книги / 807

Таблица 1

Исходные данные для расчета упругих элементов подвески автомобиля ВАЗ 2109

При расчете жесткости пружины используем формулу

c = (Gdп4)/(8nDср3),

где G – модуль сдвига (для стали G = 8…9·104 МПа); dп – диаметр прутка пружины; n – рабочее число витков; Dср – средний диаметр пружины.

Определяем жесткость передней пружины:

с1 = (8·1010 · 0,01354)/(8 · 7,5 · 0,12053) = 25311,19 Н/м;

задней пружины:

с2 = (8·1010 · 0,01134)/(8 · 11,5 · 0,09653) = 15777,34 Н/м.

Затем выполним расчет напряжения кручения пружины по формуле

τкр = (8DсрРр)/(πd3),

где Рр – нагрузка, передаваемая на пружину.

Величина напряжения кручения передней пружины

τкр1 = (8·0,1205·337,5)/(3,14·0,01353) = 42113356,57 Па = 42,1133 МПа;

задней пружины

τкр2 = (8·0,0965·332,5)/(3,14·0,01133) = 56655747,18 Па = 56,6557 МПа.

Результаты расчетов показывают, что передняя и задняя пружины имеют достаточный запас прочности (напряжения кручения не превышают допустимых напряжений τкр = 700…900 МПа) и соответствуют данному типу автомобиля.

121

Далее проверим выполнение соотношения (4).

Вес автомобиля, приходящийся на передние пружины, G1 = 675 кг, авес автомобиля, приходящийся на задние пружины, G2 = 665 кг.

Определяем соотношение параметров жесткости и веса: 0,253/0,141 = 665/675, откуда следует, что оно не соблюдается.

Чтобы получить оптимально возможную плавность хода, необходимо изменить параметры упругих элементов подвески, которые определяют жесткости последних. В данном случае упругими элементами являются пружины, жесткость которых зависит от нескольких параметров (диаметр проволоки, средний диаметр витка, количество витков и материал, из которого изготовлены пружины).

Вначале определим жесткость c1п, которая обеспечивает соблю-

дение пропорции с1п /15777,34= 665/675:

с1п = 15777,34·665/675 = 15543,6 Н/м.

Затем рассчитаем необходимое количество витков передней пружины:

n1п = (Gdп4)/(8c1пDср3) = (8·1010·0,01354)/(8·15543,6·0,12053) = 12,2.

Рассчитаем жесткость c2п, которая необходима для соблюдения пропорции 25311,19/с2п = 665/675:

с2п = 25311,19·675/665 = 25691,8 Н/м.

При подстановке с2п необходимое количество витков задней пружины

n2п = (Gdп4)/(8c2пDср3) = (8·1010·0,01354)/(8·25691,8·0,12053) = 7,61.

Решить поставленную задачу, изменяя только один из перечисленных параметров упругого элемента подвески, представляется практически невозможным. Поэтому наиболее приемлемым является вариант решения, при котором изменяются два параметра, а именно диаметр проволоки и количество витков пружины.

На стадии эксплуатации, как правило, выполняется подбор упругих элементов подвески на автотранспортные средства, которые сняты с производства или не имеют оригинальных запасных частей. С учетом категории автотранспортного средства и разновидности его подвески следует выполнить расчеты по проверке характеристик упругого элемента, которые отвечают необходимым требованиям плавности хода.

122

В качестве примера нами была проведена проверка упругих элементов подвески автомобиля ГАЗ 330210 «Газель» (1995 года выпуска) на соответствие иххарактеристик необходимой плавностихода (табл. 2).

Таблица 2

Исходные данные для расчета упругих элементов подвески автомобиля ГАЗ 330210 «Газель» (1995 года выпуска)

Вес автомобиля, приходящийся на передние рессоры, G1 = 1155 кг, вес автомобиля, приходящийся назадние рессоры, G2 = 2345 кг.

Величину нагрузки на листовую рессору определяем по формуле

Рр = Rz – 0,5Gн.м.

Рр = 5660 – 0,5·70·9,8 = 5317 Н.

Для расчета жесткости рессоры используем формулу

ср = (Еnbh3)/(4δl3),

где Е – модуль упругости при растяжении (для стали Е = 2,1·106 МПа); n – количество листов; b – ширина листа; h – толщина листа; δ – коэффициент прогиба рессоры (δ = 1,25…1,40); l – длина рессоры.

Определим жесткость передней рессоры:

ср.п = (2,1·1011·4·0,075·0,0083)/(4·1,32·1,53) = 18101,01 Н/м.

Затем выполним расчет прогиба пружины по следующей формуле: fр = (4δl1l2Рр)/(Еnbh3l)),

где l1 и l2 – плечи изгиба.

Величина прогиба передней пружины

fрп = (4·1,32·0,8·0,7·5317)/(2,1·1012·4·0,075·0,0083·1,5) = 0,03249 м.

