Voronezh, Voronezh, Russian Federation
UDK 629 Техника средств транспорта
Based on the analysis of scientific works of foreign authors, the main factors influencing the efficiency of the operation of timber tractors with semi-trailers have been identified. A promising design of a fifth wheel coupling with a spring shock absorber for timber tractors with semi-trailers that haul timber in difficult road conditions is proposed. A mathematical model of the movement along a logging road of a logging tractor with a semi-trailer equipped with a fifth wheel coupling with a spring shock absorber has been developed. Based on the developed computer program, a preliminary assessment of the performance indicators of the proposed design of the coupling device was carried out. It has been established that the spring shock absorber of the fifth wheel coupling provides, during braking and acceleration, a decrease in the amplitude of acceleration oscillations between a timber tractor and a semi-trailer with timber in the range from 0.95 to 0.6 m/s2. It was found that in order to reduce unfavorable vibrations of a semi-trailer with timber relative to a timber tractor, it is advisable to use dry friction in a spring shock absorber.
SPRING SHOCK ABSORBER, TIMBER TRACTOR, TRAFFIC, FITCH, SEMI-TRAILER, ACCELERATION, LE-SOMATERIALS, DECELERATION, TIMBER ROAD.
|
DOI:
|
|
|
УДК 629.3.-17
|
|
|
05.22.10 – эксплуатация автомобильного транспорта
|
|
|
ДВИЖЕНИЯ ЛЕСОВОЗНОГО АВТОПОЕЗДА, ОБОРУДОВАННОГО СЕДЕЛЬНО-СЦЕПНЫМ УСТРОЙСТВОМ С ПРУЖИННЫМ АМОРТИЗАТОРОМ
|
RESULTS OF THE STUDY OF THE MOVEMENT OF A TIMBER ROAD TRAIN EQUIPPED WITH A FITCH WITH A SPRING SHOCK ABSORBER
|
|
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры производства, ремонта и эксплуатации машин ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, РФ e-mail: 8888nike8888@mail.ru
|
candidate of technical sciences, associate professor, associate professor of production, repair and operation of cars Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov", Voronezh, RF e-mail: 8888nike8888@mail.ru
|
|
Посметьев Валерий Иванович доктор технических наук, профессор, профессор кафедры машиностроительных технологий ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, РФ
|
Posmetev Valerii Ivanovich doctor of technical sciences, professor, professor of the department of engineering technologies Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov", Voronezh, RF
|
|
Посметьев Виктор Валерьевич кандидат физико-математических наук, доцент кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, РФ
|
Posmetev Viktor Valerevich candidate of physical and mathematical sciences, associate professor of the department of forestry mechanization and machine design Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov", Voronezh, RF
|
|
Аннотация. Выявлены на основе анализа научных работ зарубежных авторов основные факторы, оказывающие влияние на эффективность работы лесовозных тягачей с полуприцепами. Предложена перспективная конструкция седельно-сцепного устройства с пружинным амортизатором для лесовозных тягачей с полуприцепами, осуществляющими вывозку лесоматериалов в сложных дорожных условиях. Разработана математическая модель движения по лесовозной дороге лесовозного тягача с полуприцепом, оснащенного седельно-сцепным устройством с пружинным амортизатором. Выполнена на основе разработанной программы для ЭВМ предварительная оценка показателей эффективности функционирования предложенной конструкции сцепного устройства. Установлено, что пружинный амортизатор седельно-сцепного устройства обеспечивает при торможении и разгоне снижение амплитуды колебаний ускорения между лесовозным тягачом и полуприцепом с лесоматериалами в диапазон от 0,95 до 0,6 м/с2. Выявлено, что для уменьшения неблагоприятных колебаний полуприцепа с лесоматериалами относительно лесовозного тягача целесообразно использовать сухое трение в пружинном амортизаторе.
