.Pacejka H.B. Tyre and Vehicle Dynamics. Oxford, Butterworth Heinemann, 2006. – 672 p.Pacejka H.B. Tyre and Vehicle Dynamics. Oxford, Butterworth Heinemann, 2006. 672 p.Pacejka H.B., Besselink I.Y. Magic Formula Tyre Model with Transient Properties // Supplement to Vehicle System Dynamics. – 1997. – Vol. 27. – P. 234–249.Pacejka H.B., Besselink I.Y. Magic Formula Tyre Model with Transient Properties. Supplement to Vehicle System Dynamics, 1997, vol. 27, pp. 234–249.TNO Automotive: MF-Tool 6.1 User Manual. Netherlands, 2008.TNO Automotive: MF-Tool 6.1 User Manual. Netherlands, 2008.

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