Оценка нагруженности, несущей способности и долговечности кабин с учетом их крепления тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ



гооудлрсгвеншп научш исслвдпшешчхи гракторйя кногьтут

!tV1 i:

ils правам рукопкси ЛСШШЯ ШШ TF0S1W3EÍ4

ОЦЕНКД НЛП'УШЙЮСГИ, НЕСУЩ! СПССОЕ'-рОТП

i- яиговгчихгн мш с учатоа tsx* ягегааюя ( m ЯРКЯРК ГРУЮШХ лзгоизвшя ГЛШ

Специальность ot. 02.05 - дикш-гжа прочность trjzxm,

пргйорзо и ctnnnp.'iryp';

Л в ? о р • й « р a ï десертrtmr,f па соипкайма ученой сто-пэип кандидата тохикчстсккх наук

Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском тракторном инстм/те СНАТИ) и Акционерном обществе "Горьковский автомобильный вавод" (АО ГАЗ)

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Цыбин Е С. , - кандидат технических наук, доцент Белокуров В.Н.

Ведущее предприятие - АО КАМАЗ

Яапи-та диссертации состоится нюня 1993 г. в Ю_ часов

на васедании специалиаированного совета К 132.01.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Государственном научно-исследовательском тракторном институте (НАТИ).

Адрес: 12Б040, Ыосква, ул. Верхняя, 34

О диссертацией можно огнакомиться в библиотеке НАТИ.

Отвыв в двух экаемлярах, ваверенных гербовой печатью, просим направлять по указанному выше адресу.

Автореферат разослан иая 1993 г.

Ученый секретарь,

Каучинй руководитель - доктор технических наук,

профессор Дмитриченко С. С.

кандидат технических

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность роботы. В связи со значительным ростом парка, грузоподъемности и скорости автомобилей возрастает значение их надежности и долговечности. В результата эксплуатационных обследований выявлены разрушения элементов кабин автомобилей и их крепления к рамам. Анализ причин разрушений показал, что для обеспечения требуемой долговечности кабин необхо.гщмо решение ряда сложных научно-методических вопросов, в связи с чем тема диссертации является актуальной.

Цель работа - разработка методов оценки погруженности и долговечности кабин грузовых автомобилей с учетом их крепления и связей в динамической системе "кабина - ее крепление - рама автомобиля" .

Объект исследования - кабины'автомобилей ГАЗ.

Методика исследований. Применены методы классической динами^ кн, теории вероятностей, статистического анализа эксплуатационной' нагруженности, теории случайных функций, методы конечных элементов (МКЭ), электротеязометрии, ускоренной оценки ресурса машин и вычислительного эксперимента.

Научная новизна. Разработан метод расчета кабин на прочность о учетом их крепления на основа МКЭ. Обоснована расчетная схема кабины как элемента динамической системы "кабина - ее крепление -рама автомобиля", позволяющая производить оценку нагруженности на стадии проектирования. Выявлены статистические закономерности эксплуатационной нагруженности кабин грузовых автомобилей. Разработана расчетная зависимость для оценки усталостной долговечности.

Практическая ценность. Определены нагрузки, действующие на кабину, и возникащие в ней напряжения, произведен расчет кабины на усталость. На обнове решенных научно-методических вопросов разработаны методика стендовых испытаний кабин и рекомендации, внедрение которых существенно увеличило долговечность кабин автомобилей ГАЗ и пробег до капитального ремонта более 250 тыс. юл.

Реализация результатов. Внедрены рекомендации по увеличению долговечности кабин, создано новое крепление кабины перспективного автомобиля ГАЗ-4301, прошедшего государственные испытания и внедряемого в производство.

Апробация работы. Роэультати исследования доложены нп конференции молодых специалистов ГАЗ, на научно-технической конференции по проблемам качества в Горьковског.т филиале В1ЕППШ], на совместном заседании секций НТС НПО НАТО условия труда и кабин, снижения материалоемкости и экономии материалов.

Публикации. Основное содеркание диссертации опубликовано в 8 печатных работах.