|
Annotation. Based on the analysis of scientific works of foreign authors, the main factors influencing the efficiency of the operation of timber tractors with semi-trailers have been identified. A promising design of a fifth wheel coupling with a spring shock absorber for timber tractors with semi-trailers that haul timber in difficult road conditions is proposed. A mathematical model of the movement along a logging road of a logging tractor with a semi-trailer equipped with a fifth wheel coupling with a spring shock absorber has been developed. Based on the developed computer program, a preliminary assessment of the performance indicators of the proposed design of the coupling device was carried out. It has been established that the spring shock absorber of the fifth wheel coupling provides, during braking and acceleration, a decrease in the amplitude of acceleration oscillations between a timber tractor and a semi-trailer with timber in the range from 0.95 to 0.6 m/s2. It was found that in order to reduce unfavorable vibrations of a semi-trailer with timber relative to a timber tractor, it is advisable to use dry friction in a spring shock absorber. |
|
Ключевые слова: ПРУЖИННЫЙ АМОРТИЗАТОР, ЛЕСОВОЗНЫЙ ТЯГАЧ, ДВИЖЕНИЕ, СЕДЕЛЬНО-СЦЕПНОЕ УСТРОЙСТВО, ПОЛУПРИЦЕП, УСКОРЕНИЕ, ЛЕСОМАТЕРИАЛЫ, ЗАМЕДЛЕНИЕ, ЛЕСОВОЗНАЯ ДОРОГА.
|
Keywords: SPRING SHOCK ABSORBER, TIMBER TRACTOR, TRAFFIC, FITCH, SEMI-TRAILER, ACCELERATION, LE-SOMATERIALS, DECELERATION, TIMBER ROAD.
|
|
1Автор для ведения переписки |
|
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
За последние десятилетия тягачи с полуприцепами заняли лидирующее положение в транспортной отрасли РФ. Это связано с их преимуществами, которые заключаются в большой грузоподъемности, высокой эффективности перевозочного процесса, а также низкой стоимости и значительной экономии топлива. Самозагружающиеся лесовозные тягачи с полуприцепами составляют основу цепочек поставки лесоматериалов в России. В однозвенных цепочках поставок самозагружающиеся автопоезда охватывают все объемы транспортирования заготавливаемой и отгружаемой древесины от лесозаготовок до лесозаготовительных предприятий и потребителей [1, 2].
Эффективность функционирования тягачей с полуприцепами зависит от большого количества факторов, исследование влияния которых отражено в научных статьях, как российских, так и зарубежных ученых [3-15].
В работе Andrew Tarko и др. [3] приведена методология исследования оценки склонности тягача с полуприцепом к авариям и опрокидыванию на дорогах с крутыми поворотами в дневное и ночное время в зависимости от скорости движения автопоезда, положения его центра тяжести, состояния подвески, ширины и характеристик шин, продольного и поперечного распределения веса груза, а также ограничения видимости и усталости водителей. На основании разработки усовершенствованной 3D модели опрокидывания автопоезда, а также сбора данных, путем обработки видеоматериалов, полученных удаленно, было выявлено, что склонность к опрокидыванию автопоезда в ночное время ниже, чем в дневное время. Это связано с более спокойным, последовательным поведением водителей, с более осторожным управлением автопоезда при приближении к крутым поворотам и их безопасному прохождению.
R. Veldhuizen и др. [4] в научной статье исследовали влияние аэродинамических качеств нескольких тягачей с полуприцепами, движущихся друг за другом на дистанциях 10, 20, 30, 40, 50 и 70 м на изменение их расхода топлива. Было выявлено, что у впереди движущегося автопоезда расход топлива не изменился, у движущегося следом автопоезда расход топлива сократился на 9 2,8 % при дистанции следования 50 м, на 10,6
3,1 % при дистанции следования 10 м, и при дистанции следования 70 м на 8,3 % соответственно.
Научная работа Guang Xia и др. [5] посвящена исследованию проблемы управления тягачом с полуприцепом при движении задним ходом по прямой, сопровождающимся возможным раскачиванием полуприцепа, ухудшением устойчивости и складыванием автопоезда. Рассмотрена стратегия линейного реверсивного управления автопоездом, основанная на достижении стабильных и допустимых значений угла сцепки тягача с полуприцепом при контроле угла поворота рулевого колеса. Определенные на основе имитационного моделирования допустимые углы сцепки тягача и полуприцепа позволяют повысить безопасность движения автопоезда задним ходом, исключая возникновение аварийных ситуаций, в частности складывания автопоезда.
