Исследование зависимости деформации кузова автобуса при опрокидывании от величины отклонения координаты центра тяжести

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование зависимости деформации кузова автобуса при опрокидывании от величины отклонения координаты центра тяжести

Методика оценки прочности конструкции кузова пассажирских транспортных средств (ТС) категории М3 регламентируется Правилами ЕЭК ООН №66 (ГОСТ Р 41.66-00), согласно которым для определения его несущей способности и энергоемкости производится расчёт общей энергии удара Е^*, Дж. Существует немало научно-исследовательских работ, посвящённых данному вопросу [1 - 6], среди которых можно выделить предложения по приведению к оптимальному значению высоты опрокидывания автобусов в зависимости от их конкретных габаритов [7].

Стоит отметить, что ни один из указанных способов не учитывает влияния на величину энергии удара и соответственно деформации кузова автобуса при опрокидывании такого параметра, как отклонение поперечной координаты центра тяжести ?x, м от вертикальной оси симметрии. Дело в том, что при определении высоты падения центра тяжести автобуса h, м, необходимо вычислить значение r - расстояния от общего центра тяжести до внешней стороны колеса, составной частью которого является h (рис. 1).

деформация кузов автобус

Рис. 1 - Высота падения центра тяжести при опрокидывании

Используя рис. 1, найдём значение r, м по формуле:

,(1)

где W - ширина ТС, м; Н_s - высота центра тяжести порожнего ТС, м.

Ввиду конструктивных особенностей некоторых автобусов поперечная координата центра тяжести x, м не всегда расположена на вертикальной оси симметрии. В результате возникновения её отклонения ?x изменяется и расстояние от общего центра тяжести до внешней стороны колеса r (рис. 2).

Рис. 2 - Расстояние от центра тяжести до внешней стороны колеса в случае возникновения отклонения ?x

Скорректировав формулу (1), получим:

,(2)

где - расстояние от центра тяжести до боковины, на которую происходит опрокидывание ТС, м с учётом отклонения поперечной координаты центра тяжести ?x.

В итоге происходит изменение высоты падения центра тяжести автобуса h и, следовательно, величины энергии удара E^*. Для выведения формул расчёта данных параметров, учитывающих величину отклонения поперечной координаты центра тяжести ?x воспользуемся рис. 3.

Рис. 3 - Графоаналитический способ определения высоты падения центра тяжести автобуса

Проведя ряд несложных преобразований можно получить формулу для определения скорректированного значения высоты падения центра тяжести:

,(3)

где H - высота ТС, м; h_o - высота опрокидывания ТС, м.

Преобразуем формулу для расчёта общей энергии удара Е^* (ГОСТ Р 41.66-00) с помощью формулы (3):

.(4)

Для обоснования выдвинутого ранее предположения о влиянии отклонения поперечной координаты центра тяжести ?x на величину энергии удара E^* произведём её расчёт, используя формулу (4), по известным массогабаритным параметрам пяти автобусов (таблица №1).

Таблица №1. Исходные данные для расчетов

В целях дальнейшего аналитического исследования при осуществлении расчёта были введены следующие условия:

- опрокидывание транспортного средства производится на правый бок;

- ?x принимает отрицательные значения, если поперечная координата центра тяжести x смещена вправо относительно вертикальной оси симметрии.

В результате произведённого расчета построены диаграммы, отображающие зависимость энергии удара Е^* от отклонения поперечной координаты центра тяжести ?x при стандартной высоте опрокидывания (рис. 4, а) и скорректированной (рис. 4, б).

Используя расчетные данные автобуса ЛиАЗ-5256, найдём отклонения энергии удара ?Е^*, % при достижении ?x максимального и минимального значений:

а) при стандартной высоте опрокидывания:

Если ?x = 0,3 м, то:

,

где - величина энергии удара, Дж при ?x = 0; - величина энергии удара, Дж при ?x = 0,3 м.

а)

б)

Рис. 4 - Диаграмма зависимости общей энергии удара от отклонения поперечной координаты центра тяжести: а) при стандартной высоте опрокидывания; б) при скорректированной высоте опрокидывания.