Структурп диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов С ЮС страниц текста, 18 рисунков и 13 таблиц) и приложений ( 42 страниц ).

' СОДЕРЖАШЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и цель исследования.

Первая глава Посвящена обзору рябот по прочности и долговечности металлоконструкций мобильных машин. Большой вклад в теорию статической прочности рам сделан В.3.Власовым, А.А.Уманокич, Б.Н.Горбуновым, А.И.Строльбицкой и др. Ряботи Н.Ф.Бочароля, А.А.Лэ пина, Д.Б.Гельфгата, В.А.Ошноковя, С.С.Лдатриченко, Л.Э,Платова, Н.И.Гриненко, Ф.Р.Геккорэ, Д.Н.Спищшой, М.Н.Закоя, В.Н.Белокурова позволят! создать метода расчета па пфочностъ ран автомобилей и тракторов, учитывающие осс гнности их конструкций и условий работы»

Методические основы расчета деталей машин на усталость при переменных нагрузках, разработанные С.В.Серенсеном, Д.Н.Решетовш, В.Б.Болотиншл, М.Э.Гарфом, В.П.Когаевым, В.С.Стреляевым, М.Н.Степновым, Б.П.Бойцовам, В.ВеЙбуллом, Е.Гпснером и др., наши широкое применение при оценке долговечности посудах систем машин. Вопроси оценки нагрузочных режимов узлов и агрегатов автомобилей изложени в работах Б.В.Гольда, Б.С.Фалькевпча. З.Е.Цимбалина, И.С.Лунева, Р.А.Акопяна, Ю.Г.Стефановича, В.П.Олейникова, В.И.Пескова, С.М.Кудрявцева, О. Ф.Трофимова и др. Для исследования нагруженностл деталей маютн широко применяют метода теории случайных функция и статистической динамики, разработашше применительно к мобильным машинам Я.М.Певзнером, Р.Б.Ротенбергом, А.А.Хлчатуровым, Н.Н.Яцеп-ко, В.А..Свотлицким, С.С.Длттричончо, А.С.Гусевым, И.Г.П-чрхилов-ским, И.М.Илиничем и др.

На основе обзора сформулировали задачи исследования: I) обосновать методику расчета параметров нагрукения кабин и»к аггментов

л

пространственных динамических систем "кабина - ее крепление - рама автомобиля"; 2) разработать метол расчета на прочность кабин грузовых автомобиле?! на основе ?.ТКЭ; 3) вывести расчетные зависимости для оценки долговечности кабин о учетом жесткости их крепления к раме, проворить применимость гипотезы линейного суммирования усталостных попрезццений дчя такой оценки и обосновать рекомендации по особенностям расчета; 4) оценить в статистическом ас-покге эксплуатационную нягруженность кабин и выявить ее закономерности; 5) разработать рекомендации по повышению долговечности кабил грузовых автомобилей ГАЗ (задача является самостоятельной и решатся параллельно с выполнением других требований к кабинам).

Во второй главе рассмотрены вопроси расчета колебаний и прочности кабин. При движении по- различишь дорогам рама автомобиля изгибается и закручивается. По данным Б.Л.Афанасьева и А.А.Хача-туропо в среднем на километр пробега автомобиля приходится около 1П0 циклов пакру^вшшя рамн, причем максимальные угли закручивания находятся в диапазоне от 2 до 7,5° в зависимости от типа до-' рог и жесткости рам. При взаимодействии кабины и ее крепления с рамой во время движения по дороге кручение рамн происходит, в оо-новном, за счот поворота еЬ элементов вокруг продольных осей, так как их изгибная жесткость значительно больше крутильной. По результатам исследований НАШ, МГГУ им .Баумана можно принять, что продольные оси элементов рамы при кручении остаются прямыми.

