автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Повышение эксплуатационных качеств серийных полноприводных шасси для специализированных автотранспортных средств в условиях мелкосерийного производства

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ СОЗДАНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ (CATC).

1.1 .Общие тенденции в развитии CATC.

1.2.Цель, задачи и методика исследования.

1.3. Выводы.

2. ПРИНЦИПЫ МОДУЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ.

2.1. Теоретические положения модульного проектирования машин.

2.2. Выбор автомобильного шасси для новых CATC и обоснование конструктивно-функционального модуля.

2.3. Классификация специализированных автотранспортных средств (CATC) по функциональному и конструктивному признакам.

2.4.Формирование эксплуатационных характеристик CATC на базе полноприводных шасси.

2.5. Выводы.

3. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА ОПОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОЛНОПРИВОДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ.

3.1. Исследование динамики нагружений опорных конструкций машин при движении.

3.1.1. Расчетная механическая схема динамической модели автомобиля «Урал-5557».

3.1.2. Математическая модель процесса движения автомобиля.

3.2. Моделирование процесса движения автомобиля и анализ результатов

3.2.1 Расчет моментов инерции основных узлов автомобиля-самосвала

3.2.2. Разработка программы расчета параметров динамического процесса движения автомобиля.

3.2.3. Анализ результатов моделирования.

3.3. Влияние числа циклов со знакопеременными нагрузками на ресурс узла

3.4. Выводы.

4. РАЗРАБОТКА НОВЫХ КОМПОНОВОЧНЫХ СХЕМ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СХЕМ И ОЦЕНКА ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ.

4.1. Новые решения при создании автотранспортных средств для перевозки штучных и насыпных грузов.

4.2. Оценка эксплуатационных качеств новых моделей специализированных автотранспортных средств на базе четырехосного шасси.

4.3. Эксплуатационные требования к CATC на базе полноприводных шасси

4.3.1. Условия эксплуатации CATC.

4.3.2. Эксплуатационные требования к лесовозу.

4.3.3. Эксплуатационные требования к сортиментовозам.

4.3.4. Эксплуатационные требования к самосвалам.

4.4. Некоторые теоретические предпосылки обеспечения эффективной эксплуатации специализированных автотранспортных средств.

4.5. Моделирование рабочего цикла автопоездов типа «Урал» и анализ их результатов.

4.6. Методические рекомендации по производству и эксплуатации CATC на базе полноприводных шасси.

4.7. Оценка экономической эффективности CATC.

Проблема повышения эксплуатационных качеств автомобильных шасси для специализированных автотранспортных средств (CATC) для различных отраслей промышленности, строительства, коммунального хозяйства крупных городов является на современном этапе одной из важных задач автомобильной промышленности и отраслевых потребителей этой техники. В условиях рыночных отношений эта задача значительно усложнилась, так как потребитель CATC имеет большую свободу выбора, в том числе и за счет импортной техники, и предъявляет более жесткие требования к качеству техники, ее возможностям и ценовым показателям. Кроме того, в связи с децентрализацией управления отраслями промышленности, в том числе и автомобильной, возникли самостоятельные производства (обычно - акционерные общества), непосредственно участвующие в создании CATC для лесоперерабатывающей и горнодобывающей промышленности, нефтегазового комплекса и др. Естественно, такие производства не обладают большими мощностями по выпуску CATC: как правило, это штучное производство, в лучшем случае -сотни единиц в год. Особенностью таких производств является тесное взаимодействие с заводами-производителями автомобильных шасси -Уральским (УраАЗ), Кременчугским (КрАЗ) и др., а также с потребителями. В условиях сравнительно небольших производств по выпуску CATC можно обеспечить большую гибкость по формированию эксплуатационных свойств этой техники, в наибольшей мере учитывая потребности потребителя.

Анализ мирового опыта создания CATC показывает, что длг улучшения их эксплуатационных характеристик наиболее целесообразно использовать шасси полноприводных автомобилей, так как условия эксплуатации CATC являются наиболее тяжелыми - бездорожье, большие уклоны и пр.

