CC BY
1
11. Моор Д.А., Мухлисуллина Д.Т. Анализ эффективности различных сверток критериев оптимальности в задаче многокритериальной оптимизации // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2010. № 4. С. 7.
Камардин Федор Владимирович, аспирант, hurma-hurma@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Мотевич Светлана Анатольевна, магистрант, veta.m231 @yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
METHODS OF COMPLETING FARMS WITH ROAD AND MUNICIPAL EQUIPMENT F.V. Kamardin, S.A. Motevich
Currently, the equipment of the fleet of utility and road construction vehicles does not have one clearly defined methodology that would ensure the optimal ratio of the number of vehicles and the probability ofperforming all work, taking into account the occurrence of force majeure situations. The article examines the existing methods and suggests its own approach to solving this issue.
Key words: utility vehicles, road vehicles, construction vehicles, risks, seasonality.
Kamardin Fyodor Vladimirovich, postgraduate, hurma-hurma@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Motevich Svetlana Anatolyevna, undergraduate, veta. m231@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 343.148.63
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-3-599-600
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ ОБОДА ЗАДНЕГО КОЛЕСА САМОСВАЛА
Е.А. Тарасов
Серьезные повреждения внутреннего обода заднего сдвоенного колеса у одного самосвала бъти отмечены при эксплуатации автопарка, выполняющего транспортные задачи. Это бъто ведущее колесо, и его повреждение произошло при движении с нагрузкой, превышающей допустимое значение. Исследование отдельных фрагментов поврежденной поверхности обода проводилось визуально, а также с помощью цифрового микроскопа с переносной головкой. Проведены измерения твердости по Виккерсу и микроскопические наблюдения за структурой материала образца, вырезанного по толщине диска обода. Рассчитана нагрузка на приводной крутящий момент сдвоенных колес заднего моста самосвала при их сопряжении с различными видами неровностей дороги и при различных вертикальных нагрузках колес. Также быт проведен анализ распределения напряжений в ободе, смоделированный с помощью метода конечных элементов, для нескольких возможных сценариев нагружения колеса. Повреждение обода было вызвано одновременным действием нескольких факторов, таких как перегрузка автомобиля, плохое состояние шин, нагрузка на ведущее колесо частью веса автомобиля и крутящего момента.
Ключевые слова: самосвал, обод, шина, неудача.
В наше время для перевозки некоторых сыпучих материалов, таких как песок или гравий, используются самосвалы. Выбор транспортного средства зависит от свойств транспортируемого материала. Работы с сыпучими материалами чаще всего берутся специализированными компаниями, имеющими в своем распоряжении необходимые машины и перевозящими грузы автомобильным транспортом, но также и в условиях бездорожья с различной степенью препятствий рельефа. На прибыль таких компаний влияют в основном расход топлива отдельными транспортными средствами, водитель (стиль вождения) и время года (средняя температура, погодные условия).
Груз перевозится в условиях изменяющихся нагрузок колес транспортного средства на обочине дороги или местности, веса груза и равномерности его распределения на транспортном средстве, а также стиля вождения, часто продиктованного изменяющимися дорожными условиями.
Анализ отказов направлен на выявление и объяснение причин отказов с использованием научных и технологических концепций и принципов. Это область инженерии, представляющая большой интерес для промышленности, поскольку изучение отказов помогает их предотвращению.
Первопричина проблемы была проанализирована следующим образом: одна из транспортных компаний, которая занимается перевозкой строительных грузов, столкнулась с необходимостью быстрой, но краткосрочной транспортировки груза в виде поддонов с брусчаткой. Единственным доступным на тот момент транспортным средством, способным вместить необходимое количество поддонов с тротуарной плиткой, оказался самосвал с большим пробегом (рис. 1), шины которого были сильно изношены, а потому автомобиль использовался редко.
Поскольку расстояние до пункта назначения было относительно небольшим (около 10 км), компания решила рискнуть, полностью отдавая себе отчет в том, что перевозка будет осуществляться в условиях превышения допустимых нагрузок на ось самосвала. Автомобиль преодолел большую часть расстояния по асфальтированной дороге в пригороде в условиях слабого движения в пасмурный, но не дождливый день. Не было никаких заметных признаков, указывающих на надвигающуюся аварию. Только после съезда с асфальтированной дороги на грунтовую дорогу, которая вела к месту разгрузки, произошло повреждение одного из сдвоенных колес задней оси транспортного средства (рис. 2).
