Прогнозирование усталостной долговечности элементов подвески полуприцепа на ранних стадиях проектирования

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.

1. Высоцкий 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. Genta G., Morello L. The Automotive Chassis. Vol. 1: Components Design. – Springer Science+Business Media, B.V. – 2009. – 627 р.

7. Barton D.C., Fieldhouse J.D. Automotive Chassis Engineering. – Springer Science+Business Media, B.V., 2018. – 327 p.

8. 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.

9. Ryan R.R. ADAMS // In Supplement to Vehicle System Dynamics. – 1993. – V. 22. – P. 144–152.

10. Farid M.L. Fundamentals of multibody dynamics: theory and applications. – Birkhauser, 2006. – 684 р.

11. 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.

12. Bremer H. Elastic Multibody Dynamics. – Springer Science+Business Media, B.V., 2008. – 451 р.

13. 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.

14. Altair. URL: https://www.altair.com/ (дата обращения: 21.02.2019).

15. nCode. URL: https://www.ncode.com/ (дата обращения: 21.02.2019).

16. Жилейкин М.М. Моделирование систем транспортных средств: методические указания к выполнению лабораторных работ. – М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. – 96 c.

17. 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.

18. Кушвид Р.П., Чичекин И.В. Шасси автомобиля. Конструкция и элементы расчёта: учебник. – М.: МГИУ, 2014. – 555 с.

19. 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.

20. Vdovin D., Chichekin I. Loads and Stress Analysis Cycle Automation in the Automotive Suspension Development Process // Procedia Engineering. – 2016. Vol. 150. – P. 1276–1279.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

27. 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.

28. Pacejka H.B. Tyre and Vehicle Dynamics. Oxford, Butterworth Heinemann, 2006. – 672 p.

29. Pacejka H.B., Besselink I.Y. Magic Formula Tyre Model with Transient Properties // Supplement to Vehicle System Dynamics. – 1997. – Vol. 27. – P. 234–249.

30. TNO Automotive: MF-Tool 6.1 User Manual. Netherlands, 2008.