Тягово-сцепные устройства многозвенного транспортного средства
- Авторы: Попов И.П.1
-
Учреждения:
- Курганский государственный университет
- Выпуск: Том 17, № 1 (2023)
- Страницы: 35-42
- Раздел: Транспортные и транспортно-технологические комплексы
- URL: https://journals.eco-vector.com/2074-0530/article/view/321254
- DOI: https://doi.org/10.17816/2074-0530-321254
- ID: 321254
Цитировать
Полный текст
Доступ предоставлен
Доступ платный или только для подписчиков
Аннотация
Введение. Отмечено, что наиболее тяжелым этапом работы тягача с массивными буксируемыми объектами является режим трогания с места. Это связано с необходимостью преодоления силы трения покоя, которая существенно превышает силу трения движения. В качестве варианта решения этой проблемы можно рассматривать использование начальной кинетической энергии тягача, которая развивается при использовании ограниченно упруго-деформируемых тягово-сцепных устройств до начала движения буксируемых объектов.
Цель ― анализ эффективности использования упруго-деформируемых тягово-сцепных устройств при трогании автопоезда с массивными буксируемыми объектами.
Методы исследований. Аналитическое исследование разработанной математической модели начального этапа трогания автопоезда с упругими сцепками для оптимизации параметров этих устройств с точки зрения повышения эффективности процесса. Для оценки эффективности применения упруго-деформируемых тягово-сцепных устройств полученные результаты сопоставляются с аналогичными результатами, соответствующими абсолютно жестким тягово-сцепным устройствам.
Результаты. Сопоставление перемещений, скоростей и энергий свидетельствует о высокой эффективности применения упруго-деформируемого тягово-сцепного устройства. Использование упруго-деформируемых тягово-сцепных устройств дает возможность накопления начальной кинетической энергии аэродромного тягача, что позволяет преодолеть силу трения покоя и обеспечить трогание тяжелых буксируемых объектов.
Заключение. Сопоставление кинематических и динамических параметров тягача с буксируемыми объектами для вариантов с абсолютно жесткими и упруго-деформируемыми тягово-сцепными устройствами показывает, что эффективность использования последних возрастает с увеличением числа буксируемых объектов. Упруго-деформируемые тягово-сцепные устройства могут вызывать колебания системы тягач–буксируемые объекты. Для их предотвращения тягово-сцепные устройства надлежит блокировать в момент их наибольшей деформации.
Ключевые слова
Полный текст
ВВЕДЕНИЕ
Наиболее тяжелым этапом работы тягача с массивными буксируемыми объектами является режим трогания с места [1, 2]. Это связано с необходимостью преодоления силы трения покоя, которая существенно превышает силу трения движения.
В качестве варианта решения этой проблемы можно рассматривать использование начальной кинетической энергии тягача [3, 4], которая может развиваться при использовании ограниченно упруго-деформируемых тягово-сцепных устройств.
Для оптимизации математической модели далее принимаются допущения: тяговое усилие на крюке тягача — величина неизменная; инертные массы тягача и буксируемых объектов одинаковы и равны .
Тягач и один буксируемый объект
Динамика тягача описывается выражением:
. (1)
Здесь — пути, пройденные тягачом и буксируемым объектом; — коэффициент упругости тягово-сцепного устройства.
Динамика буксируемого объекта описывается выражением:
.
Перемещение тягача равно
. (2)
Формула (1) с учетом (2) приобретает вид:
. (3)
Обозначив
, (4)
получим выражение (3), принимающее вид:
. (5)
Общее решение уравнения (5) имеет вид:
.
Начальные условия: при , поскольку тягово-сцепное устройство не деформировано и к буксируемому объекту сила не приложена.
В связи с этим при .
Используя , получим:
. (6)
Из выражения (4) следует:
,
. (7)
Решая совместно выражения (2), (4), (6) и (7), можно записать
,
,
,
где при принятых начальных условиях
, .
С учетом установленных коэффициентов решения для тягача и буксируемого объекта приобретают вид:
, ,
, ,
, .
Период , за который тягово-сцепное устройство подвергнется максимальной деформации [8–10], определяется следующим образом (индекс «2» равен числу массивных элементов — тягач и буксируемый объект):
или , , .
За период тягач переместится на величину
.
При этом его скорость станет равна
.
Для оценки эффективности применения упруго-деформируемого тягово-сцепного устройства полученные результаты следует сопоставить с аналогичными результатами, соответствующими абсолютно жесткому тягово-сцепному устройству.
, , .
, .
.
.
.
Здесь — кинетические энергии тягача.
Сопоставление перемещений, скоростей и энергий свидетельствует о высокой эффективности применения упруго-деформируемого тягово-сцепного устройства.
Тягач и два буксируемых объекта
Динамика тягача и буксируемых объектов описывается выражениями:
, (8)
, (9)
.