Интеграция России в мировое сообщество с использованием зарубежных технологий в ряде производств как одного из элементов технологической цепочки, которая имеет продолжение за пределами страны (например, при заготовке древесины), поставила перед российскими специалистами вопрос о создании собственной техники, предназначенной для участия в транспортном процессе на этапах единого технологического цикла, имеющего начало в России, а продолжение - за ее пределами. При этом собственные транспортные средства должны быть, исходя из общей экономической "ситуации в стране, дешевле, чем зарубежные аналоги, практически не уступать им в технических возможностях при использовании, по крайней мере, на российской территории, превосходить их по проходимости, простоте и ремонтопригодности базового шасси и навесного оборудования, иметь максимально унифицированные с серийными образцами узлы шасси. Навесное технологическое оборудование должно быть также простым и надежным в эксплуатации, иметь прочные, жесткие, не деформируемые со временем конструкции, позволяющие осуществлять работу машин и механизмов в различных регионах страны, в различных климатических условиях в широком диапазоне температур {1±45°С), н; дорогах и вне их. '

При большом разнообразии перевозимых грузов - от штучных различных размеров до насыпных - и платформ со смонтированным технологическим оборудованием экономически нецелесообразно иметь в парке автомобили, специально предназначенные для доставки определенного вида грузов или только как базу для определенного технологического оборудования. Выход из этого положения видится во внедрении транспортных средств, оборудованных специальными подъемниками? позволяющими принимать на себя в качестве кузова различные виды и типы грузовых и технологических платформ, при этом, конечно, технологическое оборудование, установленное на этих платформах, должно иметь автономный привод от установленного двигателя, а не от двигателя автошасси. В этом случае только в нефтегазовом комплексе тысячи, автомобилей, у которых в период проведения технологических операций используется лишь навесное оборудование, не простаивали бы бесполезно на скважинах. Сняв с таких автомобилей и установив, допустим, на аутотригерах • (гидравлических опорах) спецплощадки, сами автомобили можно использовать в качестве самосвалов, снегоуборщиков, поливомойщиков и т.д. Такой модернизации вполне могли бы быть подвергнуты простаивающие сейчас в период проведения ремонтных и регламентных работ многие автомобили.

В связи с изменившимися организационными и экономическими условиями возникла необходимость более детально рассмотреть теоретические и инженерные подходы к созданию CATC с улучшенными технико-экономическими характеристиками на базе малосерийного (несколько десятков единиц в год на одном предприятии) производства.

Использование серийно выпускаемых автомобильных шасси не означает однако, что в него не могут быть внесены какие-либо конструктивные изменения в соответствии с предлагаемой "начинкой" -навесным оборудованием, емкостными конструкциями и пр. Поэтому необходимо исследовать задачу формирования эксплуатационных свойств CATC в соответствии с требованиями заказчика комплексно. Эту задачу целесообразно решать, по нашему мнению, на основе принципов модульного проектирования. С использованием модернизированных полноприводных шасси. В первую очередь рассматриваются проблемы создания и эффективной эксплуатации CATC для лесозаготовительной и горнодобывающей промышленности, в значительной мере определяющих на современном этапе экономику страны.

4.8. Выводы

1. Комплексное решение создания специального технологического транспорта с использованием системы сменных кузовов из частной задачи превратилось в задачу народно-хозяйственного значения, так как позволяет с меньшими затратами получать больший экономический эффект.

2. Создание гаммы технологических машин, вписывающихся в общий контекст участия России в едином технологическом процессе с зарубежными партнерами влечет за собой нахождение нестандартных решений, позволяющих, исходя из данной экономической ситуации в стране, не ожидая создания принципиально новых образцов техники, применять все лучшее, что у нас есть сегодня с доработкой этих образцов для более эффективного их использования.

Рекомендации носят, в данном случае, конструкторский, исследовательский и технологический характер, ибо лишь в единстве этих трех компонентов деятельности можно решить столь важную задачу.

3. Выполненные тяговые расчеты показали, что увеличение грузоподъемности CATC на 25% за счет добавления к полноприводному шасси 4-ой ведущей оси не требует соответствующего увеличения мощности силовой установки: имеющегося резерва мощности у двигателя ЯМЗ-2Э8М2 вполне достаточно для нормальной работы модернизированных CATC.

4. Практика работы в новых экономических условиях показала, что мелкосерийное производство относительно широкой гаммы CATC на небольших акционерных предприятиях - таких, как, например, «Урал-сервис СПб», себя оправдало: его рентабельность довольно высока, сроки исполнения заказов невелики (максимум 45 дней). Адаптация к изменяющимся запросам потребителей несравненно выше, чем у больших заводов.

