CC BY
16
УДК 629.35 ББК 39.38 К 31
Кашин Я.М.
Кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой электротехники и электрических машин Кубанского государственного технологического университета, Краснодар, e-mail: jlms@mail.ru Борзунов А.П.
Кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графики Кубанского государственного технологического университета, Краснодар, e-mail: borzunovap@mail.ru
Автотранспортное средство для перевозки и саморазгрузки сыпучих материалов при строительстве горных автомобильных дорог и тоннелей
(Рецензирована)
Аннотация. Использование специальной прицепной техники позволяет повысить производительность и увеличить количество допустимых видов перевозимых грузов. Прицепной автотранспорт может быть с саморазгружающимся кузовом, с донной, а также с боковой (с одной или на обе стороны) разгрузкой. Однако существующие автомобильные прицепы и полуприцепы для перевозки и разгрузки сыпучих грузов обладают рядом существенных недостатков, не позволяющих использовать их в некоторых определенных дорожных ситуациях. В частности, применение их ограничено традиционными способами разгрузки, При этом продольная и поперечная устойчивость существующих прицепов и полуприцепов ограничена. Также затруднена разгрузка существующих прицепов и полуприцепов на объектах малой высоты и ширины, например в тоннелях. Приведенные недостатки могут быть устранены путем разработки нового автотранспортного средства с применением нетрадиционного способа разгрузки.
Ключевые слова: прицепной автотранспорт, автомобильные прицепы, перевозка, разгрузка, сыпучие грузы, традиционные способы, нетрадиционный способ, продольная устойчивость, поперечная устойчивость.
Kashin Ya.M.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Electrical Engineering and Electrical Machines, Kuban State University of Technology, Krasnodar, e-mail: jlms@mail.ru Borzunov A.P.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Descriptive Geometry, Engineering and Computer Graphics, Kuban State University of Technology, Krasnodar, e-mail: borzuno-vap@mail.ru
Vehicle for transportation and self-unloading of bulk materials during the construction of the mountain highways and tunnels
Abstract. Use of special trailers makes it possible to improve performance and to increase the number of allowable types of transported goods. Trailer vehicles can be with self-loading body, with hopper, and also with a side (or both sides) unloading. However, existing car trailers and semitrailers for the transportation and unloading of bulk cargoes have a number of significant disadvantages that do not permit their use in certain driving situations. In particular, their application is limited to traditional methods of unloading. The longitudinal and lateral stability of existing trailers and semi-trailers is restricted. Also unloading of existing trailers and semi-trailers on objects of low height and width is hampered, for example in tunnels. The above mentioned shortcomings can be eliminated by the development of a new vehicle with the non-traditional way of unloading.
Keywords: trailer vehicles, trailers, transportation, unloading, bulk cargo, traditional ways, unconventional way, longitudinal resistance, lateral stability.
Существующие автомобильные прицепы и полуприцепы для перевозки и разгрузки сыпучих грузов обладают рядом существенных недостатков, не позволяющих использовать их в некоторых определенных дорожных ситуациях. В частности, применение их ограничено традиционными способами разгрузки. При этом продольная и поперечная устойчивость существующих полуприцепов и прицепов ограничена, например, в горных условиях (рис. 1). Также затруднена разгрузка существующих полуприцепов и прицепов на объектах малой высоты и ширины, например, в тоннелях (рис. 2).
Цель работы: разработка модели нового автотранспортного средства, не обладающего приведенными недостатками.
Рис. 1. Модель транспортного средства Рис.2. Модель транспортного средства
с ограниченной продольной и с затрудненной разгрузкой на объектах
поперечной устойчивостью малой высоты и ширины
Известно, что транспортное средство для перевозки и саморазгрузки сыпучих грузов [1, 2] содержит раму, шасси и кузов, включающий жестко закрепленную на раме платформу и боковое ограждение, состоящее из боковых и торцевых стенок, установленное с возможностью перемещения и соединенное с приводом. Боковое ограждение выполнено в виде двух автономных секций, между секциями на платформе жестко закреплены две вертикальные оси вращения, на каждой из которых посредством подшипников скольжения установлены боковые ограждения с возможностью разворота их в противоположные стороны относительно платформы, а привод выполнен в виде двух гидроцилиндров, закрепленных на боковых стенках секций в верхней их части и соединенных с вертикальной осью каждой секции и с ее боковой стенкой с помощью кронштейнов, а вертикальные оси соединены в верхней части перемычкой [3, 4].
Недостатком такого транспортного средства является относительно низкая поперечная устойчивость транспортного средства при разгрузке на горных склонах.
Более перспективным является предлагаемое авторами транспортное средство для перевозки и разгрузки сыпучих грузов (рис. 3-5). В его конструкцию введены выдвижные телескопические гидравлические опоры, расположенные во внутренних углах рамы. Это позволяет при разгрузке сыпучих грузов в горных условиях на уклонах различной величины обеспечить увеличение поперечной устойчивости транспортного средства ввиду того, что выдвижение каждой из опор может быть осуществлено индивидуально на необходимое расстояние.