Перемещение второго буксируемого объекта равно
. (10)
Дифференцирование этой формулы дает
.
Уравнение (9) с учетом двух последних формул приобретает вид:
. (11)
Дифференцирование этой формулы дает
.
Уравнение (8) с учетом полученных формул приобретает вид:
. (12)
При обозначении
(13)
выражение (12) принимает вид:
. (14)
Общее решение уравнения (14) имеет вид:
. (15)
Из выражения (13) следует:
, (16)
. (17)
Решая совместно выражения (10), (13), (15) и (17), можно записать
, (18)
, (19)
. (20)
Решая совместно выражения (11), (20), (18) и (17), можно записать:
, (21)
, (22)
. (23)
В выражениях (16), (17), (18), (19), (20), (21), (22) и (23) для принятых начальных условий:
, , , , , .
С учетом установленных коэффициентов решения для тягача и буксируемых объектов приобретают вид:
,
,
,
,
,
,
,
,
.
При этом период , за который тягово-сцепное устройство подвергнется максимальной деформации, равен .
За этот период тягач переместится на величину , а его скорость станет равна .
Для оценки эффективности применения упруго-деформируемых тягово-сцепных устройств полученные результаты следует сопоставить с аналогичными результатами, соответствующими абсолютно жестким тягово-сцепным устройствам:
, , ,
, .
, , .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Использование упруго-деформируемых тягово-сцепных устройств дает возможность накопления начальной кинетической энергии тягача, что позволяет преодолеть силу трения покоя и обеспечить трогание тяжелых буксируемых объектов.
Сопоставление кинематических и динамических параметров тягача с буксируемыми объектами для вариантов с абсолютно жесткими и упруго-деформируемыми тягово-сцепными устройствами (см. табл.) показывает, что эффективность использования последних возрастает с увеличением числа буксируемых объектов.
Таблица 1. Сопоставление кинематических и динамических параметров
Table 1: Comparison of kinematic and dynamic parameters
Число массивных элементов | |||
2 | 1,81 | 1,64 | 2,69 |
3 | 2,6 | 2,22 | 4,93 |
Упруго-деформируемые тягово-сцепные устройства могут вызывать колебания системы тягач–буксируемые объекты. Для их предотвращения тягово-сцепные устройства надлежит блокировать в момент их наибольшей деформации.
ДОПОЛНИТЕЛЬНО
Вклад автора. Автор подтверждает соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (автор внес существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочел и одобрил финальную версию перед публикацией).
Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Источник финансирования. Автор заявляет об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.
ADDITIONAL INFORMATION
Author’s contribution. The author confirms that his authorship complies with the international ICMJE criteria (the author made a significant contribution to the development of the concept, research and preparation of the article, read and approved the final version before publication).
Competing interests. The author declares that they have no competing interests.
Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.
Об авторах
Игорь Павлович Попов
Курганский государственный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: uralakademia@kurganstalmost.ru
ORCID iD: 0000-0001-8683-0387
канд. техн. наук, доцент кафедры «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты»
Россия, КурганСписок литературы
- Попов И.П. Компенсация пиковых нагрузок транспортно-технологических машин // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2020. № 3 (132). С. 85–93. doi: 10.18698/0236-3941-2020-3-85-93
- Попов И.П. Накопитель энергии для транспортно-технологических машин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2019. Т. 19, № 4. С. 61–68. doi: 10.14529/engin190407
- Попов И.П. Математическая модель искусственной электрической емкости для снижения пиковой нагрузки маневрового тепловоза // Прикладная математика и вопросы управления. 2019. № 3. С. 57–64. doi: 10.15593/2499–9873/2019.3.03
- Попов И.П. Инертно-емкостной накопитель энергии для маневрового тепловоза // Мир транспорта. 2019. Т. 17, № 3. С. 82–87. doi: 10.30932/1992-3252-2019-17-3-82-87
- Попов И.П. О резонансе и антирезонансе // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2019. № 4. С. 45–48. doi: 10.52190/1729-6552_2021_2_14
- Попов И.П. Применение символического (комплексного) метода для расчета сложных механических систем при гармонических воздействиях // Прикладная физика и математика. 2019. № 4. С. 14–24. doi: 10.25791/pfim.04.2019.828
- Popov I.P. Application of the Symbolic (Complex) Method to Study Near-Resonance Phenomena // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2020. Vol. 49, No. 12. Р. 1053–1063. doi: 10.3103/S1052618820120122
- Попов И. П. Расчет механических колебаний в поле комплексных чисел // Труды МАИ. 2020. № 115. doi: 10.34759/trd-2020-115-01
- Попов И.П. Вынужденные колебания механических систем в установившемся режиме // Машиностроение и инженерное образование. 2019. № 4 (61). С. 13–19.
- Попов И.П. Расчет параметров механических систем при гармонических колебаниях // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2021. № 4. С. 29–35. doi: 10.14489/hb.2021.04.pp.029–035