5. Разработанная для PC ЭМ программа расчетов основных эксплуатационных показателей полноприводных автопоездов позволяет моделировать их рабочий цикл в широком диапазоне дорожных условий на основе математической модели движения; результаты моделирования имеют сходимость с опытными данными (расхождение менее 10%).

6. Сформулированные в работе эксплуатационные требования к CATC на базе полноприводных шасси - лесовозам, сортиментовозам и самосвалам - позволяют правильно построить всю работу по проектированию, производству и эксплуатации CATC, повысить их качество, а, следовательно, безопасность и экономическую эффективность.

7. Предложенные методические рекомендации по производству и эксплуатации CATC содержат в себе особенности, связанные с новыми экономическими условиями — функционированием небольших акционерных предприятий с частным капиталом, повышенными требованиями заказчиков и отличаются достаточной полнотой и аргументированностью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенного исследования можно сделать следующие основные выводы и рекомендации:

1. Несмотря на широкую гамму типоразмеров различных CATC, выпускаемых серийно автомобильными заводами, они не в полной мере отвечают требованиям потребителя из-за недостаточной надежности, отсутствия должной гибкости в изменении конструктивных параметров и эксплуатационных свойств применительно к рыночным условиям, когда требуется большая оперативность в этом вопросе. Специальные автотранспортные средства для таких важнейших отраслей народного хозяйства, как лесозаготовительная, лесообрабатывающая, строительная и горнодобывающая, в условиях жесткой конкуренции с аналогичной зарубежной продукцией должны совершенствоваться на базе использования наиболее прогрессивных методов проектирования, а именно - с использованием модульных принципов.

2. В изменившихся экономических условиях, при существенном сокращении объемов производства в промышленности и строительстве, необходима определенная перестройка в организации проектирования и выпуска CATC: на первый план выдвигаются сравнительно некрупные, компактные производства с небольшой конструкторской группой, которые могут буквально за несколько месяцев спроектировать требуемые CATC или их модификации, но при одном важном условии: основой таких CATC являются серийно выпускаемые автомобильные шасси.

3. Анализ теоретических положений модульного проектирования машин позволил сформулировать требования к модулю, вводимому в систему CATC: в качестве такого конструктивно-функционального модуля рекомендована снаряженная задняя ведущая ось автомобильного шасси «Урал-4320» (для лесовоза), «Урал-5557.30» (для автосамосвала), а для CATC повышенной мощности —автомобильное шасси «КрАЗ-6510».

4. В общепринятую классификацию эксплуатационных свойств автомобилей (CATC) введено новое понятие - совместимость модуля с базовой конструкцией и определено условие, при котором целесообразно вводить в конструкцию этот модуль; отношение суммы преимуществ от введения модуля, интегрально выраженное в некотором эквиваленте, к сумме снижения некоторых эксплуатационных качеств должно быть больше единицы.

5. Для определения влияния дорожных условий и скорости движения CATC на ресурс их базовых конструкций выполнены исследования динамических процессов с использованием метода математического моделирования, при этом для получения необходимых исходных данных определенным образом была структурирована конструкция автосамосвала «Урал-5557.30» и определены моменты инерции неподрессоренной и подрессоренной масс, что должно представлять и практический интерес для завода-изготовителя этих машин.

6. На основе физической модели автосамосвала разработана математическая модель для расчета характеристик динамических процессов автосамосвала «Урал-5557» при движении по неровной дороге, в которой рассматриваемый набор деформированных связей представляется в виде обобщенного реологического вязкого упруго-пластичного элемента Кельвина-Фойгта, что позволило наиболее адекватно описать реальный процесс нагружения опорных конструкций при движении автомобиля. Разработанная расчетная интегральная математическая модель режима движения автосамосвала «Урал-5557.30», основанная на силовом нагружении подрессоренной массы в зависимости от внешних и внутренних факторов, учитывает возможные внутренние возмущения системы от изменения физико-механических свойств элементов конструкции.

7. По предложенной математической модели на языке программирования «Турбо Паскаль» составлена компьютерная программа, позволяющая получать на выходе значения параметров динамического процесса движущегося автосамосвала в зависимости от заданного режима работы. Установлены зависимости количества циклов нагружений от скорости движения автосамосвала: наибольшее число циклов соответствует скорости движения 6,0 км/ч по дороге с максимальной высотой неровности 100 мм.

