Размещено на http://www.allbest.ru/

Вплив гідроманіпулятора мобільної машини на формування тріщино-небезпечних зон несучої конструкції

Савуляк В.І., д. т. н.,

проф., Бакалець Д.В.

Анотації

В статье проведены исследования напряжений и деформаций, которые возникают в рамном каркасе мобильной машины, в процессе работы манипулятора с гидравлическим приводом, и могут привести к возникновению трещин. Разработана технология и ряд практических рекомендаций, по проведению ремонта поперечных трещин рам транспортной техники.

The paper studied the efforts of stresses and deformations, that appear in the skeleton frame of mobile machines, in the process of working of manipulator with hydraulic driving gear, and can reduce to crack initiation. The developed technology and a number of practical guidelines for realization of repair of transverse cracks of frames of the transport technique.

Основний зміст дослідження

Рис.1 - Автомобіль ЗИЛ 131 з стандартним гідроманіпулятором

Тріщини з'являються частіше в зонах поблизу упорів, кріплень несучих елементів або розвиваються від отворів під заклепки та болти, які є концентраторами напруги. Експлуатація транспортних засобів з тріщинами не допускається.

Рис.2 - Автомобіль ЗИЛ 131 з гідроманіпулятором TADANO

Аналіз літератури показав, що існує багато розробок в яких запропоновано технологічні процеси ремонту рамних конструкцій з тріщинами [1, 2]. Найбільш широко використовуються методи зварювання та встановлення підсилюючих накладок. Однак досліджень зміни напружено-деформованого стану відновлених конструкцій дуже мало.

Дотепер за умови наявності тріщини, що проходить за середину стінки повздовжньої балки, раму бракують. Рама може бути відремонтована, якщо на одній поздовжній балці є не більше двох тріщин, що проходять до середини профілю. Рама, яка має на кожній повздовжній балці більше двох тріщин, що проходять до середини профілю, або одну й більше тріщин на одній з поздовжніх балок, що проходять за середину профілю, ремонту не підлягає й повинна бути замінена новою. Це вимагає наявності запасів або виробництва нових рамних конструкцій до автомобілів, що експлуатуються.

Проте велика кількість моделей автомобілів, давно знятих з виробництва, успішно експлуатуються сучасними автотранспортними підприємствами, і при виникненні вище розглянутих дефектів, підприємство втрачає автомобіль, ресурс якого не вичерпано, в деяких випадках і на 50%, що економічно не доцільно. Тому питання ремонту наскрізних поперечних тріщин рам досі залишається відкритим і є актуальним.

Найбільшу небезпеку несуть тріщини, що проходять майже по всьому перерізу балки (рис.3). Дослідження появи і розвитку тріщин показало, що вони зароджувалися з внутрішньої сторони балки, і розвивалися у поперечному напрямку з виходом назовні на видиму сторону [3].

а)б)

Рис.3 - Поперечні тріщини несучих конструкцій: а - вагонетки, б - рами вантажного автомобіля

На відміну від поздовжніх тріщин, які можна просто заварити, поперечні тріщини потребують розробки індивідуального технологічного процесу, з врахуванням багатьох факторів і напружено-деформованого стану всієї конструкції, для запобігання повторного розтріскування.

Як наслідок, виявити такі тріщини на початкових стадіях їх розвитку без проведення оглядів з використанням спеціальної діагностичної апаратури дуже складно, а в деяких випадках майже неможливо.

Метою даної роботи є дослідження умов виникнення тріщин під впливом навантажень спричинених гідроманіпулятором під час роботи та розробка рекомендацій по ремонту наскрізних поперечних тріщин несучих конструкцій транспортних засобів.

Як приклад розглянемо раму автонавантажувача оснащеного маніпулятором з гідравлічним приводом, яка містить пошкодження (тріщини). Основними функціями даного автомобіля було навантаження та перевезення вантажу. Процес переміщення вантажу в кузов або з нього спричиняв виникнення додаткового навантаження в ушкодженій області рами. Для дослідження причин виникнення тріщин на одному із лонжеронів конструкції використано математичне моделювання процесу підйому та повороту стріли гідроманіпулятора з використанням однієї із програм кінцевоелементного аналізу (рис.4) [4].

Напруження та деформації у зоні тріщини визначались для чотирьох точок перерізу в залежності від просторового розміщення навантаженої стріли гідроманіпулятора, а саме від вильоту штока гідроциліндра та кута повороту стріли відносно рами.

По отриманим даним побудовані залежності (рис.5, 6, 7,8) з яких видно, що найбільші напруження та деформації зона рами із тріщиною отримує у випадку коли виліт штока гідроциліндра становить 350 мм.

З графіку напружень (рис.8) видно деяку розбіжність у тенденціях розвитку кривих Т₁, Т₂ та Т₃, Т₄. Проте, як згадувалось раніше, тріщини починають розвиватися від внутрішнього краю лонжерона, тому пріоритетними для аналізу є данні отримані саме для точок Т₄ та Т₃.