Для оценки напряяэппА в элементах кабины при кручении рамы применен МКЭ, имеющий ряд преимуществ: исключена необходимость в предварителтном анализе степени статической неопределимости конструкции и выборе основной статически определимой системы; коэффициенты системы канонических уравнений определяют автоматически на ЭШ; в рамках единого методического подхода можно варьировать степенью легализации напряженного состояния.. , С учетом разработок ПАИ! создана программа для расчета прочности кабин грузовых авто-, мобидой МКЭ. Каждый элемент пространственной системы представляет собо'1 тонкостенный стержень, находапцийся в сложном напряжением состоянии. Для расчета МКЭ приняты следующие основные положения и допущения: I) нагружение является квазистатическим, динамическое нагружение учтено введением в расчет перемещений в точках крепления кабинц и коэффициентов динамичности для масс кабины, водителя :г пассажира, равного 1,3 (по опыту ГАЯ); 2) влияние листовой об-

шивки кабины на жесткость стержней учтено дополнением сечений стержней листом толщиной, равной толщине обшивки, причем выход этих.листов за пределы сечений стержней не превышает размеров охватываемой стороны сечений стержней; 3) материал конструкции обладает идеальными упругими свойствами; 4) криволинейные участки и участки переменного сечения заменены набора« стержней; 5) точки приложения нагрузки, точки соединения различных стержней и точки крепления конструкции описаны как узлы. Каждый стержень и узел закодированы по материалу; координатам, сечеюно, условиям закрепления. Расчетная схома (рис. I) состоит из 32 узлов и 45 стержней. Рассмотрены шесть вариантов крепления кабины.

На кабину со стороны рамы действует момент:

¡у __УЬ_ 9

*

тде - угол закручивания рамы на дайне ; , С'д^ » • угловая жесткость соответственно передних и задних краплений кабины и самой кабины; - база кабины.

Входящие в эту формулу параметры определяются конструкцией машины, их принимают по технической документации, а также находят либо расчетом,, либо экспериментально (если имеется макетный или опытный образец машины). Угол закручивания рамы, принятый дня рассматриваемого метода расчета, определен экспериментально ( в принципе он таклее может быть получен МК8), на длине £гт он составил 2°,

О использованием формулы (I) представляется возможным методами вычислительного эксперимента по цзвостному углу определить усилия в опорах" кабины, подбирать их жесткость, обеспечивающую минимальные усилия, о следовательно, и минимальные напряжения в стеркняк кобшш,

Отличие постановки и решения задали расчета кабины грузового автомобиля МКЭ от расчета кабин тракторов этим на методом заключается в целях расчета, схомах нагрукошш, условиях закрепления кабин, оценке их несущей способности.

Расчетные и соответствующие экспериментальные величины максимальных напряжений в одном из наиболее нагруженных стерллей кабины приведены в табл. I. Эксперимент произведен при движении с максимально возможной скоростью по условию восприятия водителя

Рис. I. Расчетная схема кабины:

Р - масса кабкян с аккумулятором, Р - масса водителя я пассаяира

(45 км/ч) на разбитой булыжной дороге. Максимальные напряжения при эксперименте соответствуют величине 0* * , где В - средний уровень процесса нагружекия, $ - среднее квадратическое отклонение,, Расхождения расчетных и экспериментальных величин укладываются в диапазон 5...23%, что подтверждает приемлемость разработанного метода расчета.

Таблица I

Вари-¡Жесткость креп-¡Усилия в стержне креп-¡Максимальные напряже-онт ! ления, Н/см ?ления кабины № 41, Н .'ния в стержне Лз21,МПа

креп-!-!-!-■-

ления»переднее¡заднее! расчет !эксперимент!расчет! эксперимент

I сер 6500 8150 12500 16250 213 266

2 6500 2040 6770 8870 116 145

гз 4660 2С40 6000 7800 99 124

4 2040 2040 4250 5500 72 90

5х 2040 2040 2850 3570 46 58

бхх 1000 1000 1370 6250 24 137

. Примечания: х - в варианте 5 применено трэхточечноо краяло-яие: две точки спереди, одна сзади; ** - при испытаниях варианта 6 происходили "пробои"амортизаторов, в связи с чей расчетные величины меньше экспериментальных.