Anil K. Madhusudhanan и др. [6] исследовали в своей работе влияние аэродинамических характеристик и массы полуприцепов на расход топлива автопоезда. Оценка результатов, выполненная на основе моделирования и эксплуатационных испытаний показала, что аэродинамические характеристики исследуемых полуприцепов снижают коэффициент сопротивления воздуха на 7,2 %, использование более легких полуприцепов, оснащенных широкими одинарными шинами позволяет снизить коэффициент сопротивления качению на 10 %. Кроме этого, результаты компьютерного моделирования показали, что полуприцеп, имеющий меньшую массу, лучшие аэродинамические характеристики способствует сокращению расхода топлива автопоездом на 20,2 % в условиях движения на большие расстояния с высокой средней скоростью.
Harun Chowdhury и др. [7] исследовали влияние аэродинамических характеристик тягача с полуприцепом на расход топлива. Результаты исследования в аэродинамической трубе, проведенные с моделью автопоезда, изготовленного в масштабе 1 / 10, показали, что установка на автопоезд внешних дополнительных приспособлений (переднего и бокового обтекателя, оборудования, закрывающего зазоры и пространство внутри тягача и полуприцепа) способствует при воздействии бокового ветра уменьшению на 26 % аэродинамического сопротивления в сравнении с базовым автопоездом, и, следовательно значительной экономии топлива.
Sunday Bako и др. [8] выполнили с целью повышения безопасности дорожного движения исследование статических и динамических характеристик тягачей с полуприцепами, движущихся в различных режимах по дорогам с частыми поворотами, крутыми подъемами и спусками. Установлено, что чем больше масса автопоезда, тем дальше располагается от седельно-сцепного устройства его центр тяжести, что оказывает влияние на запас прочности против опрокидывания тягача с полуприцепом. Определено, что увеличение высоты расположения центра тяжести снижает устойчивость к опрокидыванию тягача с полуприцепом. Выявлено также, что на устойчивость автопоезда оказывает влияние расстояние между тягачом и центром тяжести полуприцепа, а также взаимное расположение сцепного устройства относительно центра тяжести автопоезда.
Erik Dahlberg и др. [9] в своей работе исследовали показатели динамической устойчивости автопоезда в зависимости от конструктивного размещения седельно-сцепного устройства относительно продольной оси автопоезда. Выявлено, что смещение седельно-сцепного устройства ближе к задней оси тягача сопровождается потерей устойчивости автопоезда, а также возможному опрокидыванию из-за его чрезмерной поворачиваемости. Установлено, что ходовые качества тягача с полуприцепом ухудшаются по мере размещения седельно-сцепного устройства ближе к передней оси тягача.
1. Posmetev V. I., Nikonov V. O., Avdyuhin A. V. Ocenka aktualnosti ispolzovaniya v konstrukcii lesovoznogo tyagacha s polupricepom rekuperativnogo pnevmogidravlicheskogo sedelno_scepnogo ustroistva [Assessment of the relevance of using a recuperative pneumohydraulic fifth wheel coupling in the design of a timber tractor with a semi-trailer]. Voronezh Scientific and Technical Bulletin. - 2021. - V. 3, № 3 (37). - S. 76-94. Access mode : http://vestnikvglta.ru/arhiv/2021/3-3-37-2021/76-94.pdf - Head. from the screen : doi :https://doi.org/10.34220/2311-8873-2022-76-94. (In Russ.).
2. 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.).
3. Andrew Tarko, Thomas Hall, Mario Romero, Cristhian Guillermo Lizarazo Jimenez Evaluating the rollover propensity of trucks - A roundabout example. Accident Analysis and Prevention 91 (2016) 127-134: doi :https://doi.org/10.1016/j.aap.2016.02.032.
4. R. Veldhuizen, G. M. R. Van Raemdonck, J. P. Van der Krueke Fuel economy improvement by means of two European tractor semi-trailer combinations in a platooning formation. Journal of Wind Engineering Industrial Aerodynamics 188 (2019) 217-234: doi :https://doi.org/10.1016/j.jweia.2019.03.002.
5. Guang Xia, Mingzhuo Zhao, Xiwen Tang, Shaojie Wang, Linfeng Zhao Linear reversing control of semi-trailer trains based on hitch angle stable and feasible domain. Control Engineering Practice 104 (2020) 104625: doi : 10.106/j.conengprac.2020.104625.