8. По результатам моделирования (число циклов нагружения) получена зависимость ресурса ступицы колеса от величины возникающих в ней деформаций для наиболее нагруженного скоростного режима. Установлено, что ресурс ступицы колеса будет не менее ресурса двигателя (т.е. 300 тыс.км) при деформации до 0,07 мм. Предложенный метод может быть распространен и на другие опорные конструкции автомобиля. Для повышения ресурса кузова автосамосвала рекомендуется использование резино-магнитной футеровки, уменьшающей динамические нагрузки на узлы машины.

9. Комплексное решение проблемы создания средств специального технологического транспорта, заключающееся в создании гаммы технологических машин, вписывающихся в общий контекст участия России в едином технологическом процессе с зарубежными партнерами, требует нестандартных решений, позволяющих, исходя из данной экономической ситуации в стране, не ожидая создания принципиально новых образцов техники, применять все лучшее, что есть сегодня, с доработкой этих образцов для более эффективного их использования.

10. Исследования показали, что увеличение грузоподъемности CATC на 25% за счет добавления к полноприводному шасси 4-ой ведущей оси не требует соответствующего увеличения мощности силовой

1. Автомобили. Машины большой единичной мощности. Под ред. М.С. Высоцкого и А.И. Гришкевича. - Минск, Вышейшая школа, 1988.

2. Автомобили. Основы проектирования//М.С. Высоцкий, А.Г. Выгонный, JI.X. Гиллес, С.Г. Херсонский. Под ред. М. С. Высоцкого. Минск, Вышейшая школа, 1987.

3. Автомобильная промышленность за рубежом. Под ред. Ю.Н. Карпова. -М.: Прогресс, 1986.

4. Автомобильные транспортные средства //Великанов Д.П., Бернацкий В.И., Нифонтов Б.Н., Плеханов И.П. Под ред. Великанова Д.П. М.: Транспорт, 1977.

5. Антиненко B.C., Кац Г.Б., Патрушев В.А. Модели и методы оптимизации параметрических рядов машин. М.: Машиностроение, 1990.

6. Антонов Д.А. Расчет устойчивости движения многоосных автомобилей. -М.: Машиностроение, 1984.

7. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1984.

8. Борисов Н.И. Стандартизация параметров автомобилей. М.: Изд. стандартов, 1973.

9. Васильев A.JI. Модульный принцип формирования техники -стандарты и качество. М.,:1989.

10. Великанов Д.П. Эксплуатационные качества автомобиля. М.: Машиностроение, 1966.

11. Н.Володин В. Человек, ЭВМ, технические системы. Автоматизация проектирования. «Техника», 1984, №1.

12. Высоцкий М.С., Беленький Ю.Ю., Московкин В.В. топливная экономичность автомобилей и автопоездов. МН.: наука и техника, 1984.

13. Грифф М.И. Проблема перспективного специализированного автотранспорта для строительства. М.: ЦНИИОМТП, 1998.

14. Грифф М.И., Олитский B.C. Некоторые аспекты развития специализированного транспорта в России и СНГ. //Механизация строительства, 1997,№1, с. 15-19

15. Грифф М.И., Трофименков В.Ф., Антонов В.Ф. Типоразмерные ряды специализированных автотранспортных средств для строительства на период до 2000г.//ВНИИТПИ, 1993.

16. Грифф М.И., Фаробин Я.Е., Иванов A.M. Рекомендации по подготовке к эксплуатации многозвенных автопоездов.//ВНИИТПИ, 1991.

17. Добаген A.B. Оптимальное проектирование машин и сложных устройств. -М.: Машиностроение, 1979.

18. Зырянов И.В., Кулешов A.A., Терентьев В.Ф. Оптимизация процесса движения автосамосвалов особо большой грузоподъемности по динамическому фактору. Известия вузов. Горный журнал, 1991, №2, с.75-79.

19. Евграфов А.Н., Высоцкий М.С., Титович А.И. Аэродинамика магистральных автопоездов. Мн.: Наука и техника, 1988.

20. Ипатов М.И. Технико-экономический анализ проектируемых автомобилей. М.: Машиностроение, 1982.

21. Кайданов О.М. Создание специализированных автомобилей на полноприводном шасси с использованием принципа сменности грузонесущих платформ. Горный журнал, 1997, №8, с.29-32.

22. Кайданов О.М. Урал? Лучше! Журнал «Петербург Индустриальный», 2000, №2(20), с. 13.

23. Кайданов О.М. разработка модификаций технологических полноприводных автомобилей на основе модульного принципа. -Журнал "«Горные машины и электромеханика"» 2000,№2, с.28-29.