Усилия в точках крепления кабины можно также найти нз анализа колебаний автомобиля, используя методы классической динамики. Система представлена-состоящей из ряда сосредоточенных масс, соединенных бозииорцийриымп упругими и демпфирующими элементами (рис, 2). Приняты следующие основные допущения и пачежения: I) автомобиль имеет продольную плоскость симметрии; 2) скорость движения автомобиля на определенном режиме постоянна; 3) поперечные реакции дорога не влияют на колебания; 4) "рыскание" автомобиля отсутствует; 5) траектории движения мостов перпендикулярны плоскости рамы; 6) колебания мостов относительно их продолышх бсеК несущественно ышшс на колебания кабины; 7) кот акт колос с дорогой точечный, отрыв долее от дороги не учитывается.

М№еренццалыше уравнения колебаний рассматриваемой пространственной динамической системы выражены через кинетическую энергию и обобщенные силы с псыо'цьи уравнений Лаграша 2-Х'о рода.

Кпяегическая энергия колебаний автомобиля складывается аз кинетической энергии колебаний кабины, других подрессоренных частей и мостов. Колебания автомобиля с учетом принятых допущений .и рада преобразований (Лапласа и др'.) описаны следующей системой дифференциальных уравнений:

7 - Л?-** г _ 2С,^(е+г)12 7

•^ Р^рГ'р* Мр(¥у}Г«< Мр

7 -гЛ'-сг-бт + - М"^?*

а*+/>1 Мр* ъ(<х'№*)

I »

1 9* , > '' - ~ 'а?' Л> ) щ г £ ¡См• * С,д»)/и> „</ ь

i ^ о^/ /о - <? )

На рис. 2 и в уравнениях (2) приняты следующие обозначения: //* , Мр . , - масса кабины, подрессоренных частей !бэз кабины), переднего и заднего мостов;

, У - угол наклона в продельной и поперечной плоскостях слбинн (I) и рамы;

- угол закручивания рама в зоне переднего (п), заднего [з) крепления кабины;

^й/7 > £¿3 ~ угловая жесткость соответственно передней и »адней подвесок;

Срр - угловая жесткость рамы автомобиля; Ск, бш . Ср - жесткость крепления кабины,.шин и подвески автомобиля передней (I) или задней (2); Сд? - угловая жесткость кабины^

Хц » Яр » - вертикальные перемещения кабины, рамы и юстов в точках крепления передних (I), задних (2), левых (л), гравых (п);

1 вязкое трение подвески автомобиля передней (I)» .зад-гей (2);

^у» 1« ~ Бязк°б трение рамы (н) и кабины (к) при закру-гивании; —

профиль дорога под колесом передним (I), задним (2), гравнм (п) и левым '(л);

^ - угол закручивания кабины спереди (I), сзади (2); ¿Рр - угол закручивания рамы у передней (I), задней (2) под-

зесок;

Ут - угол поворота моста переднего (I), заднего (2);

, ¿3¿ч - угол закручивания подвески кабины передней

I задней;

- радиус инерции Ц.Т. кабины;

р ' ~ радиусы инерции подрессрренных частей и мостов;

^ » Чг - расстояния между передними и задними креплениями кабины;

1 «О* - расстояния моаду рессорами и колея колес;

О' <- расстояния до переднего и заднего мостов от Ц.Т, автомобиля;

8 - расстояния до переднего и заднего креплений кабины от ее Ц.Т.

С учетом принятых ограничений данная динамическая система имеет 9 степеней свобод».-

Систему уравнений (2) решали на ЭШ. При этом возмущающее воздействие вводили в виде случайного микропрофиля, корраляцион-ная функция которого аппроксимируется выражением:

1-1

представляющим собоЛ алгебраическую сумму экспоненциальных функций. Дано сродное относительное смещение фаз (неровностой) дороги по левой к правой колее 1,2 м (по данном ИДТИ и МП'У им.Баумана), Вычислитатьний эксперимент проведен для С вариантов меткости кропления кабины и 7 значений среднего квадратического отклонения случайного микропрофиля (тайл. 2).

