UDK 629.3 Наземные средства транспорта (кроме рельсовых)
The article presents the advantages of timber tractors with semi-trailers in comparison with single timber vehicles. The existing road condi-tions for the operation of saddle road trains in-volved in the transportation of timber to con-sumers are described. The causes and conse-quences of loading elements of saddle-coupling devices of road trains are considered. The de-pendences of the change in forces in the cou-pling device on the values of the coefficients of adhesion and the distribution of braking forces, the deceleration of the saddle road train, and also on the height of the center of gravity of the semi-trailer of the road train are presented. The regularities of changing the braking distance, deceleration and compression force in the fifth wheel coupling device of a road train due to un-derutilization of the coupling weight of a tractor with a semi-trailer are considered. The depend-ences of changes in loads in the fifth wheel cou-pling on road conditions, the load of the road train, the location of the fifth wheel coupling on the tractor, as well as on the damping coefficient are analyzed. An analysis of oscillograms of changes in forces in the pivot of the device in the process of sharp braking on a curvilinear and rectilinear trajectory with various options for braking by individual links is given. The influ-ence of the road train load, the speed of its movement, the type of road surface, the design parameters of the coupling device, the presence of lubricant on the base plate, the level of its wear on the change in the moment of resistance in such a device are described. The necessity of increasing the efficiency of timber tractors with semi-trailers by improving the existing designs of fifth wheel couplings is substantiated.
ROAD TRAIN, TRACTOR, SEMI-TRAILER, FIFTH HITCH, LOADS, PIVOT, BASE PLATE, SPEED, PERFORMANCE PROPERTIES, TIMBER REMOVAL, DIFFICULT ROAD CONDITIONS, RELIABILITY.
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Вывозка лесоматериалов лесовозным автомобильным транспортом является наиболее трудоемкой и капиталоемкой фазой лесозаготовительного процесса, от эффективности которой зависит конечная себестоимость лесоматериалов, доставляемых потребителям, и, как следствие конкурентоспособность лесозаготовительных предприятий. Одним из наиболее распространенных типов лесовозных автопоездов (ЛА), задействованных в процессе вывозки лесоматериалов, является ЛА, состоящий из лесовозного тягача (ЛТ) и полуприцепа (ПП). Такой ЛА дает возможность в сравнении с одиночным лесовозным автомобилем снизить транспортные издержки на 23 %, уменьшить износ дорог на 40 %, сократить расход топлива на 15 % и число ездок, а также существенно снизить конечную себестоимость лесоматериалов [1, 2].
Дорожные условия эксплуатации ЛТ с ПП имеют существенные отличия от дорожных условий эксплуатации подобных автопоездов общего назначения. Они характеризуются недостаточной обустроенностью лесовозных дорог (ЛД), движение по которым в процессе вывозки лесоматериалов ЛТ с ПП сопровождается увеличением числа троганий и частыми торможениями ЛА. Особенностью динамики торможения ЛА является возникновение ударных нагрузок между его звеньями, последствия которых проявляются в снижении скорости движения автопоезда и производительности, а также в увеличении расхода топлива. При резком торможении ЛТ с ПП перед преодолеваемой неровностью ЛД, происходящее под воздействием инерционных сил изменение траектории движения звеньев автопоезда относительно друг друга, способствует возникновению нежелательного эффекта «складывания» ЛА. Наиболее часто, при торможении седельного автопоезда вследствие возникновения ударных нагрузок между его звеньями происходит в той или иной степени рассогласование срабатывания тормозных механизмов ЛТ и ПП, которое при торможении автопоезда может по времени превышать 0,6 с. Основной причиной такого рассогласования является неравномерный износ тормозных накладок ПП в сравнении с ЛТ. Неравномерность изнашивания связана с массой ПП, превышающей массу ЛТ [3-5].