На рисунке 3 изображено предлагаемое транспортное средство для перевозки и разгрузки сыпучих грузов, вид сбоку; на рисунке 4 - то же, вид сверху, рабочее положение бокового ограждения; на рисунке 5 - вид А рисунка 3, рабочее положение бокового ограждения.
Рис. 3. Схема предлагаемого транспортного средства для перевозки и разгрузки сыпучих грузов (вид сбоку)
Рис. 4. Схема предлагаемого транспортного средства для перевозки и разгрузки сыпучих грузов (вид сверху)
Рис. 5. Схема предлагаемого транспортного средства для перевозки и разгрузки сыпучих грузов (рабочее положение бокового ограждения)
Транспортное средство для перевозки и разгрузки сыпучих грузов (рис. 3-5) содержит раму 1, шасси 2 и кузов, включающий жестко закрепленную на раме 1 платформу 3 и боковые ограждения 4 и 5, состоящие из боковых и торцевых стенок, установленные с возможностью перемещения и соединенные с приводом. Боковые ограждения 4 и 5 установлены на вертикальных осях 6 и 7 посредством подшипников скольжения 8 и 9. Каждое боковое ограждение 4 и 5 имеет возможность поворота в горизонтальной плоскости при помощи привода, состоящего из гидроцилиндров 10 и 11. Гидроцилиндры 10 и 11 крепятся пальцами 12 и 13 в кронштейнах 14 и 15. Кронштейны 14 установлены на вертикальных осях 6 и 7, а кронштейны 15 закреплены на ограждениях 4, 5. Гидроцилиндры 10 и 11 закрыты кожухами 16, 17. На углах рамы 1 вдоль продольной оси транспортного средства жестко закреплены четыре выдвижные телескопические гидравлические поры 21, 22, 23, 24, по две опоры на передних и задних углах рамы.
Для повышения прочности конструкции вертикальные оси 6 и 7 соединены между собой в верхней части растяжкой 18.
Кузов соединен опорно-сцепным устройством 19 с тягачом 20.
Загруженный кузов с совмещенными вместе платформой 3 и ограждениями 4 и 5 доставляет груз к месту разгрузки. Для разгрузки груза гидроцилиндры 10 и 11 поворачивают ограждение 4 и 5 относительно вертикальных осей 6 и 7 и платформы 3. Поворачиваясь, ограждение 4 и 5 сталкивает с платформы 3 сыпучий груз по обе стороны рамы 1 полуприцепа.
Возможны следующие варианты разгрузки груза:
1. Груз сталкивается по обе стороны продольной оси транспортного средства.
2. Груз сталкивается одним из боковых ограждений 4 или 5.
3. Груз сталкивается ограждением 4. Затем транспортное средство разворачивается, и груз сталкивается ограждением 5.
При разгрузке на больших поперечных уклонах применяют четыре выдвижные телескопические гидравлические опоры 21, 22, 23, 24, жестко закрепленные на углах рамы 1 транспортного средства, по две опоры на передних и задних углах рамы, при этом выдвижение каждой из опор может осуществляться индивидуально на расстояние, обеспечивающее максимальную устойчивость транспортного средства на конкретном поперечном уклоне. Симметричное расположение частей кузова во время разгрузки обеспечивает повышенную устойчивость транспортного средства.
Виртуальные испытания продольной и поперечной устойчивости модели транспортного средства для перевозки и саморазгрузки сыпучих материалов проводились в среде «Универсальный механизм» («ЦМ»=«Универсальный механизм» - программный продукт Брянского государственного технического университета, один из аналогов МБС.ЛёашБ - одной из лучших программных систем в мире для виртуального моделирования сложных машин и механизмов) в режиме опрокидывания виртуальной динамической модели, установленной на опорной площадке [5-8]. Испытуемое транспортное средство (виртуальная динамическая модель) устанавливается на платформе таким образом, чтобы его продольная ось была параллельна оси поворота платформы. Управляемые колеса находятся в положении, соответствующем прямолинейному движению. Колеса заторможены.
Опорная площадка смоделирована в виде блока, который посредством шарнира с одной вращательной степенью свободы соединен с землей. На шарнир налагается генератор движения, с помощью которого осуществляется поворот площадки вокруг точки, где установлен шарнир.
Функция поворота опорной площадки определяет постоянную угловую скорость подъема площадки ш=0,1 град/с, чтобы исключить возможность колебаний модели транспортного средства.
На рисунке 6 приведена модель испытаний транспортного средства на поперечную статическую устойчивость в режиме разгрузки.
В результате моделирования испытаний транспортного средства на поперечную статическую устойчивость в режиме разгрузки установлено, что наименьшее значение поперечной статической устойчивости - LY достигается при значении угла наклона платформы с транспортным средством а=25,50, а наибольшее значение LY достигается при а=0о.
На рисунке 7 приведена модель испытаний транспортного средства на продольную устойчивость с полной загрузкой, которая реализована в среде «Универсальный механизм».
В результате моделирования испытаний транспортного средства на продольную устойчивость с полной загрузкой установлено, что наименьшее значение продольной устойчивости - LY достигается при значении угла наклона платформы с транспортным средством в продольной плоскости а=61,30, а наибольшее значение LY достигается при а=0о.