Таблица 2

! Ускорения .центра тяжести кабины ш вариантов жест- • О см '! кости крепления, м/с2

I '! 2 ! 3 ! 4 Г 5 '! 6

I 1-45 . 10„82 0,60 0,45 0,26 . 0,12

2 ■2.,75 •1,50 0./97 0,67 0,33 0,19

3 з.до I .,28 0„82 0,39 0,27

4 4,50 ,2,-40 1,72 1,05 0,45 0,30

5 6,00 здо 1,90 1,20 0,50 0,31

6 8,65 4 ,'6 5 2,40 1,42 0,55 0,33

7 11,00 5,40 3,40 1,72 0,62 0,36

Усилия в точках крепления кабин определены через жесткость и перемещения упругих элементов опор. В табл. 3 для стержня К 41 приведены значения усилий, полученные в результате решения системы уравнений (2), в сопоставлении со знзчрниятст, определтте/т.гл

МКЭ и экспериментально при движении по разбитому бу./гажному тоссо о максимальной скорость« 45 км/ч.

Таблица 3

Метод определения ! Усилил в сторяне № 41, Н, для вариантов жесткости кпэлленил

. ! 1 « 2 1 3 ! 4

эксперимент МКЭ система уравнений ш 16250 12500 11800 0870 • 6770 6500 7800 6000 5700 5500 4250 3980

Анализ данных табл. 3 позволяет отметить, что расхождение расчетных и экспериментальных значений не превкшаэг 5,..'¿8%, что свидетельствует о приемлемости этого метода расчета и предложенной расчетной схемы.

При решении поставленных задач применен метод вычислительного эксперимента при многовариантных исходных данных. В результат расчетов установлено:

1. Разработанный метод расчета на основе МКЭ и обоснованной ■расчетной схемы обеспечивает приемлемую точнооть оценки силовых факторов в системе "кабина - ее крепление - рама автомобиля'' при кручении с учетом жесткости крепления.

2. Применение методов теории колебаний позволяет определить усилия в точках крепления кабины о приемлемой точностью, что позволяет рекомендовать предложенную раочетную схему динамической системы для решения прикладных задач.

3."Жесткость кропления кабины автомобиля оказывает существенное влияние на ускорения к усилия в опорах крепления. Так, по результатам решения динамической задачи максимальные усилия в опорах у варианта 4 в 3 раза, а максимальные ускорения в 3...6 раз меньше пналогвчшлс величии, чем у варианта I. Близкие результаты подучены для намряяиняя по данным расчета МКЭ„

4. Для погруженности кабин предпочтительными являются варианты крепления 5 и б. Однако при испытаниях варианта б отмечены "пробои" амортизаторов, в свяптт о чем он не рекомендован к внед-

фОКИЮ.

Третья глава посвящена оценке ¡эксплуатационной долговечности кнбин. .Анализ :>ксплуатяционяых процессов нагруаония кабин грузо-

вьпс автомобилей показал, что эти про: 19осы при движении с заданно;! средней скоростью по дорогам разного типа являются для каждого отдельного типа пороги случайными стационарными. Согласно ряду исследований близкие к экспериментальным результаты дает расчет на основе линейной гипотезы суммирования повреждений со схематизацией процессов по методу полных циклов и корректировкой нижнего предела суммирования повревдающих амплитуд. Поскольку установлено, что амплитуды полных циклов напряжений распределены по закону Вей-булла, б формулу для расчета долговечности введены параметры распределения Вейбулла и после некоторых преобразовании получено следующее выражение: . т

, _г До а**« Я г_

(4)

—/

где Отах - максимальные зарегистрированные амплитуды напряжений; N0 , - параметры степенного уравнения кривой усталости;

£ - длина участка тензометрирования; Л^ - количество циклов напряжений при движении на длине ^; £ и Я - параметры распределения Вейбулла > « ~ .

¥

В расчетах принято = 64 МПа, Ш = 4 (по данным КАТИ,

ГАЗ). Влияние недогрузок на суммирование повреждений учтено введением нижнего предела суммирования, равного 0,5 исходного предела выносливости» Отличие формулы (4) от предложенной А.П.Боровиком заключается в использовании факториалов параметров /П , К , вместо табулированных функций, что дает преимущества при расчете.

