CC BY
7
УДК (UDC) 629.5
МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРУЖЕННОСТИ ВОДООТРАЖАЮЩЕГО ЩИТА ПЛАВАЮЩЕЙ МОБИЛЬНОЙ МАШИНЫ
MODELING OF THE LOAD OF A WATER-REFLECTING SHIELD OF A FLOATING MOBILE MACHINE
11 2 Таричко В.И. , Шалупина П.И. , Емельянова Г.А.
1.1 2 Tarichko V.I. , Shalupina.P.I. , Емельянова Г.А.
1 - АО «Брянский автомобильный завод» (Брянск, Россия) 1 - Bryansk Automobile Plant JSC (Bryansk, Russian Federation) 2 - ФГАОУ ВО «Российский университет транспорта» (Москва, Россия) 2 - Russian University of Transport (MIIT) (Moscow, Russian Federation)
Аннотация. Плавающие мобильные машины получи- X
ли широкое распространение в качестве базы для X
создания транспортно-технологических комплексов. X
Они также могут использоваться в качестве шасси X
базовых станций мобильных транспортно- X
перегрузочных канатных комплексов. Одним из важ- X
нейших узлов, обеспечивающих безопасное плавание X
является водоотражающий щит, повышающий пла- X
вучесть и препятствующей заливу машины встреч- X
ной волной. В статье рассмотрена методика моде- X
лирования и результаты расчета водоотражающего X
щита плавающей мобильной машины производства X
АО «БАЗ». X
Ключевые слова: плавающая машина, водоотра- X
жающий щит, нагруженность, прочность X
X
Дата принятия к публикации: 29.10.2021 X
Дата публикации: 25.12.2021 X
X
Сведения об авторах: X
Таричко Вадим Игоревич - кандидат техниче- X
ских наук, заместитель генерального директора - X
главный конструктор АО «Брянский автомобильный X
завод», e-mail: 32.6909@mail.ru. X
Шалупина Павел Игоревич - начальник X
конструкторского бюро расчетов и надежности X
АО «Брянский автомобильный завод», X
e-mail: p.shalupina@gmail.com. X
Емельянова Галина Александровна - доктор X
технических наук, профессор кафедры «Мосты и X
тоннели» ФГАОУ ВО «Российский университет X
транспорта», e-mail: ga_emel@mail.ru. X
Abstract. Floating mobile machines have become widespread as a base for the creation of transport and technological complexes. They can also be used as the chassis of base stations of mobile transport and reloading rope complexes. One of the most important components ensuring safe navigation is a wave-reflecting shield that increases buoyancy and prevents the car from being flooded by an oncoming wave. The article discusses the methodology of modeling and the results of calculating the water-reflecting shield of a floating mobile machine manufactured by JSC «BAZ».
Keywords: floating machine, water-reflecting shield, loading, strength.
Date of acceptance for publication: 29.10.2021
Date of publication: 25.12.2021
Authors' information:
Vadim I. Tarichko - Candidate of Technical Sciences, Deputy general director - General designer, Bryansk Automobile Plant JSC, e-mail: 32.6909@mail.ru.
Pavel I. Shalipina - Head of the Design Bureau of Calculations and Reliability, Bryansk Automobile Plant JSC, e-mail: p.shalupina@gmail.com.
Galina A. Emelianova - Doctor of Technical Sciences, Professor of bridge and tonnels department, Russian University of Transport (MIIT), e-mail: ga_emel@mail.ru.
Благодарности
Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых-докторов наук №МД-422.2020.8
Acknowledgements
The study was supported by Presidential Grant for Governmental Support to Young Russian Scientists
No. №MD-422.2020.8
г . : Научно-технический вестник Брянского государственного университета, 2020, №4 _t.fi -ь: №аискпо-1еккп1екенк1у \estnikBryanskogogosudarstvennogo итуеюЫ&и, 2020, N0.4 _РО! 10.22281/2413-9920-2020-06-04-389-395
1. Введение
Плавающие мобильные машины различной конструкции получили широкое распространение в качестве базы для создания транспортно-технологических комплексов. Они также могут использоваться в качестве шасси базовых станций мобильных транс-портно-перегрузочных канатных комплексов. Что особенно важно для базовой станции, перебрасываемой на сторону, противоположную от препятствия, в качестве которого часто выступает водная преграда [1-4]. Одним из важнейших узлов, обеспечивающих безопасное плавание является водоотражающий щит, повышающий остойчивоть и плавучесть,
препятствующей заливу машины встречной волной. Также в процессе эксплуатации базовой станции, оснащенной водоотражаю-щим щитом, он играет роль дополнительной массы-противовеса, обеспечивающей повышение общей устойчивости машины против опрокидывания под действием значительных горизонтальных нагрузок от натяжения канатной системы и веса транспортируемого груза [5, 6].