Одним из важнейших элементов конструкции ЛТ с ПП, от которого зависят эксплуатационные свойства ЛА и эффективность его функционирования, является седельно-сцепное устройство (ССУ). При движении ЛА с резким приложением к его колесам тяговых и тормозных сил, элементы конструкции ССУ воспринимают тяговые усилия и вертикальные нагрузки, а также изгибающие моменты, действие которых осуществляется в плоскости, перпендикулярной продольной оси седельного автопоезда. Изгибающие моменты оказывают воздействие на опорные кронштейны. Тяговые усилия воспринимаются шкворнем и деталями разъемно-сцепного механизма. Вертикальные нагрузки оказывают воздействие на кронштейны и опорные плиты. На величину нагрузок, воздействующих на ССУ оказывают влияние значительное количество не только конструктивных, но и эксплуатационных факторов. К конструктивным факторам относят соотношение масс звеньев автопоезда, жесткость упругой связи, а также размеры зазоров в ССУ. С увеличением величины зазоров в ССУ и жесткости упругой связи динамическое взаимодействие между звеньями автопоезда приобретает ударный характер. Это снижает надежность, как самого устройства, так и автомобиля в целом [6-9].
Детали ССУ, подвергающиеся воздействию нагрузок, неоправданно быстро изнашиваются. Сцепной шкворень, опорная плита, захват разъемно-сцепного механизма, подшипники опорных кронштейнов наиболее сильно подвержены износу, степень которого, прежде всего, зависит от условий эксплуатации ЛА и конструкции ПП. Износ этих деталей увеличивается при эксплуатации ЛА на недостаточно обустроенных ЛД и дорогах с большим числом поворотов при высоком расположении центра тяжести ПП [10].
В этой связи, анализ влияния различных факторов, оказывающих воздействие на изменение величины нагрузок в традиционных конструкциях ССУ, является актуальной задачей. Учет этих факторов даст возможность выявить перспективные направления повышения эффективности ЛА, оснащенных традиционными ССУ, а также разработать и предложить новые технические решения таких устройств, обеспечивающие снижение воздействующих на его детали нагрузок.
1. Nikonov V. O., Posmetev V. I. Analiz vliyaniya uslovii raboti lesovoznih avtopoezdov na nadejnost i svoevremennost ih tehnicheskogo obslujivaniya [Analysis of the influence of working conditions of timber road trains on the reliability and timeliness of their maintenance]. Voronezh Scientific and Technical Bulletin. - 2022. - T. 1, №. 1 (39). - S. 52-68 : doi :https://doi.org/10.34220/2311-8873-2022-52-68. (In Russ.).
2. Nikonov V. O., Posmetev V. I. Ocenka effektivnosti ispolzovaniya suschestvuyuschih shem komponovaniya lesovoznih avtopoezdov [Evaluation of the effectiveness of the use of existing schemes for the layout of timber road trains]. Voronezh Scientific and Technical Bulletin. - 2022. - T. 1, №. 1 (39). - S. 81-97 : doi :https://doi.org/10.34220/2311-8873-2022-81-97. (In Russ.).
3. Nikonov V. O. Sovremennoe sostoyanie, problemi i puti povisheniya effektivnosti lesovoznogo avtomobilnogo transporta [Current state, problems and ways to improve the efficiency of timber road transport]. Ministry of Education and Science of the Russian Federation, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "VGLTU". - Voronezh, 2021. - 202 p. (In Russ.).
4. Nikonov V. O., Posmete V. I., Fomin T. N. Analiz konstruktivnih osobennostei sedelno-scepnih ustroistv tyagachei s polupricepami [Analysis of design features of fifth wheel couplings of tractors with semi-trailers]. Voronezh Scientific and Technical Bulletin. - 2019. - T. 1, №. 1 (27). - S. 20-32. (In Russ.).
5. Kim V. A., Polungyan A. A. Matematicheskaya model udarnogo nagrujeniya sharnirnogo palca scepnogo ustroistva sedelnogo avtopoezda [Mathematical model of shock loading of the hinged pin of the coupling device of the road train]. Bulletin of MSTU im. N. E. Bauman. Ser. Engineering. 2004. № 2. - S. 51-61. (In Russ.).