6. Anil K. madhusudhanan, Daniel Ainalis, Xiaoxiang Na, Isabel Vallina Garcia, Michael Sutaliffe, David Cebon Effects of semi-trailer modifications on HGV fuel consumption. Transportation Research Part D 92 (2021) 102717 : doi : 10.106/j.trd.2021.102717.
7. Harun Chowdhury, Hazim Moria, Abdulkadir Ali, Iftekhar Khan, Firoz Alam, Simon Watkins A study on aerodynamic drag of a semi-trailer truck. Procedia Engineering 56 (2013) 201-205 : doi :https://doi.org/10.1016/j.proeng.2013.03.108.
8. Sunday Bako, Bori Ige, Abdulkarim Nasir, Nicholas A. Musa Stability Analysis of a Semi-Trailer Articulated Vehicle : A Review. International Journal of automotive science and technology, 2021, Vol. 5, № 2, pp. 131-140.
9. Erik Dahlberg, Johan P. Wideberg Influence of the fifth-wheel location on heavy articulated vehicle handling. Proceedings 8-th International Symposium on Heavy Vehicle Weights and Dimensions.
10. Dong Viet Ha, Vu Van Tan, Vu Thanh Niem, Olivier Sename Evalution of Dynamic Load Reduction for a Tractor Semi-Trailer Using the Air Suspension system at all Axles of the Semi-Trailer. Actuators 2022, 11, 12 : doi :https://doi.org/10.3390/act11010012.
11. Guoxing Bai, Chen Liang, Yu Meng, Li Liu, Weidong Luo, Qing Gu Obstacle Avoidance of Semi-Trailers Based on Nonlinear Model Predictive Control. World Electric Vehicke Journal 2019, 10, 72 : doi :https://doi.org/10.3390/wevj10040072.
12. Qianwen Zhang, Chuqi Su, Yi Zhou, Chengcai Zhang, Jiuyang Ding, Yiping Wang Numerical Investigation on Handling Stability of a Heavy Tractor Semi-Trailer under Crosswind. Appl. Sci. 2020, 10, 3572 - 18 p. : doi https://doi.org/10.3390/app10113672.
13. Christoph Kogler, Alexander Stenitzep, Peter Rauch Simulating Combined Self-Loading Truck and Semitrailer Truck Transport in the Wood Supply Chain. Forests 2020, 11, 1245: doi :https://doi.org/10.3390/f11121245.
14. Pawel Kozakiewicz, Lukasz Tymendort, Gizegorz Trzcinski Importance of the Moisture Content of Large-Sized Scots Pine (Pinus Sylvestris L.) Roundwood in Its Road Transport. Forests, 2021, 12, 879 : doi :https://doi.org/10.3390/f12070879.
15. J. B. Marcomini, C. A. R. P. Baptista, J. P. Pascon, R. L. Teixeira, P. C. Medina Failure Analysis of a Hot Forget SAE 4140 Steel Kingpin. International Journal of Engineering Research Science, 2, 6, 2016. - 8 p.
16. V O Nikonov, V I Posmetev and V V Posmetev The results of simulation modeling of the operation of the regenerative fifth wheel hitch of a timber trailer // IOP Conference Series: Ma-terials Science and Engineering 656 (2019) 012039, - Pp. 1-8 : doi :https://doi.org/10.1088/1757-899X/656/1/012039.
17. Posmetev V. I., Nikonov V. O., Posmetev V. V. Perspektivnaya konstrukciya rekuperativnogo sedelno-scepnogo ustroistva lesovoznogo tyagacha s polupricepom [Perspective design of a recuperative fifth wheel coupling of a timber tractor with a semi-trailer]. Forestry journal. - 2019. - № 3 - P. 180-192 : doi :https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2019.3/17. (In Russ.).
18. Posmetev V. I., Nikonov V. O., Posmetev V. V., Avdyuhin A. V. Imitacionnoe modelirovanie rekuperativnogo prujinno-gidravlicheskogo sedelno-scepnogo ustroistva lesovoznogo tyagacha s polupricepom [Simulation modeling of a regenerative spring-hydraulic fifth wheel coupling of a timber tractor with a semi-trailer]. Forestry journal. - 2020. - T. 10. - №. 4 (40). - pp. 227-242 : doi :https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2020.4/19. (In Russ.).