Расчет долговечности для сочетания дорог различных типов проведен по известной формуле:

Ь^Г дх • [ д~ ' (5)

где X* - средняя долговечность яри пробеге по опрелеленнощ типу дороги, подсчитанная по формуле (4), км; - доля пробега по данному типу дороги в общем пробеге.

Рассмотрена связь между напряжениями в элементах кабины и внешним воздействием на нее при различных режимах движения и разных вариантах крепления кабины. Установлено, что уравнения регрессии тлеют еид:

где г - усилия на опорах кабины; М - момент, действущий на кабину; [о- плечо моменте!; - коэффициент регрессии.

Анализ данных показал, что диапазон изменения коэффициента линейной регрессии для различных типов дорог и вариантов крепления кабин изменяется незначительно: 0,86... 0,88 при среднем значении 0,87'.

С учетом выражений (1) и (0) формула (4) получит следующий

вид:

В табл. 4 приведены результаты расчета по формулам (б) и (7) средней долговечности элементов кабин с вариантом крепления (1) в сопоставлении с экспериментальными данными. Там т даны результаты расчета с использованием экспоненциального закона для распределения амплитуд полных циклов, рекомендуемого рядом авторов. Данные табл. 4 свидетельствуют о приемлемости предложенной формулы для оценки средней долговечности, что позволяет такде оценить среднюю долговечность на стадии проектирования по априорном данным с использованием формулы (7), сократить объем экспериментов при совершенствовании конструкций.

Для большинства рассмотренных в тчбл. 4 примеров результаты расчетов по формулам (5) и (7) дают лучшую сходимость с результатами эксперимента (6. ..47%), чем по методике с использованием экспоненциального закона.

В четвертой тл^те приведены результаты экспериментальных исследований нагру»-нности кабин путем комплексного тенэометри-рования п эксплуатационных условиях с учетом опыта НАТИ НАМИ.

При стендовых испытаниях кабин применен инерционный стенд.

I'

(7)

Пзблица 4

!Средняя долговечность, # расчетного!тыс. км. при расчете примера ! по формулам:

(И датчика)!-

• !для экопонен-!

(циального за-! !кона распре- ! (деления амл- ! ! литуд !

Ютклонония, %, экспериментальных величин от Экопе-!расчетных, полученных рлмент! по формулам:

(5) !

!для экспонин-!циального за-!кона распределения амплитуд

(5)

I (I) 8,3 10,3 II 24 6

2 (52) 93,7 124,0 140 33 II

3 (9) 64,0 103,0 112 25 8

4 (2) 7,5 9,5 10 26 6

Б (51) 90,2 117,0 130 31 10

6 (57) 269,0 294,0 ' 200 35 47

7 (10) 79,0 . 100,0 109 28 ■ 8

состоящий из рамы автомобиля, вибратора, вариатора с управлением и приводом, На раму устанавливали кабины с различными вариантам!! крбпления. При статических испытаниях производили замор напряжений в кабине, усилий в креплении и закручиващего момента. При динамических испытаниях замеряли напряжения и оценивали долговеч-" нооть. Реши стендовых испытаний выбран на основе исследований эксплуатационного нагружения, которые показали, что наиболее тяжелым для кабин является ре хеш кососимметричных нагрузок. Крутящий момент на стенде ооздавали инерционным вибраторам направленного дейотвия так, чтобы максимальные напряжения на стенде при серийном креплении разнялись максимальным напряжениям в соответствующих точках при дородных испытаниях. Применен один из вариантов блочного программирования нагружения: крутящий момент изменяли по синусоидальному закону, частоту устанавливали за один блок (цикл) от I до 1С В.Г. Суаднеб значение коэффициента ускорения испытаний равно 16.

Испытано 25 вариантов крепления (в том числе 4 трехточечных) с различной жесткость» и схемами крепления. Показано, что увеличение жесткости крепления повышает напряжения, а уменьшение жесткости - их снижает. При жесткости нике 5 кН/см возникают "пробои", увеличивающие напряжения. Три варианта испытаны на усталость: серийный , чотырехточечннй и трехточечный с приведенной жесткостью

крепления 5 кН/см. Ресурс кабин с четнрехточечным креплением и жесткостью крепления 5 кН/см в 21 раз, а с трехточечным - в 32 раза выше, чем у кабин о серийным креплением. Трехточечное крепление рекомендовано для внедрения на кабинах перспективных грузовых автомобилей.

