CC BY
8Транспорт УДК 629.113.028
УДК 629.114 Код ВАК 05.05.03
ДИНАМИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗВЕНЬЕВ АКТИВНЫХ СОЧЛЕНЕННЫХ
ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ
Е.Е. Баженов 1*
1 ФГБОУ ВО Уральский ГАУ, Россия, Екатеринбург.
* E-mail: [email protected]
Аннотация. В работе рассматривается специфика использования сочленённых транспортных систем в добывающих и сырьевых отраслях экономики и оборонном комплексе. Приведены варианты взаимодействия звеньев активной сочленённой многокомплектной транспортной системы. Определён критерий оценки взаимодействия элементов сочленённой транспортной системы. Приведена расчётная схема для активной секции многокомплектной транспортной системы. Установлено, что распределение силовых потоков между движителями сочленённой транспортной системы должно быть вариативным и зависеть от дорожных условий, в которых находится в данный момент времени каждый из элементов движителя.
Ключевые слова: сочленённая транспортная система, сочленённая машина, активный прицеп, активный автопоезд, звенья транспортной системы, активная секция, силовой поток, эффективность транспортной операции.
DYNAMIC LINK INTERACTION ACTIVE ARTICULATED TRANSPORT SYSTEMS
Bazhenov E. E.1
1 FSBEI HE Ural SAU, Russia, Yekaterinburg.
* E-mail: [email protected]
Abstract. The paper considers the specifics of the use of articulated transport systems in the extractive and raw materials sectors of the economy and the defense industry. The variants of interaction between the links of an active articulated multi-component transport system are presented. A criterion for evaluating the interaction of elements of an articulated transport system is defined. The calculation scheme for the active section of a multi-component transport system is given. It is established that the distribution of power flows between the propellants of an articulated transport system should be variable and depend on the road conditions in which each of the propellant elements is located at a given time.
Keywords: articulated transport system, articulated vehicle, active trailer, active road train, links of the transport system, active section, power flow, ef-ficiency of the transport operation.
Постановка проблемы (Introduction)
Появление новых, более энергонасыщенных многооперационных машин позволяет механизировать большинство работ в отраслях лесного, сельского хозяйства, нефтегазового и горнодобывающего комплексов и других направлениях национальной экономики. Применение полноприводных транспортных систем на основе активизации прицепного состава и использование сочлененных транспортных и технологических машин является одним из перспективных направлений в решении многих задач, возникающих при эксплуатации транспортных и технологических комплексов в условиях зимних дорог, грунтовых дорог в период распутицы и в других специфических условиях.
Понятие «сочлененная транспортная система» (СТС) весьма широко и включает в себя целый спектр машин, имеющих как минимум, две секции, соединенные между собой шарниром с одной или более степенями свободы. Кроме того, некоторые СТС имеют специфическую конструкцию рулевого управления. В случае, когда движители прицепной секции имею привод от силовой установки, СТС будет считаться активной, то есть АСТС. Как частный, но довольно широко распространенный, случай СТС следует рассматривать автопоезда с активными прицепами (ААП).
Применение ААП и СТС в отраслях сельского хозяйства, а также в отраслях лесного, нефтегазового комплексов и оборонном комплексе дает возможность создания широкого диапазона технологических и транспортных систем.
Таким образом, проблемы улучшения эксплуатационных свойств транспортных систем относятся к одним из основных в машиностроении, решение которых должно вестись по различным направлениям: увеличение производительности, повышение экономических и улучшение экологических показателей, повышение эксплуатационной надежности, усовершенствование и автоматизация систем управления транспортными системами и целый комплекс других работ теоретической и экспериментальной направленности.
Решение одного из важнейших вопросов в теории движения СТС - вопроса о рациональном распределении силового потока между ведущими мостами и секциями, подразумевает оценку взаимодействия между звеньями транспортной системы.
Методология и методы исследования (Methods)
Система (комплекс, взаимосвязанная совокупность) принципов и подходов в ходе получения и разработки знаний в рамках конкретной дисциплины рассматривается как методология. Иначе методология — это логическая организация исследования (постановка предмета и цели
исследования). Предмет исследования - проблема (научное противоречие). Важнейшая составляющая методологии - подход. Подход может быть эмпирическим, прагматическим и научным.
Проблемой данной работы является противоречие во взглядах на принцип распределения силовых потоков между движителями активной сочленённой транспортной системы. Решение проблемы распределения силовых потоков, в конечном счёте, влияет на эффективность транспортной или технологической операции, выполняемой технической системой.
Данная работа выполнена на основе научного системного подхода, рассматривающая техническую систему (сочленённая машина) как систему, состоящую из подсистем и элементов. Элементы характеризуются параметрами и структурой их соединения в системе.
Техническая система рассматривается с точки зрения двух показателей - показателей эффективности и качества.
В свою очередь техническая система тесно взаимодействует с внешней средой. Внешняя среда проявляется различными факторами, влияющими на техническую систему. Факторы характеризуются параметрами и характером воздействия на техническую систему. Фактор «опорная поверхность» для АСТС характеризуется двумя параметрами - коэффициент сцепления и коэффициент суммарного сопротивления движению. Коэффициент суммарного сопротивления зависит и от некоторых технических характеристик движителя.
Исходя из системного анализа, совершенствование существующих и создание новых, более совершенных машин, возможно только двумя путями - изменением (улучшением) параметров элементов или изменением структуры технической системы.
То есть, повышение показателей эффективности и качества технической системы (оптимизация) возможно параметрически и структурно.