Рис. 2. Схема повреждения транспортного средства
Внутренняя шина просто лопнула. Более того, обод этого колеса был серьезно поврежден (рис. 3). Интересно, что внешняя шина и обод этого сдвоенного колеса не были повреждены. Также не было обнаружено видимых повреждений приводного вала, несмотря на превышение допустимой нагрузки на ось. Описанные наблюдения побудили автора поискать причину такого повреждения колеса, особенно его обода.
Рис. 3. Повреждение детали транспорного средства
Существует четыре основных причины выхода из строя задних колес самосвала: повреждение обода, износ шины, возраст шины и коэффициент трения шины о дорогу. Другие факторы, такие как давление воздуха в шинах, состояние болтов крепления обода и ступиц колес, постоянно контролировались, и было установлено, что при дальнейшем анализе их влияние на поломку можно считать незначительным. С другой стороны, колеса на грузовике часто заменялись во время эксплуатации транспортного средства, и поэтому состояние их шин и ободьев, а также условия трения между дорогой и шинами подвергались значительным изменениям и могли оказать наибольшее влияние на повреждение колеса. Влияние нагрузки на разрушение колеса было частично учтено при анализе напряжений, возникающих в модели обода, описанной далее в статье. Влияние скорости вращения колеса на ущерб не учитывалось, поскольку авария произошла на подъездной дороге, во время интенсивного маневрирования транспортного средства на относительно коротком участке грунтовой дороги.
Возраст шины. Проводя процесс искусственного старения шины и периодические испытания, ученые изучили влияние возраста шины на ее параметры жесткости. Исследователи применили упрощенные методы количественной оценки возраста шины для обновления модели шины с гибкой структурой. Это была полная трехмерная нелинейная имитационная модель шины в плоскости и вне плоскости. Ученые обнаружили, что вертикальная и продольная жесткость шины зависят от ее возраста. Изменения свойств шины, вызванные старением, были небольшими, но не пренебрежимо малыми. Погрешность между сильно изношенной шиной и моделью шины, изготовленной на основе новой шины, составила менее 5%.
В научной литературе сообщалось о некоторых фактах, связанных с влиянием старения на состояние
шин:
- Резина, которая также используется в шинах, со временем начала разрушаться, а нагрев ускорил этот процесс, который был назван старением шин.
- Несмотря на небольшой износ шины, протектор шины имел значительную глубину, и началось нарушение его целостности.
- Эффект старения может быть незаметен на первый взгляд. Шины старели независимо от того, ездили на них или нет.
Таким образом, проблема возникает также в том случае, если автомобиль использовался нечасто или в случае наличия запасных шин.
С возрастом шины становились все более подверженными износу.
Некоторые производители шин рекомендуют заменять шины, возраст которых составляет 6-10 лет, независимо от износа протектора. Balderstone и др. выявили увеличение жесткости резиновых смесей шин, которое происходит из-за процесса старения. Это также было связано со снижением эластичности. На некоторых шинах, возвращенных из эксплуатации, были обнаружены аномалии, связанные со стальными ремнями, в то время как на новых шинах или шинах, подвергшихся термическому старению, аномалий не наблюдалось. Неплотность ремней в упомянутом комплекте, вызванная повреждением сталекорда и резиновой смеси, может привести к браковке компонентов в непредсказуемый момент в процессе восстановления протектора.
Исследователи также сообщили о снижении усилия отслаивания, которое наблюдалось в первые три-четыре года эксплуатации шины. Однако, после первоначального уменьшения усилия отслаивания, дальнейшего существенного снижения в течение срока службы эксплуатируемых шин не произошло. Термически состаренные шины также продемонстрировали снижение усилия отслаивания по сравнению с контрольной шиной, однако не в такой степени, как шины для эксплуатации.
На некоторых шинах, возвращенных с сервисного обслуживания, обнаружилась коррозия стальных кордов, особенно на внешнем поясе шины. Эта коррозия, вероятно, была вызвана проникновениями по всему протектору шины. По-видимому, они были недостаточно глубокими, чтобы проникнуть во внутренние слои или проколоть шину. Такая коррозия ослабляет сцепление между стальными кордами и их покрытием из клейкой резиновой смеси и нарушает целостность шины в процессе эксплуатации, что может привести к ее неисправности.