19. Posmetev V. I., Nikonov V. O., Posmetev V. V., Zelikov V. A. Modelirovanie raboti rekuperativnogo prujinno-gidravlicheskogo sedelno-scepnogo ustroistva, razmeschennogo v polupricepa lesovoznogo avtopoezda [Simulation of the operation of a recuperative spring-hydraulic fifth wheel coupling placed in a semi-trailer of a logging road train]. Forestry journal. - 2021. - T. 11. - №. 2 (42). - pp. 133-148 : doi :https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2021.2/13. (In Russ.).
20. Posmetev V. I., Drapalyuk M. V., Nikonov V. O., Posmetev V. V. Rezultati imitacionnogo modelirovaniya processa podachi i raspredeleniya smazochnogo materiala v sedelno-scepnom ustroistve lesovoznogo tyagacha s polupricepom [The results of simulation modeling of the process of supplying and distributing lubricant in the fifth wheel coupling device of a timber tractor with a semi-trailer]. Forestry journal. - 2021. - T. 11. - №. 1 (41). - pp. 132-146 : doi :https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2021.1/12. (In Russ.).
21. Patent for invention № 2749393 RF, IPC B62D 53/08. Fifth-wheel coupling device with spring shock absorber / V. I. Posmetev, V. O. Nikonov, A. V. Avdyukhin, V. V. Posmetev ; applicant FGBOU VGLTU named after G. F. Morozov. - №. 2020138384 ; application. 23.11.2020 ; publ. 09.06.2021. (In Russ.).
22. Patent for invention № 2753032 RF, IPC B62D 53/08. Fifth-wheel coupling device with spring shock absorber / V. I. Posmetev, M. V. Drapalyuk, V. O. Nikonov, V. V. Posmetev ; applicant FGBOU VGLTU named after G. F. Morozov. - №. 2021100207 ; application. 11.01.2021 ; publ. 11.08.2021. (In Russ.).
23. State Registration Certificate for a Computer Program. Program for simulation of regenerative fifth-wheel coupling of a timber hauler / V. I. Posmetev, V. O. Nikonov, V. V. Posmetev ; copyright holder Voronezh State Forestry Engineering University. G. F. Morozov. - №. 2020612508 ; application. 17.02.2020 ; registered in the Register of Computer Programs on 25.02.2020. (In Russ.).
24. State Registration Certificate for a Computer Program. Program for simulation of acceleration and deceleration of timber road train equipped with a fifth wheel with spring shock absorber / V. I. Posmetev, V. O. Nikonov, V. V. Posmetev ; copyright holder Voronezh State Forestry Engineering University. G. F. Morozov. - №. 2021666024 ; application. 06.10.2021 ; registered in Computer Software Register on 06.10.2021. (In Russ.).
25. Granovskii V. A., Siraya T. N. Metodi obrabotki eksperimentalnih dannih pri izmereniyah [Methods for processing experimental data in measurements]. L. : Energoatomizdat. Leningr. Otd-tion, 1990. - 288 p. (In Russ.).
26. Gorskii V. G., Adler Yu. P., Talalai A. M. Planirovanie promishlennih eksperimentov (modeli dinamiki) [Planning of industrial experiments (dynamics models)]. M. : Metallurgy, 1978. - 112 p. (In Russ.).
27. Adler Yu. P., Markova E. V., Granovskii Yu. V. Planirovanie eksperimenta pri poiske optimalnih reshenii [Planning an experiment when searching for optimal solutions]. M. : Science, 1976. - 279 p. (In Russ.).
28. Melnikov S. V., Aleshkin V. R., Roschin P. M. Planirovanie eksperimenta v issledovani-yah selskohozyaistvennih processov [Planning an experiment in research on agricultural processes]. L. : Kolos, 1980. - 168 p. (In Russ.).
29. Grebennikova I. V. Metodi matematicheskoi obrabotki eksperimentalnih dannih [Meth-ods for mathematical processing of experimental data]. Teaching aid - Yekaterinburg : Ural Pub-lishing House. University, 2015. - 124 p. (In Russ.).
30. Bochkarev S. V., Vasileva T. V., Galinovskii A. L., Dadenkov D. A., Kolpakov V. I., Kostigov A. M. Plani-rovanie i obrabotka rezultatov eksperimenta [Planning and processing of ex-periment results]. Textbook - Stary Oskol : TNT, 2020. - 508 p. (In Russ.).