Существующие транспортные системы традиционно выполнены по линейной схеме соединения элементов. Для наземных транспортных систем такая схема является наиболее рациональной, обеспечивающей минимальное использование подсистем и элементов. Рассмотрение рационального распределения силовых потов целесообразно проводить комбинированно - изменяя одновременно параметры элементов и вводя дополнительные элементы в структуру, позволяющие реализовать техническое решение.
Результаты (Results)
Рассмотрим взаимодействие звеньев транспортной системы, имеющей привод на прицепное звено (АСТС).
Перемещение активной секции при обособленном движении для слу-чая равномерного прямолинейного движения возможно тогда, когда тяго-вое звено воздействует на него с силой, величина которой не меньше сум-мы всех сил сопротивления движению секции (рис. 1)
££+ О • 81нт + Ркр ■ Сазв
Рк - ^^-, (1)
СазА
где Бя - сила взаимодействия между секциями АСТС;
Бу - равнодействующая элементарных касательных реакций в зоне пятна контакта движителя с опорной поверхностью;
О - вес секции АСТС;
т - вертикальная составляющая силы взаимодействия секции АСТС с последующим прицепным звеном;
Ркр - сила взаимодействия секции АСТС с последующим прицепным звеном;
0 - угол подъёма/спуска секции АСТС;
X - продольный угол между силой взаимодействия секции АСТС с предыдущей секцией или тягачом.
Рисунок 1 - Схема сил, действующих на активную секцию СТС
Большое значение имеет знак силы Бу. Соотношение величины и знака этой силы с аналогичной силой на движителе тягача в определённых условиях будет снижать эффективность транспортной операции и приводить к диссипативным потерям в приводе движителей.
Проведённые теоретические и экспериментальные исследования показали [1], что использование привода прицепных секций целесообразно только на опорных поверхностях, имеющих либо низкую несущую способность, либо имеющих коэффициент сцепления с движителем ниже 0,3 (обледенелая дорога, снежная целина, мокрая грунтовая дорога и т.п.).
Сочленённые машины, как правило, имеют базу, значительно большую, чем одиночные машины. В этом случае возможно возникновение ситуации, когда тягач будет находиться на
опорной поверхности, характеристики которой отличаются от характеристик опорной поверхности прицепного звена. Если либо сцепные свойства движителей, либо тяговые возможности одной из секций на смогут реализовать движение АСТС, то вторая секция, тяговые и сцепные возможности которой удовлетворяют условиям движения, способна реализовать перемещение транспортной системы.
Эти обстоятельства заставляют применять специальные технические устройства (электрические, гидравлические, механические), позволяющие распределять силовой поток от энергетической установки таким образом, чтобы движители, имеющие возможность перемещать транспортную систему, получали оптимальные значения силового потока.
Критериями оптимальности в этом случае выступают значения сил сцепления и сопротивления. При этом должно выполняться следующее неравенство
Ру ^Рк ^Рф,
где Ру - суммарная сила сопротивления движению АСТС;
Рф - суммарная сила сцепления колес АСТС с опорной поверхностью;
Рк - сумма элементарных касательных реакций в зоне контакта ведущих колес с опорной поверхностью.
Обсуждение и выводы (Discussion and Conclusion)
Таким образом, повышение эффективности транспортной операции транспортно-технологических машин и комплексов тесно связано с использованием коммутаторов распределения силовых потоков в зависимости от параметров дорожного покрытия и грунтовых условий.
Библиографический список.
1. Баженов Е.Е. Сочленённые транспортные и технологические системы/Е.Е. Баженов. -Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2009. - 174 с.
2. Баженов Е.Е. Основы теории сочленённых транспортных систем/Е.Е. Баженов, С.К. Буйначев, И.Н. Кручинин - Екатеринбург. УрФУ, 2010. - 257 с.
3. Bazhenov, E. E. Using the simulation modeling with stochastic estimation of trafficability of forest transport systems / E. E. Bazhenov, S. K. Buynachev, D. O. Chernyshev // Journal of Physics: Conference Series, Nizhny Novgorod, 28 августа 2018 года. - Nizhny Novgorod: Institute of Physics Publishing, 2019. - P. 012001. - DOI 10.1088/1742-6596/1177/1/012001.
4. Баженов, Е. Е. Основы теории эксплуатационных свойств автомобилей и тракторов / Е. Е. Баженов, И. В. Чупров. - Екатеринбург : федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный лесотехнический университет", 2013. - 113 с.
References
1. Bazhenov E.E. Articulated transport and technological systems / E.E. Bazhenov. - Yekaterinburg: USTU - UPI, 2009 .-- 174 p.
2. Bazhenov E.E. Fundamentals of the theory of articulated transport systems / E.E. Bazhenov, S.K. Buynachev, I.N. Kruchinin - Yekaterinburg. UrFU, 2010. - 257 p.
3. Bazhenov, E. E. The use of simulation modeling with stochastic assessment of the passability of forest transport systems / E. E. Bazhenov, S. K. Buinachev, D. O. Chernyshev // Physics journal: Conference Series, Nizhny Novgorod, August 28, 2018 of the year. - Nizhny Novgorod: IFI, 2019 .-- P. 012001. - DOI 10.1088 / 1742-6596 / 1177/1/012001.
4. Bazhenov, EE Fundamentals of the theory of operational properties of cars and tractors / EE Bazhenov, IV Chuprov. - Yekaterinburg: Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education of Professional Education "Ural State Forestry University", 2013. - 113 p.