Рис. 6. Модель испытаний транспортного средства на поперечную статическую устойчивость в режиме разгрузки
Рис.7. Модель испытаний транспортного средства на продольную устойчивость с полной загрузкой
Транспортное средство обладает хорошей устойчивостью при боковой ветровой нагрузке, что позволяет применять предлагаемую конструкцию при строительстве горных автомобильных дорог.
Преимущества предлагаемой конструкции:
1. При сталкивании груза бортами усилие на разгрузку груза уменьшается в 2-6 раз по сравнению с усилием, необходимым для разгрузки груза опрокидыванием кузова.
2. Возможна разгрузка груза на продольных уклонах с углами свыше 60 градусов и поперечных уклонах с углами до 25 градусов.
3. Предлагаемое транспортное средство (полуприцеп (прицеп) удобно при строительстве тоннелей, где высота подъема кузова ограничена высотой тоннеля.
4. Предлагаемое транспортное средство (полуприцеп (прицеп) обеспечивает разгрузку как на стоянке, так и во время движения с обеспечением устойчивости.
Заключение. Применение разработанного транспортного средства (полуприцепа, прицепа) позволяет значительно повысить эффективность использования автотранспортных средств, в том числе и седельных тягачей, для перевозки и разгрузки сыпучих грузов.
Разработанное транспортное средство обеспечивает его устойчивость при разгрузке, ускорение процесса разгрузки, позволяет производить разгрузку во время движения транспортного средства, а также может применяться при строительстве дорог в горных условиях и в тоннелях.
Предлагаемое транспортное средство обладает высокой конкурентоспособностью, допускает возможность дальнейшего совершенствования и модернизации своей конструкции, улучшения его технико-эксплуатационных характеристик.
Примечания:
1. Борзунов А.П., Лаптев Б.Ф. Транспортное средство для перевозки и разгрузки сыпучих грузов: патент на изобретение RUS № 2423254. 16.12.2009.
2. Борзунов А.П., Война А.А. Транспортное средство для перевозки и разгрузки сыпучих грузов: патент на полезную модель RUS № 100969. 04.10.2010.
3. Борзунов А.П., Лаптев Б.Ф, Война А.А. Автомобильный полуприцеп для перевозки и саморазгрузки сыпучих материалов // Подъемно-транспортное дело. 2010. № 3. С. 5-6.
4. Борзунов А.П., Война А.А., Ярлыкова А.С. Разработка транспортного средства для перевозки и саморазгрузки сыпучих материалов при строительстве горных автомобильных дорог и тоннелей // Автотранспортное предприятие. 2011. № 7. С. 1213.
5. Колесникович А.Н., Альгин В.Б., Харитончик С.В. Виртуальные испытания транспортных средств на статическую устойчивость / ред. кол. М.С. Высоцкий [и др.] // Повышение конкурентоспособности автотранспортных средств: сб. науч. тр. Минск: Белавтотракторостроение, 2004. C. 220-236.
6. Альгин В.Б., Харитончик С.В., Колесникович А.Н. Виртуальное моделирование как способ получения адекватных результатов поперечной и продольной устойчивости транспортных средств: сб. науч. тр. Минск: Белавтотракторостроение, 2005. C. 2-8.
7. MSC.ADAMS - виртуальное моделирование машин и механизмов. URL: http://www.mscsoftware.com/
8. Универсальный механизм 6.0. Руководство пользователя. URL: www.umlab.ru
References:
1. Borzunov A.P., Laptev B.F. Vehicle to carry and unload loose cargoes / Patent for Invention RUS No. 2423254. 16.12.2009.
2. Borzunov A.P., Voyna A.A. Vehicle to carry and unload loose cargoes / Patent for utility model RUS No. 100969. 04.10.2010.
3. Borzunov A.P., Laptev B.F., Voyna A.A. The automobile semitrailer for transportation and self-unloading of loose materials // Hoisting and Transport. 2010. No. 3. P. 5-6.
4. Borzunov A.P., Voyna A.A., Yarlykova A.S. Development of the vehicle for the transport of bulk materials and self-discharge of loose materials during the construction of highways and tunnels // The Motor Transportation Enterprise. 2011. No. 7. P. 12-13.
5. Kolesnikovich A.N., Algin V.B., Kharitonchik S.V. Virtual tests of vehicles on static stability / ed. by M.S. Vysotsky [et al.] // Increasing competitiveness of vehicles: coll. of proceedings. Minsk: Belautotractoros-troenie, 2004. Р. 220-236.
6. Algin V.B., Kharitonchik S.V., Kolesnikovich A.N. Virtual modeling as a way to obtaining adequate results of transverse and longitudinal stability of vehicles: coll. of proceedings. Minsk: Belautotractorostro-enie. 2005. Р. 2-8.
7. MSC.ADAMS - a virtual modeling of machines and mechanisms. URL: http://www.mscsoftware.com/
8. The universal mechanism for 6.0. User's manual. URL: www.umlab.ru
