Разработка методики моделирования нагруженности карьерного автосамосвала путём каскадирования внешних силовых факторов

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. 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. 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.

1. Зырянов И.В. Транспортные системы кимберлитовых карьеров Якутии / ХXX Международный научный симпозиум «Неделя горняка-2022».

2. Гельфгат Д.Б., Ошноков B.A. Рамы грузовых автомобилей. – М.: Машгиз, 1959. – 231 c.

3. 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.

4. 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).

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Pahwa G.S. Static and dynamic load synthesis for vehicle durability simulation using Adams / Adams Durability Symposium, 2021.

11. Johannesson P., Speckert M. Guide to load analysis for durability in vehicle engineering. – Ch.: Wiley, 2014. – 458 p.

12. Zhang B. Component tests based on vehicle modeling and virtual testing // SAE Technical Paper. – 2017. – No. 2017-01-0384. – 5 p.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Sin V., Gattringer O. Use of virtual iteration in commercial vehicle development / 6th FEMFAT User Meeting, Austria, 9–11 May 2007.

17. 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.

18. 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).

19. 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.

20. 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.

21. Shaju A., Pandey А.K. Modelling transient response using PAC 2002-based tyre model // Vehicle System Dynamics. – 2022. – No. 60 (1). – P. 20–46.