6. Marcomini J. B., Baptista C. A. R. P., Pascon J. P., Teixeira R. L., Medina P. C. Failure Analysis of a Hot Forget SAE 4140 Steel Kingpin. International Journal of Engineering Research Science, 2, 6, 2016. - 8 p.
7. Reboh Y., Griza S., Reguly A., Strohaecker T. R. Failure analysis of fifth wheel coupling system. Engineering Failure Analysis 15 (2008) - pp. 332-338 : doi :https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2007.02.007.
8. Zhang Q., Wei S., Chen Y. Failure analysis of the fifth wheel couplings utilized in heavy semi-trailer tractors. Engineering Failure Analysis 109 (2020) 104352. - 12 p. : doi :https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.104352.
9. Fernandes P. J. L. Examination of a failed fifth wheel coupling. Engineering Failure Analysis. Volume 5, Issue 1, March 1998, pp. 29-33 : doi :https://doi.org/10.1016/S1350-6307(97)00024-1.
10. Sorochan Yu. P. Zarubejnie konstrukcii sedelno-scepnih ustroistv [Foreign designs of fifth wheel couplings]. Automotive industry, 1980, № 6. - S. 35-39. (In Russ.).
11. Zakin Ya. H. Prikladnaya teoriya dvijeniya avtopoezda [Applied Theory of Road Train Movement]. Dr. tech. Sciences. - Moscow : Transport, 1967. - 255 p. (In Russ.).
12. Zakin Ya. H., Schukin M. M., Margolis S. Ya., Shiryaev P. P., Andreev A. S. Konstrukcii i raschet avtomobilnih poezdov [Design and calculation of road trains]. Mashinostroenie Publishing House, Leningrad, 1968 - 332 p. (In Russ.).
13. Visockii M. S., Jukov A. V., Martinenko G. V. i dr. Dinamika dlinnobaznih avtopoezdov [Dynamics of long wheelbase road trains]. - Minsk : Science and technology, 1987. - 198 s. (In Russ.).
14. Visockii M. S., Kochetov S. I., Haritonchik S. V. Osnovi proektirovaniya modulnih magistralnih avtopoezdov [Fundamentals of designing modular main road trains]. - Minsk : Belarus. Navuki, 2011. - 392 p. (In Russ.).
15. Visockii M. S., Kochetov S. I., Haritonchik S. V. Osnovi proektirovaniya modulnih magistralnih avtopoezdov [Fundamentals of designing modular main road trains]. Minsk : Belarus. Navuki, 2011. - 392 p. (In Russ.).
16. Bilyk O. V. Uluchshenie dinamiki kolesnih mashin putem sinteza algoritmov upravleniya ih dvijeniem na osnove analiza silovih faktorov [Improving the dynamics of wheeled vehicles by synthesizing algorithms for controlling their movement based on the analysis of force factors]. abstract dis. ... candidate of technical sciences : 05.05.03 - Wheeled and tracked vehicles. GU VPO Belarusian-Russian University, Mogilev, 2008. - 25 p. (In Russ.).
17. Sazonov I. S., Kim V. A., Bilik O. V., Bochkarev G. V. Novie komponenti avtomaticheskih sistem upravleniya dvijeniem sedelnih avtopoezdov [New components of automatic traffic control systems for truck trains]. Automotive industry, 2010, № 2. - P. 12-14. (In Russ.).
18. Rashabh N. Characteristics of Fifth Wheel and its Influence on handling and maneuvering of Articulated Heavy vehicles. Master thesis. Department of Mechanics and Maritime Sciences. Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden 2018.
19. Ren Yuan-yuan, Zheng Xue-lian, Li Xian-sheng Handling Stability of Tractor Semitrailer Based on Handling Diagram. Hindawi Publishing Corporation Discrete Dynamics in Nature and Society Volume 2012, Article ID 350360, 16 p.
20. Brent William Shoffner Development and validation of a finite element analysis model used to analyze coupling reactions between a tractor is fifth wheel and a semitrailer is kingpin. A Thesis in Mechanical Engineering, 2008. - 92 p.