Определение средней величины коэффициента перехода от средней наработки на стенде к средней наработке в эксплуатации до достижения одинаковых видов разрушений (110 ц/км) позволило прогнозировать ресурс и сократить объем пробеговых испытаний, особенно при доводке различных вариантов кабин и их креплений.

Дорожные ресурсные испытания проводили в три этапа. 11а первом этапи выполнено три цикла полигонных испытаний. Каждый цикл включал пробег по дорогам: гладкой мощеной - 1000 км 143,5$), мощеной со спецпрофилем - 1000 км' (43,5$) и "клиновые холмы" -200 юл (13$). Такое сочетание дорог позволило формировать в узлах автомобилей основные вида эксплуатационных нагрузок. На втором этапе проведен пробег на 25000 км, из них 10000 гол (40$) по профилированному булыжнику, 7000 ил (28%) по грунтовой дороге и 8000 ил (32/0 по скоростной дороге. На третьем заключительном Ьгапе выполнили пробег на 250000 км, из гаи 156000 юл (62%) по асфалъго-^етонннм дорогам, 31300 км (13%) по грунте йл и пэоча-цшл, 15700 ш (6%) по горным, 31300 км (13$) по булыжным и 15700 км (6%) по городским дорогам. Испытывали кябини с разной жесткость» крепления.

По результатам тензометрических экспериментов сделан вывод, что распределения амплитуд полных циклов напряжений удовлетворительно аппроксимируются двухпарамогричаским распределением Взй-булла с коэффициенте:- вариации 0,5...О,9. Процессы нагруаения являются случайным! стационарным! широкополосными эргодячныиш о ко-Н№щивнтамл нерегулярности 0,3...О,9. Наибольшие ускорения я на-црлколпя отмечены у серийного вариант крепления, по мере сштев-пия ого жесткости уровень ускорений и напряжений пздаот. О увеличением скорости движения автомобиля ускорения кабины и иапряж чия и ней возрастает. При трохточочнш креплен«;? напряязпяя ниже, чом ЕфЯ чотирЭХТО 4GVIIел при ан-логичной жяоткостк.

При pocypcicrx дорожных испытаниях мяисш с сариШшм кроплением трасдани п кабинах и элементах ее крепления выявлены ¡-осле первого цикла первого этапа испытаний и поеме пробега 10000 гал второго этапа. Автомобили с опытными креплениями кабины прошли yerre-

шно все три этапа дорояных испытаний. Долговечность кабины типа ГАЗ увеличена в 21 раз за счет снижения жесткости крепления, а переход о четырехточечной схемы крепления на трехточечную позволил - увеличить долговечность еще в 1,5 раза.

Проведенные комплексные теоретические и экспериментальные исследования системы "кабина- ее крепление - рама автомобиля" позволили достаточно-полно учесть факторы, действующие на кабину в эксплуатации, определить нагрузки на кабину, произвести ее расчет на статическую прочность и долговечность, разработать рекомендации по повышению долговечности, а также рекомендовать к внедрению кабину перспективного автомобиля ГАЗ-4301.

ВЫВОДИ И РЕКСМЕВДАЩ

1. На основании расчетов и экспериментов установлено, что уровень напряжений в ряде элементов кабины при серийном варианте крепления близок к пределу текучести материала, а коэффициенты их вапаоа прочности меньше I. Этот фактор в сочетании с переменным характером нагрузок объясняет усталостные разрушения кабины.

2. Для расчета на усталость аналогичных кабин автомобилей, имеющих раму лестничного типа, рекомендуется использовать следующие отатистические закономерности: процессы нагружения кабин является случайными широкополосными с коэффициентом нерегулярности 0,3...0,9^ нормальными, обладающими свойствам! эргодичности; амплитуды напряжений, схематизированные по методу полных циклов, распределены по закону Вейбулла с коэффициентом вариации в диапазоне 0,5...0,9.