Объектом исследования является водоот-ражающий щит, устанавливаемый на мобильную машину производства АО «Брянский автомобильный завод». Общий вид во-доотражающего щита представлен на рис. 1.
Рис. 1. Общий вид водоотражающего щита: 1 - листы кабины мобильной машины, 2 - водоотражающий щит в транспортном положении, 3 - водоотражающий щит
в рабочем положении
Элементы водоотражающего щита для облегчения конструкции изготавливаются из алюминиевого сплава, кронштейны крепления - из стали 08Ю, петли - из стали 10ХСНД.
2. Расчетная нагрузка на водоотражающий щит
Согласно [7] давление воды на щит определяется по формуле:
Р = £'V 2,
где 8 - коэффициент сопротивления для плавающей машины; V - скорость движения машины.
В расчетах коэффициент 8 принимается
2 4
равным 25...50 кгс/м . При этом меньшее значение принимается для машин, имеющих удобообтекаемые формы корпуса. Для исследуемой машины 8 = 50 кгс /м , V = 9 км/ч. Таким образом, давление, действующее на водоотражающий щит, равно 3066 Па.
3. Моделирование напряженно-деформированного состояния водоотражающего щита
Оценка напряженно-деформированного состояния водоотражающего щита проводилась на базе метода конечных элементов (МКЭ) [8-13] в нелинейной постановке.
На основе твердотельной модели (рис. 1) Все элементы в идеализированной моде-разработана идеализированная модель водо- ли представляют собой совокупность твер-отражающего щита (рис. 2). дых и оболочечных тел.
Рис. 2. Идеализированная модель водоотражающего щита
Рис. 3. Конечноэлементная модель водоотражающего щита
Оболочками моделируются листовые (тонкостенные) тела. Расположение оболочек соответствует положению срединных поверхностей листовых тел. Их геометрия аппроксимируется плоскими оболочечными
3- и 4-узловыми конечными элементами, твердых тел - объемными тетраэдральными
4-узловыми конечными элементами. Элементы крепления водоотражающего щита моделируются при помощи абсолютно жестких ID-элементов. В конечноэлементной модели разрешено вращение петель.
Общий вид разработанной конечноэле-ментной модели представлен на рис. 3.
Средний размер плоских конечных элементов равен 5 мм, объемных - 3 мм. Количество узлов в конечноэлементной модели составляет 154 203, элементов - 188 626.
Листовые элементы соединены между собой посредством инструмента моделирования «сшивка», при использовании которого грани «сшиваются» между собой в единое тело по совпадающим ребрам. В дальнейшем образуется сплошная согласованная конеч-ноэлементная сетка.
Дополнительно для передачи жесткости в некоторых частях модели применяются спе-
циальные объекты моделирования типа «склейка», которые технически реализуются в виде абсолютно жестких соединений.
Также между элементами скрепление осуществляется посредством балочных элементов, имитирующих болтовое соединение. Тело болта моделируется балочным элементом, имеющим геометрические размеры и свойства материала болта, а взаимодействие шляпки или гайки с конструкцией - элементами связи, что обеспечивает корректную силовую схему в области болтового соединения.
В модели закреплены кронштейны крепления водоотражающего щита и петли, присоединяемые к кабине машины.
Нагрузки, рассчитанные в п.п. 4.1, прикладываются к поверхности водоотражающего щита, согласно рис. 4.
4. Результаты моделирования напряженно-деформированного состояния водоотражающего щита
Результаты моделирования напряженно-деформированного состояния водоотра-жающего щита плавающей машины (напря-
Рис. 4. Приложенные нагрузки и закрепления
жения и деформации) приведены на рис. 5-7.
Результаты моделирования напряженно-деформированного состояния водоотра-жающего щита при преодолении водных
преград при скорости движения 9 км/ч и высоте волны 500 мм сведены в таблицу.