Рассчитаем напряжение изгиба рессоры по формуле

σизг = (6l1l2Рр)/(lnbh2),

где Рр – нагрузка, передаваемая на рессору.

123

Величина напряжения изгиба передней рессоры

σизг.п = (6·0,8·0,7·5317)/(1,5·4·0,075·0,0082) = = 620316666,7 Па = 620,316 МПа.

Далее мы аналогично выполняем расчет прочности задней рессоры. Результаты расчетов показывают, что передняя и задняя рессоры имеют достаточный запас прочности (напряжения изгиба не превышают допустимых напряжений σизг = 800…1000 МПа) и соответствуют

данному типу автомобиля.

Соотношение параметров жесткости и расстояния от моста до центра тяжести находим из пропорции

с1/с2 = l2/l1.

Чтобы найти расстояния от мостов до центра тяжести, необходимо знать базу автомобиля. Допустим, что l1 = L – l2, тогда с1/с2 = l2/(L – l2). Из данного уравнения следует, что l2 = с1L/(с1 + с2). Находим величину l2 =

= 18101,01·2,9/(57050,13 + 18101,01) = 0,70 м, тогда l1 = 2,9 – 0,70 = 2,20 м.

Подставляем полученные значения в пропорцию:

18101,01/57050,13 = 0,70/2,20.

Необходимо отметить, что соотношение выполняется.

С целью получения оптимальных характеристик упругих элементов подвески, которая обеспечивает защиту автотранспортного средства от динамических воздействий дороги и сводит колебания и вибрации к приемлемому уровню, а также исключает пагубное воздействие его колебаний на организм человека (явление галопирования), нами разработана программа автоматизированнного расчета подвески автомобилей [6].

При запуске программы на экране компьютера появляется окно формы «Загрузка».

После его загрузки появляется окно формы «Главное меню» программы (рис. 3), в котором приведены четыре основных типа упругих элементов, которые устанавливаются на современных автомобилях.

Выбор одного из этих упругих элементов позволяет ознакомиться со схематическим его изображением и с основными расчетными формулами. Кнопки «Схематическое изображение» и «Расчет упругого элемента» всплывают при наведении курсора на поле выбора упругого элемента подвески.

124

Рис. 3. Главное меню программы

Кнопка «Схематическое изображение» содержит схематическое изображение упругого элемента с расшифровкой всех основных параметров. При нажатии кнопки «Расчет упругого элемента» всплывает окно, которое позволяет ознакомиться с расчетными формулами, ввести значения необходимых исходных данных и получить результаты расчета (рис. 4).

Рис. 4. Фрагмент окна «Расчет передней рессоры»

125

Упругие элементы «Торсион» и «Пневматический баллон» используются в подвесках современных автомобилей крайне редко, однако нами в программе предусмотрен расчет жесткости данных упругих элементов.

Использование данной программы позволяет производить оптимизацию параметров упругих элементов подвески автотранспортных средств, что будет способствовать повышению плавности хода и улучшению комфортабельности движения в эксплуатационных условиях.

Список литературы

1.Афанасьев Л.Л., Дьяков А.Б., Иларионов В.А. Конструктивная безопасность автомобиля. – М.: Машиностроение, 1983. – 215 с.

2.Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля. – М.: Машиностроение,

1972. – 392 с.

3.Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств. – М.: Машиностроение, 1989. – 237 с.

4.Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета. – М.: Машиностроение, 1989. – 304 с.

5.Вахламов В.К. Автомобили: Конструкция и элементы расчета. –

М.: Академия, 2006. – 480 с.

6.Гофман Е.В., Давыдов А.А., Макенов А.А. Выбор оптимальных показателей плавности автотранспортных средств// Вестник ВКГТУ. – У.-Каменогорск, 2010. – № 3 (49). – С. 48–54.

Получено 28.02.2012

126

УДК 625.856.3-216.82.08-868

М.В. Шардин, В.П. Шардин, Л.Б. Белоногов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ВИБРОФОРМУЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ПЛОТНОСТЬ СМЕСИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЛОТКОВ ИЗ АСФАЛЬТОБЕТОНА

Рассмотрены вопросы влияния формы рабочей поверхности виброформующего оборудования на плотность асфальтобетонной смеси при изготовлении прикромочных водоотводных лотков из асфальтобетона, предназначенных для предохранения дорожной одежды и грунтового основания автомобильной дороги от переувлажнения поверхностными водами и их размыва.

Ключевые слова: виброформующее и виброуплотняющее оборудование, прогнозирование, асфальтобетонная смесь, процесс уплотнения, рекомендации.

