3 - 2017

Расчет на прочность легкового прицепа общего назначения при загрузке прицепа сыпучим грузом с использованием компьютерных программных средств проектирования SolidWorks/Simulation

Евгений Кузин, генеральный директор ООО «Торговый дом «СаранскСпецТехника» Эдуард Митин, доцент кафедры технологии машиностроения, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет Сергей Сульдин, доцент кафедры технологии машиностроения, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет Алина Митина, студентка, Мордовский государственный педагогический институт им. М.Е. Евсевьева

Легковые прицепы уже достаточно давно и прочно вошли в нашу повседневную жизнь. За все время их существования спроектировано и изготовлено огромное количество их разновидностей, легковые прицепы предназначены для перевозки различного типа грузов. В зависимости от вида перевозимого груза, легковые прицепы в настоящее время имеют различные варианты компоновки и особенности в конструкции. В частности, компания ООО «Торговый дом «СаранскСпецТехника», производственные площади которой расположены в г.Саранске, условно сгруппировала их на три основных вида: прицепы общего назначения, коммерческие прицепы и специальные прицепы (прицепы для водной техники).

Легковые прицепы общего назначения, производимые компанией ООО «Торговый дом «СаранскСпецТехника», имеют стандартную грузовую платформу, откидные борта и комплектуются тентами.

Механические характеристики материала конструкции

Наименование

Величина для марки материала

Единица измерения

Модуль упругости

2,0·1011

МПа

Коэффициент Пуассона

0,29

­

Плотность

7870

кг/м3

Предел текучести

204

МПа

К прицепам специального назначения относятся легковые прицепы, которые используются для перевозки грузов, имеющих нестандартную конструкцию или требующих особых условий транспортировки, в частности производимые компанией прицепы для водной техники.

К коммерческим прицепам относятся легковые двухосные прицепы, которые используются для перевозки крупногабаритных грузов, не требующих особых условий транспортировки. Нередко конструкция данных видов прицепов предусматривает самосвальную систему, что существенно упрощает погрузку и разгрузку прицепа.

Прицепы общего назначения используют для перевозки различных видов груза, которые не требуют особых условий при транспортировке. К таким грузам относятся разные строительные материалы, мебель, бытовая техника, инструменты, малогабаритная техника и многое другое, что помещается в прицепе по габаритам и по весу не превышает его допустимую грузоподъемность. При производстве прицепа общего назначения используются оптимизированные конструкции режущего инструмента, описанные в источниках [1, 2, 3, 4, 5].

В данной статье будет рассмотрен расчет на прочность конечно­элементных моделей прицепа общего назначения при загрузке прицепа сыпучим грузом с применением компьютерных программных средств проектирования SolidWorks/Simulation. Расчет производится для наиболее неблагоприятных с точки зрения прочности режимов с загрузкой по схемам, изображенным на рис. 1.

Рис. 1. Схема загрузки прицепа сыпучим грузом

Рис. 1. Схема загрузки прицепа сыпучим грузом

При изготовлении прицепа общего назначения основные элементы конструкции выполнены из стали оцинкованной. Механические характеристики этого материала приведены в таблице.

Общий вид расчетной геометрической модели прицепа общего назначения показан на рис. 2.

Рис. 2. Геометрическая модель прицепа

Рис. 2. Геометрическая модель прицепа

Расчет был выполнен с использованием специализированного программного вычислительного комплекса, реализующего метод конечных элементов (МКЭ).

Подготовка данных о топологии конечно­элементной расчетной схемы, вычисление напряжений в элементах, распределение нагрузок в конструкции, а также рисование расчетных схем производились с применением специального прикладного программного комплекса.

Для описания подкрепляющих и несущих элементов конструкции прицепа были использованы пространственные пластинчатые восьмиузловые и объемные десятиузловые конечные элементы.

В качестве глобальной системы координат при составлении расчетной схемы была выбрана правая Декартова система с центром на продольной оси прицепа в плоскости среднего сечения рамы. Ось X системы координат направлена вдоль продольной оси прицепа, ось Z — вертикально вниз.

Общий вид расчетной модели с сеткой конечных элементов приведен на рис. 3.

Рис. 3. Общий вид расчетной модели с сеткой конечных элементов

Рис. 3. Общий вид расчетной модели с сеткой конечных элементов

При расчете были приняты следующие допущения:

  • материал конструкции работает в упругой стадии деформирования;
  • материал конструкции обладает постоянными жесткостными характеристиками — модулем упругости, равным 2,0Ѕ1011 МПа, и коэффициентом Пуассона, равным 0,29.

Схемы нагружения модели для данного варианта нагружения отображены на рис. 4.

Рис. 4. Схема нагрузок для варианта нагружения

Рис. 4. Схема нагрузок для варианта нагружения

Результаты расчета представлены в виде эквивалентных напряжений по Мизесу.

Схемы нагружения модели для данного варианта нагружения отображены на рис. 5.

Рис. 5. Схема нагрузок для варианта нагружения. Экстренное торможение (сыпучий груз)

Рис. 5. Схема нагрузок для варианта нагружения. Экстренное торможение (сыпучий груз)

В результате расчета получены распределения напряжений по всей конструкции прицепа (рис. 6­10).

Рис. 6. Распределение напряжений по конструкции прицепа (боковые борта прицепа)

Рис. 6. Распределение напряжений по конструкции прицепа (боковые борта прицепа)

Рис. 7. Распределение напряжений по конструкции прицепа
(несущая часть прицепа)

Рис. 7. Распределение напряжений по конструкции прицепа (несущая часть прицепа)

Рис. 8. Распределение напряжений по конструкции прицепа
(торцевые борта прицепа)

Рис. 8. Распределение напряжений по конструкции прицепа (торцевые борта прицепа)

Рис. 9. Распределение статических перемещений 
по конструкции прицепа

Рис. 9. Распределение статических перемещений по конструкции прицепа

Рис. 10. Распределение относительной деформации 
по конструкции прицепа

Рис. 10. Распределение относительной деформации по конструкции прицепа

Результаты расчета представлены в виде эквивалентных напряжений по Мизесу.

Эпюра напряжений изображена с увеличением перемещений для облегчения восприятия результатов.

Таким образом, выполненный расчет прочности конструкции прицепа показал, что при заявленных схемах загрузки максимальные суммарные напряжения не превышают допускаемые значения, что, в свою очередь, позволяет говорить о качестве изготавливаемых легковых прицепов общего назначения, производимых компанией ООО «Торговый дом «СаранскСпецТехника». 

Список использованной литературы:

  1. Library of parametric hob models in the KOMPAS system. Shchekin A.V., Mitin E.V., Sul’din S.P. Russian Engineering Research. 2014. Т. 34. № 5. С. 321­325.
  2. Structure of the library of parametric gear­cutter models in the KOMPAS system. Shchekin A.V., Mitin E.V., Sul’din S.P. Russian Engineering Research. 2014. Т. 34. № 11. С. 701­704.
  3. CAD­assisted hob design. Shchekin A.V., Mitin E.V., Sul’din S.P. Russian Engineering Research. 2013. Т. 33. № 5. С. 279­281.
  4. Автоматизация проектирования червячных зуборезных фрез в системе КОМПАС. Щёкин А., Митин Э., Сульдин С. // САПР и графика. 2011. № 12 (182). С. 101­104.
  5. Автоматизация проектирования спиральных сверл в системе КОМПАС. Щёкин А., Митин Э., Сульдин С. // САПР и графика. 2013. № 1 (195). С. 90­94.

Продолжение следует