Таблица
Результаты моделирования напряженно-деформированного состояния и их оценка
Элемент / локализация Максимальные напряжения, МПа Допускаемые напряжения, МПа Коэффициент запаса прочности по ст Максимальные перемещения, мм
Листовые тела 94,35 112 2,01 11,224
Петли 296,451 325 1,31 -
Рис. 5. Результаты моделирования напряженно-деформированного состояния водоотражающего щита: картина напряжений в листовых телах, МПа
г ■ : Научно-технический вестник Брянского государственного университета, 2020, №4 _t.fi -ь: №аискпо-1еккп1екенк1у \estnikBryanskogogosudarstvennogo итуеюЫ&и, 2020, N0.4 _БОТ: 10.22281/2413-9920-2020-06-04-389-395
_ 11.224
® 10.289
9.355
8 420
7 48В
в од 1
5 61 7
4 682
3.748
_ 2.813
! 1 879
® 0.944
и и 10 ММ
состояния водоотражающего щита: картина перемещений вдоль вертикальной
изделия без уклона и ветра, мм
4. Основные результаты и выводы
1. Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что коэффициент запаса прочности в алюминиевых деталях составляет 2,01, а в стальных деталях - 1,31, что удовлетворяет условию прочности.
2. Максимальные перемещения в конструкции составляют 11,224 мм.
Для повышения точности результатов моделирования в ходе дальнейших исследований будут использоваться методы численного моделирования гидродинамики.
Рис. 6. Результаты моделирования напряженно-деформированного
оси при вывешенном положении
Рис. 7. Картина напряжений в объемных телах (элементах крепления), МПа
Список литературы
1. Лагерев И.А., Таричко В.И., Солдат-ченков С.П., Игнатов Д.А. Создание экспериментального макета мобильной канатной дороги с использованием 3Б-печати // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. 2019. №2. С. 221-230. D01:10.22281/2413-9920-2019-05-02-221-230
2. Лагерев А.В., Таричко В.И., Лагерев И.А. Компоновка технологического оборудования на базовом шасси мобильного транспортно-перегрузочного канатного комплекса // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. 2020. №3. С. 388-403. DOI: 10.22281/24139920-2020-06-03-388-403
3. Таричко В.И, Лагерев И.А. Концепция создания мобильных канатных дорог на базе колесных шасси // Инновационное развитие подъемно-транспортной техники. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. 2019. С. 84-87.
4. Лагерев А.В., Лагерев И.А., Таричко В.И. Конструкции и основы проектирования мобильных транспортно-перегрузочных канатных комплексов. Брянск: РИСО БГУ, 2020. 207 с.
5. Короткий А.А., Лагерев А.В., Месхи Б.Ч., Лагерев И.А., Панфилов А.В., Таричко В.И. Транспортно-логистические технологии и машины для цифровой урбанизированной среды. Ростов-на-Дону: ДГТУ, 2019. 268 с.
DOI: http://doi.org/10.5281/ zenodo.3551132
6. Лагерев А.В., Таричко В.И., Солдат-ченков С.П. Обеспечение общей устойчивости базовых колесных станций мобильных канатных дорог // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. 2019. №2. С. 210-220.
DOI: https:/doi.org/10.22281/2413-9920-2019-05-02-209-220
7. Аксенов П.В., Кононович Ю.А. Плавающие колесные и гусеничные машины. Конструкция, теория и расчет. Москва: Воениздат, 1963. 269 с.
8. Вершинский А.В., Лагерев И.А., Шубин А.Н., Лагерев А.В. Численный анализ металлических конструкций подъемно-
Î References
I 1. Lagerev I.A., Tarichko V.I.,
j Soldatchenkov S.P., Ignatov D.A. The experi-
I mental model creation of a mobile ropeway by
I 3D-printing. Nauchno-tekhnicheskiy vestnik
1 Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta,
1 2019, No.2, pp. 221-230. D01:10.22281/2413-
I 9920-2019-05-02-221-230 (In Russian)
I 2. Lagerev A.V., Tarichko V.I., Lagerev
I I.A. Placement of technological equipment on
I the basic chassis of the mobile transportation
I and reloading rope complex. Nauchno-
I tekhnicheskiy vestnik Bryanskogo
I gosudarstvennogo universiteta, 2020, No.3,
I pp. 388-403. DOI: 10.22281/2413-9920-2020-
I 06-03-388-403 (In Russian)
I 3. Tarichko V.I., Lagerev I.A. The concept
I of creating mobile ropeways based on special
I wheeled chassis. Materialy Vseross.
