CC BY
5УДК 62.328
Табалыкин О.Ю.
магистрант механического факультета ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет»
(Россия, г. Уфа)
Карпова Е.В.
магистрант механического факультета ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет»
(Россия, г. Уфа)
ПРОХОДНОЙ КЛАПАН ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ПОДВЕСКИ ПОЛУПРИЦЕПА
Аннотация: предложен проходной клапан для усовершенствования работы пневматической подвески автомобильного полуприцепа.
Ключевые слова: полуприцеп автомобильный, подвеска пневматическая, клапан проходной, расчет прочностной.
Введение. В последние года все большее внимание уделяется вопросам повышения безопасности движения, эффективности работы систем и механизмов, топливной экономичности двигателей [1-12]. Высокие требования предъявляются к эффективности работы подвески с целью обеспечения плавность хода, устойчивости и управляемости автомобилей. Широкое применение начали получать активные или полуактивные подвески, способные изменять свои технические характеристики в процессе эксплуатации.
При движении автомобиля его кузов испытывает колебательные и возвратно-поступательные воздействия. В этой связи большое значение имеет подбор упругих и демпфирующих элементов подвески. Наиболее
целесообразным является применение пневматических подвесок, позволяющих гибко регулировать жесткость упругих элементов изменяя давление воздуха в них. За счет этого можно регулировать частоту собственных колебаний кузова вне зависимости его загрузки.
Основные преимущества пневматической подвески:
- большая энергоемкость в рабочем диапазоне обеспечивающая уменьшение нагрузки на амортизаторы за счет снижения амплитуды колебаний;
- автоматическое регулирование динамичного хода и жесткости подвески;
- высокая унификация для автомобилей с разной грузоподъемностью (при одинаковых параметрах упругого элемента);
- простота конструкции;
- возможность снижения по необходимости центра тяжести автомобиля.
Материалы и методы исследований. На полуприцепах «Тонар» в
основном установлена система EBS-Е <^АВСО». Основные элементы системы: электронный блок управления (ЭБУ) с модуляторами, краны растормаживания, датчики вращения с индукторами, клапана управления, электронная антиблокировочная система.
Для запаса сжатого воздуха используются баллоны емкостью 80 литров. Пневматические устройства соединяются гибкими пластиковыми трубопроводами. При рабочем давлении в системе 0,6...0,8 МПа падение давления в течение 30 минут не должно превышать 0,05 МПа.
Недостатком пневматической системы при ее работе является то, что при прорыве одного пневматического баллона идет падение давления во всей системе и она выходит из строя. Для устранения этого предлагается установить перед каждым пневматическим баллоном клапана, перекрывающего подачу воздуха при повышенном расходе через него.
Результаты собственных исследований. Наиболее простыми клапанными механизмами являются те, в которых в качестве запорного элемента
используется шарик. Разработанный клапан представлен на рисунке 1 и применим для предлагаемой системы.
Запорный элемент 2 клапана выполнен двухсторонним. При подаче воздуха к клапану запорный элемент 2 преодолевая усилие пружины 3 перемещается и открывает отверстие для подачи воздуха к пневматическому баллону. Количество проходящего воздуха ограничивается зазором между запорным элементом и корпусом. Система
Рисунок 1. Перепускной клапан: 1-корпус; 2- двойной запорный элемент; 3-пружина клапана
уравновешивается после заполнения пневматического баллона.
При прорыве баллона резко возрастает объем проходящего через клапан воздуха и при этом увеличивается перемещение запорного элемента 2 и он другой стороной перекрывает подачу воздуха к нему.
Клапан 2 при рабочем давлении не должен перемещаться выше допустимого значения, устанавливаемого исходя из жесткости применяемой пружины.
Площадь 5 зависит от зазора У между корпусом и запорным элементом
5 = у-л-а, где й - диаметр впускного отверстия. Используя это выражение, получим
Q 70000
(1)
5 = ■
^ 2(р -Ро) 0 8 /2(0,8-0)-106
= 78,6 мм
(2)
Р
1,29
Выразим зазор У из (1)
У =
5
78,6
л-а 3,14 -10
= 2,5 мм.