3. Для решения прикладных задач расчета нагруаенности кабин -грузовых автомобилей рекомендуется попользовать разработанную расчетную схему пространственной многомассовой динамической системы. Расхождения подученных расчетных усилий с экспериментальными но превышают 28#.

4. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что жэоткооть крапления кабины существенно влияет на ее долговечность» Так, в основном за счет снижения жесткости крепления долговечность кабин увеличена в 21 раз.

- 5. Рекомендуется использовать разработанный метод расчета кабин на прочность на основе метода конечных элементов, учитывающий особенности конечно-элементной модели, расчетной схемы, жесткость кабины и ее крепления. Метод расчета позволил определить силовые

факторы в системе "кайма - ее крепление - рама автомобиля", прячем расховдеиия между расчетными и экспериментальными величина?,^ не превышают 23£.

6. Установлено, что кодду напряжениями в влементах кабин и усилиями в ее опорах существует линейная рэгреоононная овязь. Коэффициент регреосии для различных ретамов движения изменяетоя незначительно, а доверительные интервалы являются достаточно узкими.

7. Обоснована формула для расчета долговечности металлокон- , струкций машин при линейном суммировании повреадоний, нопользова-ннн распределения Вейбулла для амплитуд полных циклов я скорректированного нижнего предэла суммирования. Средняя долговечность олементор кабин, определенная по этой формуле, "близка к окопорл-ментальной (расхождения б. .Л7%) Применение указанной формулы з установленных закономерностей нагруженил кабин позволяет определять долговечность на огадии проектирования (о учетом жэоткоота кабины и элементов ее кропления), сократить объем экспериментов.

8. Вид и характер разрушений элементов кабин при рвоурешх стендовых, полигонных и дорожных испытаниях оовпал о видси п характером разрушений, выявдешет в рддоБоЯ эксплуатации, что свидетельствует о правильности основных методических полояеиий испытаний. Ускоренные стендовые испытания кабин о различными варианта:,я крепления при обоснованном раже нагружотш (блочное программирования) позволили оценить долговечность кабин и сократить объем пробеговых испытаний.

9. Крзлленио кабняы, разработанное на основе роксмэндаций данного исследовашш, внедрено в еврийноэ производство ПО ГАЗ, Трохточвчноо кропление кебшш, рекомендованное дот перспоктпсных звтемобилэй, Енедрязтоя на автомобилях ГАЗ-4301, ГАЗ-ЗЭ07, ГАЗ-4509, которые прошш гооудвротвегаше испытания.

Основное содэркапяо дкоеэргацин опубликовано в еждута^х роботах:

1. Лозовский Н.Т,, Мояпшокпй В.С. Выбор конструкции крапления кабины грузового автомобиля. - Лвге-мобилышя промышленное?^, 15 7, 1971.

2. Лозовский Н.Т. Кретегам кабшш иди кузова к раме автомобиля. - Конструкция аэтемобйдвй, й 3, И., КШНпвтопрои, 1972.

3. Лозовский Н.Т. Исследования объективности способов крапления объектов на транспортных средствах на основе испытаний.

18.

В об. "Испытания и контроль качества машин и приборов". Горький, ШИИШЛШ, 1972.

4. Лозовский Н.Т., ГУрьев Н.М. Узел крепления. Авторское свидетельство Я 278308, 1970.

б. .¡Гозовский Н.Т. К вопросу повышения качества крепления объекта на транопортннх орвдотвах. - Конструкция автомобилей, № 9, Ы., НИИНавтопром, 1972.

6. Лозовский Н.Т. Моделирование взаимодействия несущей сиоте-мы автомобиля о его кузовом в условиях эксплуатации. - Конструкция автомобилей, - 12, М., НИИНавтопром, 1972.

7. Аштриченко С.С., Лозовский Н.Т. Оденка циклической долговечности элементов автомобильных кабин. - Проблемы прочности,

* I, 1984.

8. Дгатриченко С.С., Лозовокий Н.Т. Расчет на прочность кабин мобильных машин. - Тракторы и сельхозмашины, М 3, 1990.