I nauchnoprakt. konf. «Innovatsionnoe razvitie
I podemno-transportnoy tekhniki», Bryansk,
I BGTU, 2019, pp. 84-87. (In Russian)
I 4. Lagerev A.V., Lagerev I.A., Tarichko
I V.I. Konstruktsii i osnovy proektirovaniya
I mobilnykh transportno-peregruzochnykh
I kanatnykh kompleksov [Structures and design
I fundamentals of mobile transporting and over-
I loading rope facilities]. Bryansk, RISO BGU,
II 2020. 207 p. (In Russian)
I 5. Korotkiy A.A., Lagerev A.V., Meskhi I B.Ch., Lagerev I.A., Panfilov A.V., Tarichko I V.I. Transportno-logisticheskie tekhnologii i I mashiny dlya tsifrovoy urbanizirovannoy sredy I [Transport and logistics technologies and maI chines for the digital urban environment]. RosI tov-on-Don, Don State Technical University, I 2019. 268 p. DOI: http://doi.org/10.5281/ I zenodo.3551132 (In Russian) I 6. Lagerev A.V., Tarichko V.I., I Soldatchenkov S.P. General stability of a base I vehicle of a mobile ropeway. Nauchno-I tekhnicheskiy vestnik Bryanskogo I gosudarstvennogo universiteta, 2019, No.2,
I pp. 210-220.
I DOI: https:Zdoi.org/10.22281/2413-9920-2019-
I 05-02-209-220 (In Russian)
I 7. Aksenov P.V., Kononovich Yu.A.
I
J Plavayushie kolesnye I gusenichnye machiny
I [Floating wheeled and tracked vehicles]. Mos-
I cow, Voenizdat, 1963. 269 p. (In Russian)
Î
транспортных машин. Брянск: РИО БГУ, 2014. 186 с. D01:10.5281/zenodo.1202237
9. Вершинский А.В., Лагерев И.А., Шубин А.Н., Лагерев А.В. Расчет металлических конструкций подъемно-транспортных машин методом конечных элементов. Брянск: РИО БГУ, 2015. 210 с. DOI: 10.5281/zenodo.1202240
10. Киютина, И.И. Формирование компетенций в области современных сквозных цифровых технологий у обучающихся по направлению «Реклама и связи с общественностью» / И.И. Киютина, И.А. Лагерев // Ученые записки Брянского государственного университета. 2020. №2. С. 11-15.
11. Лагерев И.А. Расчеты грузоподъемных машин методом конечных элементов. Брянск: Изд-во БГТУ, 2013. 116 с.
DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1202235
12. Лагерев А.В., Мильто А.А., Лагерев И.А. Универсальная методика динамического анализа гидравлических кранов-манипуляторов // Вестник Брянского государственного технического университета. 2013. №3. С. 24-31.
DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1302038
13 . Лагерев А.В., Лагерев И.А, Мильто А.А. Универсальная методика определения напряжений в стержневых элементах конструкций гидравлических кранов-манипуляторов в задачах динамики // Вестник Брянского государственного университета. 2013. №4. С. 21-27. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1302198
8. Vershinckii A.V., Lagerev I.A., Shubin A.N., Lagerev A.V. Chislennyi analiz metallicheskikh konstruktsii podemno-transportnykh maschin [Numerical analysis of metal constructions of lifting-transport machines]. Bryansk, Bryanskiy Gosudarstvennyy Universitet, 2014. 186 p.DOI:10.5281/zenodo. 1202237 (In Russian).
9. Vershinckii A.V., Lagerev I.A., Shubin A.N., Lagerev A.V. Raschet metallicheskikh konstruktsii podemno-transportnykh maschin metodom konechnykh elementov [Calculation of metal structures of lifting and transport machines by the finite element method]. Bryansk, Bryanskiy Gosudarstvennyy Universitet, 2015. 210 p. DOI: 10.5281/zenodo.1202240 (In Russian).
10. Kiyutina I.I., Lagerev I.A. Formation of competencies in the field of modern end-to-end digital technologies for students in the direction of PR, Uchenye zapiski Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta, 2020, No.2, pp. 11-15. (In Russian)
11. Lagerev I.A. Raschet gruzopodemnykh maschin metodom konechnykh elementov [Calculations of lifting machines by the finite element method]. Bryansk, Bryanskiy Gosudarstvennyy Technicheskiy Universitet, 2013.116 p.
DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1202235 (In Russian)
12. Lagerev A.V., Lagerev I.A., Milto A.A. Universal technique for analysing hydraulic articulating crane dynamics. Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2013, No.3, pp. 24-31. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1302038 (In Russian)
13. Lagerev A.V., Lagerev I.A., Milto A.A. Universal technique for stress analysis of beam elements of articulating cranes in case of dynamic load. Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta, 2013, No.4, pp. 21-27.
DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1302198 (In Russian)
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