Подставим известные значения:

.

Если ?x= - 0,3 м, то:

,

где - величина энергии удара, Дж при ?x = - 0,3 м.

Подставим известные значения:

.

б) при скорректированной высоте опрокидывания:

Если ?x = 0,3 м, то:

.

Если ?x= - 0,3 м, то:

Исследуемые зависимости можно аппроксимировать полиномами второго порядка:

- для первого случая (рис. 4, а);

- для второго случая (рис. 4, б).

Таким образом, энергия удара у автобуса ЛиАЗ-5256 может увеличиться до 10%.

Далее используя диаграмму деформации для материала, обладающего идеальными упругопластическими свойствами (рис. 5), можно определить перемещения стоек кузова, возникающие в результате опрокидывания, по следующей формуле:

,(5)

где - искомое перемещение стойки кузова, мм;

- энергия удара, приходящаяся на стойку кузова, Дж;

- критическая нагрузка для стойки, кН;

- сила, приложенная к кузову автобуса по схеме эксперимента, представленного на рис. 6.

- перемещение, соответствующее значению заданной силы , мм.

Р кН

Р_кр

Р₁

0 l_ст l_крl_р l, мм

Рис. 5 - Диаграмма деформирования j-той стойки кузова автобуса

Рис. 6 - Нагружение кузова автобуса ЛиАЗ-5256

Значения перемещений, рассчитанных по формуле (5) для автобуса ЛиАЗ-5256 представим в виде таблицы №2.

Полученные данные свидетельствуют о достоверности выдвинутого предположения о влиянии отклонения поперечной координаты центра тяжести на величину энергии удара. При этом, необходимо отметить, что при отрицательных значениях ?x происходит практически двукратное увеличение отклонения энергия удара ?Е^*, % относительно его величины при положительных значениях ?x, что играет немаловажную роль при проведении инженерных расчётов. Кроме того, увеличение энергии удара на 10% на такую же величину увеличивает значение перемещений стоек кузова в сторону остаточного пространства автобуса.

Таблица №2 Результаты расчета перемещений стоек кузова автобуса ЛиАЗ-5256

Результаты экспериментального исследования позволяют учитывать конструктивные особенности ТС [8, 9] при установке дополнительного оборудования, например, систем безопасности [10], что даёт возможность оптимизировать массогабаритные параметры таких систем и устройств.

Литература

деформация кузов автобус

1. Иванов А.М., Адаев А.В., Юрчевский А.А., Кондратьев В.Д. Методы и инструменты количественной оценки уровня пассивной безопасности автомобилей // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2012. № 1. С. 3-9.

2. Орлов Л.Н., Рогов П.С., Тумасов А.В., Вашурин А.С. Повышение пассивной безопасности кузовов автобусов // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3. С. 17.

3. Рогов П.С., Орлов Л.Н., Тумасов А.В. Методика экспресс_оценки пассивной безопасности кузовов автобусов // Фундаментальные исследования. 2014. № 9-1. С. 36-40.

4. Калмыков Б.Ю., Высоцкий И.Ю., Овчинников Н.А., Бочаров С.В. Способ определения высоты опрокидывания автобуса для оценки прочности конструкции его кузова по правилам ЕЭК ООН №66 // Инженерный вестник Дона, 2012, №3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/888.

5. Genta, G., Morello, L. Automotive chassis. Volume 1: Components design // Springer, 2009. 621 p.

6. Genta, G., Morello, L. Automotive chassis. Volume 2: System design // Springer, 2009. 825 p.

7. Пат. № 2483961 РФ, МПК B 62 D 25/04, B 60 R 21/13. Устройство для повышения прочности кузова транспортного средства при опрокидывании / Калмыков Б.Ю., Богданов В.И., Фетисов В.М., Овчинников Н.А., Нагай С.Г., Петриашвили И.М.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса». - № 2011151627/11 ; заявл. 16.12.2011 ; опубл. 10.06.2013, Бюл. № 16.

Размещено на Allbest.ru