(3)
Ход клапана X зависит от зазора Y
X = Y ■ sin а, (4)
где а - угол фаски, а=60о.
Ход клапана составит X=2,5 ■ sin 60=2,2 мм.
Величина AF зависит от давления воздуха в системе и определяется выражением
ЛГ. — 'd2 , ч 3,14• 102 л 0 ^ 0
AF = ■(р1 -ро) = з^--0,8 = 62,8 Н. (5)
где pi - рабочее давление в системе, pi =0,8 МПа;
р0 - начальное давление в пневматическом баллоне, примем р0=0 МПа.
Жесткость С механической пружины можно определить через величину перемещения (хода) клапана X
С(6)
X
где AF - увеличение усилия сжатия пружины, Н.
Жесткость механической пружины составила С=62,8/2,2=28,5 Н/мм.
По этому расчетному значению жесткости была подобрана цилиндрическая пружина сжатия с использованием программы «Kompas-Spring». Параметры пружины представлены в таблице 1.
Таблица 1 Параметры механической пружины клапана
Параметры Значение
Материал Б-2-3,6
Наружный диаметр А, мм 22,00
Диаметр проволоки й, мм 3,60
Число рабочих витков п 8,50
Полное число витков п1 10,00
Рабочий ход И, мм 1,25
Масса пружины т, кг 0,047
Жесткость пружины С, Шмм 31,13
Рассмотрим деформацию корпуса клапана как твердое тело цилиндрической формы, нагруженное осесимметричной нагрузкой с максимально возможным давлением р=0,8 МПа. Обозначим перемещение и являющейся функцией текущего радиуса Я и не изменяемой вдоль оси.
Рисунок 2. Твердотельная модель клапана и условная схема с внутренним давлением
Если во внутренней части корпуса клапана создать давление возникает контактное давление рк.
Меридианами в цилиндрической части сосуда (рисунка 2) являются образующие, для которых рт = ад, р1 = Я, р = q.
Предварительно определим толщину корпуса клапана из условия прочности в сеченом сечении
дЯ 0,8 - 30
о =-—- =-= 0,12 мм.
[а] 2 -100
Принимаем толщину стенки, полученную конструктивным образом и равной 15
мм.
Из уравнения Лапласа получаем
+ _ Р
Pt Pm 5
Окружное напряжение корпуса клапана составит
qR
(7)
а, = t 5
(8)
Окружное напряжение составит
qR 0,8 • 30 notjfTT
а= — = —-= 0,8 МПа.
' 5 2-15
Найдем меридиональное напряжение, полагая cosa=0 и Q=0
qR
а=2r. (9)
0,8 • 30 nOAjfTT
а = —-= 0,8 МПа.
2-15
Дополнительно произвели исследование корпуса клапана в среде APM Win Machine для оценки статической и усталостной прочности. Трехмерная модель разбивалась и рассчитывалась методом конечных элементов. Результаты расчета представлены на рисунке 3. а)
Рисунок 3. Картина напряжений (а) и перемещений (б) корпуса
Анализ полученных резульатов показал, что максимальное значение напряжения достигает 82,8 МПа и максимальное перемещение - 0,00848 мм.
Произведенный теоретический расчет и исследования в среде Win Machine показали, что корпус клапана выдержит все приложенные нагрузки, т.к. допускаемое напряжение для выбранного материала составляет 150 МПа.
Выводы. Разработанный проходной клапан готов к практическому применению в пневматической системе автомобильного полуприцепа. Для него произведены все конструктивные и прочностные расчеты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Баширов, Р.М. Диагностирование технического состояния тракторных дизелей: рекомендации [Текст] / Р.М. Баширов, К.В. Костарев, А.В. Неговора, С.З. Инсафуддинов, Э.М. Гайсин, Ф.Р. Сафин, Д.Д. Харисов, Р.Ж. Магафуров, Р.Р. Юльбердин // Уфа: Башкирский ГАУ, 2017.- 27 с.