Моделювання показало, що зона тріщини отримує максимальні навантаження у випадку коли підйом вантажу проводиться з боку тріщини, а саме тоді коли упор 2 знаходяться в одній площині зі стрілою 1 (рис.4).

Наступним етапом стало моделювання напружено-деформованого стану рами після заварювання тріщини, під дією вантажу, що підчеплений до стріли підйомника і того, що знаходиться у кузові автомобіля (рис.9), яке показало недостатній запас міцності конструкції після заварювання тріщини, що вимагає встановлення підсилюючої накладки. Форма та переріз накладки визначались з використанням розробленої моделі. Виявлено, що для підсилення доцільно використовувати накладку з листового матеріалу у формі трапеції (рис.10).

транспортний засіб реформація тріщина

Рис.4 - Моделювання процесу підйому та повороту стріли гідроманіпулятора

Рис.5 - Графік залежності деформацій від виходу штоку стріли

Рис.6 - Графік залежності напружень від виходу штоку стріли

Рис.7 - Графік залежності деформацій від кута повороту стріли

Рис.8 - Графік залежності напружень від кута повороту стріли

Рис.9 - Моделювання зон напружено - деформованого стану рами

а) б)

Рис.10 - Підсилююча накладка: а - 3D модель, б - креслення

Перерахунок конструкції з накладкою підтвердив достатній запас міцності рами для подальшої експлуатації.

З урахуванням отриманих даних було проведено ряд операцій по ремонту даної конструкції. Підготовка тріщини до заварювання включала наступні етапи: розбирання елементів автомобіля, правка та закріплення у правильному положенні елементів рами автомобіля, визначення видимого кінця тріщини, свердління отворів по кінцях тріщини та розробку кромок тріщини.

Тріщину засвердлювали у вершині свердлом діаметром 3 мм, розробку кромок тріщини проводили під кутом 60 градусів на глибину до половини товщини матеріалу деталі, також проводили зачистку кромок тріщини шириною 20 мм сталевою щіткою. Під час заварювання наскрізних тріщин на конструкціях рам з товщиною стінки більше 8 мм їх обробляють Х-подібно і заварюють одночасно два зварювальники - по одному з кожної сторони стінки рами. Після заварювання зазору шари накладались вертикально знизу вгору, кожен шар зачищався. Заварювання тріщини виконували електродуговою зваркою електродами УОНІ 13/55 ГОСТ 9467-75 на постійному струмі при зворотній полярності. Діаметр електроду 5 мм, сила струму 170 А. Допускається зварка змінним струмом електродами ОЗС-6.

Під час заварювання метал поблизу тріщин нагрівали газовим пальником до температури 300° С. Після заварювання з метою зняття внутрішніх напружень здійснювали нормалізацію зварного шва, для чого метал повільно прогрівали до температури 600° С і ще повільніше охолоджували, захистивши нагріте місце азбестового ізоляцією. Після закінчення зварювальних робіт шов зачищали шліфувальною машинкою.

Дуга має бути короткою, оскільки при довгій дузі наплавлений метал має велику кількість пор. Нахил електроду в процесі зварювання має бути 15-20 градусів в сторону руху. Заварювання тріщини необхідно розпочинати із насвердленого отвору. Не допускається наявність кратерів в наплавлених швах. Наплавлений метал шва повинен виступати над основним металом не більше ніж на 2мм.

Після заварки тріщини (рис.11) встановлювали підсилюючу накладку (рис.12) товщина якої становила 6 мм.

Рис.11 - Заварювання тріщини

Рис.12 - Встановлення накладки

В загальному випадку товщина накладок може коливатись в межах 2-8 мм в залежності від конструкції, що ремонтується та умов в яких вона працює.

Накладку встановлювали симетрично відносно завареної тріщини. Перед встановленням накладки зварний шов зачищали. Накладку прихоплювали в 3-4-х місцях і потім приварювали переривчастим суцільним швом та знову проводили термічну обробку швів.

Висновок. В даній роботі, на основі проведеного комплексного аналізу окремої конструкції, доведено можливість та доцільність ремонту несучих конструкцій транспортних засобів пошкоджених наскрізними поперечними тріщинами. Раніше для ремонту поперечних тріщин форма і розміри підсилюючі накладки обирались інтуїтивно, спираючись на загальновідомі рекомендації, натомість наведена у статті методика, що ґрунтується на в використанні програм кінцево елементного аналізу, дає можливість чітко визначати найбільш оптимальні параметри підсилюючих елементів.

Розроблено технологію та ряд практичних рекомендацій, щодо проведення ремонту поперечних тріщин рам транспортної техніки, шляхом їх заварювання, та встановлення підсилюючих накладок. Використання викладеної технології з розрахованими режимами зварювання та моделюванням підсилюючої накладки показало можливість експлуатації відновлюваних автомобілів в усіх режимах допустимих навантажень.

Список літератури