На основании наблюдений, изложенных в статьях по шиномонтажу, можно сделать вывод, что в анализируемом случае могло быть достаточно повреждений корда при движении с грузом по грунтовым дорогам или различным типам пандусов на строительные площадки или фермы. Оставленные различные острые предметы, такие как гвозди, фрагменты стержней, провода, острые сколы или камни, которые там часто встречаются, могут быть потенциальными источниками проколов шин. Интенсивная эксплуатация транспортных средств и неточное соблюдение периодической замены шин, из-за дополнительных затрат и потерь, связанных с необходимостью отправки транспортного средства в мастерскую, могли привести к значительному износу протектора.
Материалы и методы. Общий вид поврежденного колеса. Осмотр вышедшего из строя колеса был проведен визуально на месте происшествия. Также был проведен опрос участников дорожно-транспортного происшествия относительно условий перевозки груза. Кроме того, исследование отдельных фрагментов поврежденной поверхности обода было проведено визуально и с помощью цифрового микроскопа VHX7000 производства VHX Keyence.
Проверка механических свойств поврежденного материала обода колеса. Анализ обода колеса был проведен путем сварки обода ступицы с ее диском. Такое соединение было обусловлено изготовлением компонентов ступицы из свариваемой стали с содержанием углерода менее 0,3 %.
Были проведены испытания на твердость и микроструктуру материала обода. Для этой цели был взят кусочек материала толщиной с диск обода из области между отверстием для ступицы колеса и отверстием для одного из крепежных болтов обода. Испытания на твердость проводились по методу Виккерса с нагрузкой 98,1 Н на твердомере модели VERZUS 700. В каждом случае было проведено 5 измерений твердости, и представленные значения были рассчитаны как средние.
Модель узла с двумя ободьями. Распределение напряжений в узле, состоящем из двух ободов сдвоенных задних колес задней оси, было получено с использованием метода конечных элементов, реализованного в программном обеспечении Autodesk Inventar Professional v. 2021. Для проведения численного расчета была разработана модель упомянутого узла. Каждый обод был изготовлен из свариваемой стали с содержанием углерода менее 0,3 %. Предполагалось, что механические свойства стали были очень близки к механическим свойствам стали, нанесенной на анализируемый обод. Это предположение подкреплялось тем фактом, что при первоначальном (грубом, из-за неудовлетворительного технического состояния используемого портативного рентгенофлуоресцентного (РФА) анализатора) анализе химического состава стали наблюдалось повышенное содержание марганца. Также из бесед с дилерами грузовых автомобилей Mercedes-Benz была получена информация о том, что колесные диски изготовлены из горячекатаной стали. Предел текучести такой стали был равен 300 МПа, а предел прочности при растяжении - 440 МПа. Ободья соединены плоскостью сопряжения, охватывающей торцевые поверхности обода. Соответствующие отверстия для штифтов / болтов в обеих ступицах расположены соосно друг с другом.
Результаты и обсуждение. Полученные результаты были представлены в трех группах, включая результаты из:
- Наблюдения за выбранными фрагментами поврежденной поверхности обода.
- Измерения твердости и микроскопические наблюдения структуры материала.
- Расчета крутящего момента, нагружающего сдвоенные колеса задней оси самосвала.
- Анализ распределения напряжений в смоделированном ободе.
Список литературы
1. Герасимова Я.П., Ежов А.А., Маресев М.И. Изломы конструкционных сталей: Справочник. М.: Металлургия, 1987. 272 с.
2. Дефекты стали. Справочник / Под ред. С. М. Новокщеновой, М. И. Винограда. М.: Металлургия 1984.
199 с.
3. Барахтин Б.К., Немец А.М., Калинкин И.П. Металлы и сплавы. Анализ и исследование. Физико-аналитические методы исследования металлов и сплавов. Неметаллические включения. СПб: Профессионал, 2006. 487 с.
4. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна; под ред. А. Г. Рахштадта. М.: Интермет Инжиниринг, 2004. Т. 1. 2004. 687 с.