Сафин, Ф.Р. Основы технической эксплуатации машинно-тракторного парка: учебное пособие [Текст] / Ф.Р. Сафин // Уфа: Башкирский ГАУ, 2020. - 84 с. Сафин, Ф.Р. Электронный блок для стенда регулировки форсунок дизелей с учетом противодавления [Текст] / Ф.Р. Сафин, С.З. Инсафуддинов // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования: сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава «Научное обеспечение инновационного развития АПК». Ч.1. - Санкт-Петербург-Пушкин: Санкт-Петербургский ГАУ, 2014. - С.419-422.
Инсафуддинов, С.З. О влиянии противодавления при регулировке форсунок автотракторных дизелей [Текст] / С.З. Инсафуддинов, Ф.Р. Сафин // Материалы Международной научно-практической конференции в рамках XXIV Международной специализированной выставки «Агрокомплекс-2014»: «Перспективы инновационного развития АПК» ч. II., Уфа, БГАУ, 2014 г. - С.63-68.
Инсафуддинов, С.З. Устройство для диагностики топливных систем дизельных когенерационных установок [Текст] / С.З. Инсафуддинов, Ф.Р. Сафин, А.А. Шарафеев // Материалы Международной научно-практической конференции, проводимой в рамках XVII специализированной выставки «Отопление.
Водоснабжение. Кондиционирование» Уфа, БГАУ, 2013. - С. 16-18.
Сафин, Ф.Р. Испытания автотракторных и комбайновых дизелей: учебное
пособие [Текст] / Ф.Р. Сафин // Уфа: Башкирский ГАУ, 2020. - 72 с.
Сафин, Ф.Р. Совершенствование методики и средств регулирования топливной
аппаратуры автотракторных дизелей [Текст] / Ф.Р. Сафин // Автореферат
диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. - Оренбург, 2015. -
20 с.
Баширов, Р.М. Повышение эффективности регулирования нагрузки дизельного двигателя отключением цилиндров [Текст] /Р.М. Баширов, Э.М. Гайсин, Ф.Р. Сафин // Известия Международной академии аграрного образования. - 2016. -Вып.№31. - С. 8 - 12.
Сафин, Ф.Р. Исследование влияния методики регулирования форсунок на неравномерность топливоподачи [Текст] / Ф.Р. Сафин // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. - 2015. - Вып.№1 (33). - С. 100 - 103. Баширов, Р.М. Анализ систем и оборудования спутникового мониторинга качества работы мобильной сельскохозяйственной техники [Текст] / Р.М. Баширов, Ф.Р. Сафин, Р.Ж. Магафуров, Р.Р. Юльбердин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2018. - Вып.№1(69). - С. 97-99.
Инсафуддинов, С.З. Стенд для испытания и регулировки форсунок // Ф.Р. Сафин, С.З. Инсафуддинов, Э.М. Гайсин, патент на изобретение .№2542648 от 11.10.2013 г.
Сафин, Ф.Р. Регулирование топливной аппаратуры на стендах с впрыском в среду с противодавлением как фактор повышения экономичности работы дизелей [Текст] / Ф.Р. Сафин, П.А. Иофинов // Материалы Международной научно-практической конференции «Наука молодых - инновационному развитию АПК» Уфа, БГАУ, 2016. - С.329-335.
Баширов, Р.М. Способ диагностирования и регулирования дизельной топливной аппаратуры на двигателе // Р.М. Баширов, Ф.Р. Сафин, Р.Ж. Магафуров, Р.Р. Юльбердин, М.Ф. Туктаров, патент на изобретение №2668589 от 30.01.2018 г.
Tabalykin O. Y.
Master's student of the Faculty of Mechanics Bashkir State Agrarian University (Russia, Ufa)
Karpova E.V.
Graduate student of the Mechanical Faculty Bashkir State Agrarian University" (Russia, Ufa)
BY-PASS VALVE FOR PNEUMATIC SUSPENSION OF SEMI-TRAILERS SUSPENSION OF SEMI-TRAILER
Abstract: a by-pass valve is proposed to improve the performance of pneumatic suspension of semi-trailers.
Keywords: semi-trailer, pneumatic suspension, feed-through valve, strength calculation.