Прикромочный водоотводной лоток – это неглубокая канавка, выполненная по кромке дорожной одежды автомобильной дороги. Основной функцией прикромочного водоотводного лотка является отвод дождевой и другой воды с дорожного полотна, ее сбор и перенос в заранее запланированное место. Обычно прикромочные водоотводные лотки выполняются на наклонных участках дороги.

В настоящее время прикромочные водоотводные лотки изготавливаются из сборного или монолитного цементобетона, а в некоторых случаях и из асфальтобетона, но при изготовлении и тех и других лотков имеет место ручной труд.

Серьезным недостатком цементобетонных лотков является их быстрое разрушение, в том числе за счет обработки дороги реагентами. В связи с недолговечностью прикромочных лотков из цементобетона, встает вопрос о более широком применении прикромочных водоотводных лотков из асфальтобетона.

Пример конструкции одного из вариантов прикромочного лотка из асфальтобетона приведен на рис. 1.

127

Рис. 1. Пример конструкции лотка из асфальтобетона – поперечный профиль конструкции дорожной одежды с прикромочным лотком из асфальтобетона

К положительным сторонам прикромочных лотков из асфальтобетона можно отнести относительно небольшие трудозатраты и возможность их изготовления вместе с асфальтобетонным покрытием дороги. Недостатком является почти полное отсутствие специализированных средств механизации, обеспечивающих укладку асфальтобетонной смеси на обочину дороги и ее уплотнение.

Для механизации работ по изготовлению прикромочного водоотводного лотка из асфальтобетона рекомендуется [2] применить специальное сменное виброформующее оборудование, разработанное на кафедре автомобилей и технологических машин (АТМ) ПНИПУ.

Одним из возможных средств механизации изготовления асфальтобетонного лотка вместе с полотном автомобильной дороги является агрегат (рис. 2), состоящий из гусеничного или колесного асфальтоукладчика, шнекового подавателя асфальтобетонной смеси, выгружающего асфальтобетонную смесь из бункера асфальтоукладчика в направлении, перпендикулярном его движению, и устройства, непосредственно изготовляющего лоток, – виброформователя лотка.

Виброформователь лотка, перемещающийся вместе с базовой машиной, структурно состоит из двух, параллельно расположенных ограничительных стенок (опалубка формователя), опирающихся на специальные лыжи, внутри которых расположен плужок, осуществляющий профилирование асфальтобетонной смеси и виброплита, уплотняющая асфальтобетонную смесь.

128

Рис. 2. Конструктивная схема экспериментальной установки для изготовления прикромочных водоотводных лотков из асфальтобетонной смеси на базе колесного асфальтоукладчика СД-404Б: 1 – асфальтоукладчик; 2 – балки рабочих органов; 3 – виброформователь; 4 – бункер; 5 – поперечная балка; 6 – кабина

Днище виброплиты спрофилировано таким образом, что после ее прохода, по асфальтобетонной смеси, получается канавка, размеры которойполностьюсоответствуютпроектнымразмерамприкромочноголотка.

Агрегат изготовления прикромочных водоотводных лотков из асфальтобетона изготовлен ООО «Дорос» (г. Чернушка, Пермский край) по проекту кафедры АТМ ПНИПУ и прошел пробные испытания. Результаты пробных испытаний являются положительными и подтверждают работоспособность агрегата.

При изготовлении прикромочного водоотводного лотка происходит его виброформование, т.е. вибрационное уплотнение асфальтобетонной смеси с одновременным приданием ей формы лотка (см. рис. 1), представляющего собой канавку с плоскими покатыми стенками шириной от 500 до 1000 мм (определяется выбранным типоразмером лотка) и глубиной40 мм(для всех лотков).

Виброформование лотка осуществляется с помощью специального виброформующего оборудования (виброформователя), основой которого является виброплита с профилированным днищем.

Влияние формы, контактирующей с асфальтобетонной смесью поверхности пуансона виброформователя, на плотность уплотняемой асфальтобетонной смеси определено экспериментально посредством

129

виброформования, с помощью различных пуансонов, образцов асфальтобетонной смеси на стендовой установке. Для проведения пробных экспериментов, применялась стендовая установка, оборудованная прямоугольным контейнером (формой) для уплотняемой среды с внутренними размерами 240х240х240 мм.

коэффициент Kреж, характеризующий отношение силы тяжести виброформователя к вынуждающей силе вибровозбудителя виброформователя, составляет Kреж = 0,1588; время уплотнения τупл = 180 с; степень начального заполнения контейнера стендовой установки асфальтобетонной смесью – 100 %; температура начала уплотнения асфальтобетонной смеси: горячей – 110–120 °С; холодной– температураокружающейсреды(~23 °С).

Внешний вид отформованных во время эксперимента образцов показан на рис. 6. Результаты экспериментов по определению влияния формы, контактирующей с асфальтобетонной смесью поверхности пуансона виброформователя, на плотность уплотненной асфальтобетонной смеси приведены в таблице.

130