Тарасов Евгений Александрович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Воронеж, Воронежский государственный технический университет
INVESTIGATION OF DAMAGE TO THE RIM OF THE REAR WHEEL OF A DUMP TRUCK
E.A. Tarasov
Serious damage to the inner rim of the rear twin wheel of one dump truck was noted during the operation of a fleet performing transport tasks. It was the driving wheel, and its damage occurred when driving with a load exceeding the permissible value. The study of individual fragments of the damaged rim surface was carried out visually, as well as using a digital microscope with a portable head. Vickers hardness measurements and microscopic observations of the structure of the sample material cut along the thickness of the rim disk were carried out. The load on the driving torque of the twin wheels of the rear axle of the dump truck is calculated when they are coupled with various types of road irregularities and at various vertical loads of the wheels. An analysis of the stress distribution in the rim, modeled using the finite element method, was also carried out for several possible wheel loading scenarios. The damage to the rim was caused by the simultaneous action of several factors, such as overloading the car, poor tire condition, load on the drive wheel by part of the car's weight and torque.
Key words: dump truck, rim, tire, failure.
Tarasov Evgeny Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, 382652@mail. ru. Russia, Voronezh, Voronezh State Technical University
УДК 621.86
Б01: 10.24412/2071 -6168-2024-3-602-603
ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА УКЛАДКИ РЕЛЬСОШПАЛЬНОЙ РЕШЕТКИ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ САМОХОДНОГО ПОРТАЛА
А.А. Шубин, Р.Р. Габбасов, Н.А. Витчук, А.Н. Шафорост
Укладку звеньев рельсошпальной решетки железнодорожного пути выполняют с помощью укладочного поезда, состоящего из комплекса специальных машин, основной из которых является самоходный укладочный кран. Основным недостатком существующего технологического процесса укладки рельсошпальных решеток в путь является то, что укладочный кран периодически перемещается к основному составу укладочного поезда за новым пакетом рельсошпальных решеток и, следовательно, выполняет дополнительные операции, не связанные с непосредственной укладкой рельсошпальной решетки. Из-за этого снижается производительность укладочного поезда. Поэтому предлагается модернизировать процесс укладки пути на основе введения в состав укладочного поезда самоходного портала для перемещения пакетов рельсошпальных решеток. Введение в состав укладочного поезда самоходного портала позволит увеличить производительность с 685 м/ч до 857 м/ч и сократить необходимое количество монтеров пути на 8 человек.
Ключевые слова: железнодорожный транспорт, производительность, рельсошпальная решетка, самоходный портал, укладочный поезд, укладочный кран.
Укладку звеньев рельсошпальной решетки железнодорожного пути при его строительстве и ремонте выполняют с помощью укладочного поезда, включающего в свой состав комплекс специальных машин [1-4].
Укладочный поезд к месту выполнения работ доставляют с помощью локомотива, который также перемещает платформы с рельсошпальными решетками вдоль фронта выполняемых работ [2, 3].
Основной машиной, входящей в состав укладочного поезда, является самоходный укладочный кран, который непосредственно производит укладку рельсошпальных решеток в путь, а также перемещается от места укладки звеньев к составу платформ с пакетами рельсошпальных решеток. Особенностью укладочного крана являются подъемные стойки, которые позволяют выполнять укладку звеньев в путь с пакетом, состоящим из семи рель-сошпальных решеток. Однако при полностью выдвинутых подъемных стойках кран выходит за допустимый габарит по высоте, что может привести к травматизму при выполнении работ на электрифицированных участках пути [5, 6].
Для обеспечения безаварийной транспортировки пакетов рельсошпальных решеток платформы оборудуют универсальным съемным оборудованием. Для передачи пакетов рельсошпальных решеток вдоль всего состава на крайнюю платформу, с которой их перетягивают на кран, используют моторные платформы МПД-2 с лебедками и кабиной управления. В зависимости от длины состава моторные платформы могут устанавливаться через каждые три-четыре платформы [7].
Основным недостатком существующего технологического процесса укладки рельсошпальных решеток в путь является то, что укладочный кран периодически перемещается к основному составу укладочного поезда за новым пакетом рельсошпальных решеток и, следовательно, снижается метраж уложенных в путь рельсошпальных решеток за цикл работы крана.