24. Кайданов О.М., Кулешов A.A. Оценка новых моделей специализированных автотранспортных средств на базе четырехосного шасси. Автомобильная промышленность, 2000,№7, с.8-10.

25. Кайданов О.М., Кулешов A.A. Использование принципов модульного проектирования при создании специализированных автотранспортных средств. Горный информационно-аналитический бюллетень. МГГУ, №2, с.162-165. - М.: 2000.

26. Кайданов О.М. Свидетельство №6381 на полезную модель «Грузовое многопрофильное шасси повышенной грузоподъемности». ВНИИПИ, М., 1998,№4.

27. Кайданов О.М. Свидетельство №3581 на полезную модель «Универсальное шасси высокой проходимости для сменных кузовов». ВНИИПИ, М., 1997,№2.

28. Кайданов О.М. Свидетельство №1836 на полезную модель «Автопоезд-сортиментовоз». ВНИИПИ, М,, 1996, №3.

29. Кайданов О.М. Патент РФ №43565 на промышленный образец «Автотягач-сортиментовоз». ВНИИПИ, М., 1997, №7.

30. Кайданов О.М. Патент РФ №46223 на промышленный образец «Автотягач-сортиментовоз повышенной грузоподъемности» ВНИИПИ, М., 1999, №10.

31. Кайданов О.М. Свидетельство №3768 на полезную модель «Универсальный снегоочиститель высокой проходимости». ВНИИПИ, М., 1997, №3.

32. Кайданов О.М., Мохин В.В. Свидетельство №7654 на полезную модель «Колесное транспортное средство». ВНИИПИ, М., 1997, №2.

33. Кайданов О.М. Свидетельство №5572 на полезную модель «Полуприцеп-сортиментовоз». М.ВНИИГПЭ 20.01.97.

34. Кайданов О.М. Свидетельство №13360 на полезную модель «Грузовое автошасси повышенной проходимости». М.ВНИИГПЭ 10.04.00.

35. Кайданов О.М. Свидетельство №16658 «Грузовое многопрофильное автошасси». М.ВНИИГПЭ 27.01.01.

36. Кац Г.Б., Ковалев А.П. Технико-экономический анализ и оптимизация конструкций машин. М.; Машиностроение, 1981.

37. Кононенко В.Г., Кушнаренко С.Г., Прялин М.А. Оценка технологичности и динфинации машин. М.: Машиностроение, 1986.

38. Кугель Р.В. Надежность машин массового производства. М.: Машиностроение, 1981.

39. Кулешов A.A. Терентьев В.Ф. Характеристика ударного процесса при загрузке карьерных автосамосвалов. Известия вузов. Горный журнал, 1982. №2, с.69-75.

40. Лившиц В.Н. Системный анализ экологических процессов на транспорте. -М.: Транспорт, 1981.

41. Литвинов A.C., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств (Учебник). М.: Машиностроение, 1989.

42. Малышев В.В., Методы оптимизации сложных систем. М.: МАИ, 1981.

43. Международная стандартизация в автомобилестроении// Б.Е. Кисуленко, И.А. Коровкин, В.Ф. Кутенев, О.И. Гируцкий. НИИстандарт. -М.: 1990.

44. Одинцов Д.Г. Теоретические основы проектирования технологического транспорта в системе потоков. Новосибирск: обл. совет НТО, 1969.

45. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин. М.: Машиностроение, 1990.

46. Типовая методика оптимизации многомерных параметрических рядов. М.: Издательство стандартов, 1975.

47. Трощенко В.Т. Деформирование и разрушение при многоцикловом нагружении. Киев: Наук.Думка, 1981.

48. Фаробин Я.Е. Теория специализированного подвижного состава и МАДИ. 1979.

49. Фаробин Я.Е., Грифф М.И. Математическая модель движения специализированного автотранспортного средства на маршруте. -М.: ЦНИИОМТП, РИФ «Глория», 1997.

50. Четверкин Е.М. Статистические методы прогнозирования. М.: Статистика, 1977.

51. Якобашвили A.M., Олитский B.C., Цеханович А.Л. Специализированный подвижной состав для грузовых автомобильных перевозок. М.: Транспорт, 1979. (То же -1988)

52. Manson S.S. Behavior of materials under condition of thermal stress. In: Heat transfer Symp.Univ. of Michigan Eng.Res.Inst., 1953.