1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Вывозка лесоматериалов лесовозным автомобильным транспортом является наиболее трудоемкой и капиталоемкой фазой лесозаготовительного процесса, от эффективности которой зависит конечная себестоимость лесоматериалов, доставляемых потребителям, и, как следствие конкурентоспособность лесозаготовительных предприятий. Одним из наиболее распространенных типов лесовозных автопоездов (ЛА), задействованных в процессе вывозки лесоматериалов, является ЛА, состоящий из лесовозного тягача (ЛТ) и полуприцепа (ПП). Такой ЛА дает возможность в сравнении с одиночным лесовозным автомобилем снизить транспортные издержки на 23 %, уменьшить износ дорог на 40 %, сократить расход топлива на 15 % и число ездок, а также существенно снизить конечную себестоимость лесоматериалов [1, 2].
Дорожные условия эксплуатации ЛТ с ПП имеют существенные отличия от дорожных условий эксплуатации подобных автопоездов общего назначения. Они характеризуются недостаточной обустроенностью лесовозных дорог (ЛД), движение по которым в процессе вывозки лесоматериалов ЛТ с ПП сопровождается увеличением числа троганий и частыми торможениями ЛА. Особенностью динамики торможения ЛА является возникновение ударных нагрузок между его звеньями, последствия которых проявляются в снижении скорости движения автопоезда и производительности, а также в увеличении расхода топлива. При резком торможении ЛТ с ПП перед преодолеваемой неровностью ЛД, происходящее под воздействием инерционных сил изменение траектории движения звеньев автопоезда относительно друг друга, способствует возникновению нежелательного эффекта «складывания» ЛА. Наиболее часто, при торможении седельного автопоезда вследствие возникновения ударных нагрузок между его звеньями происходит в той или иной степени рассогласование срабатывания тормозных механизмов ЛТ и ПП, которое при торможении автопоезда может по времени превышать 0,6 с. Основной причиной такого рассогласования является неравномерный износ тормозных накладок ПП в сравнении с ЛТ. Неравномерность изнашивания связана с массой ПП, превышающей массу ЛТ [3-5].
Одним из важнейших элементов конструкции ЛТ с ПП, от которого зависят эксплуатационные свойства ЛА и эффективность его функционирования, является седельно-сцепное устройство (ССУ). При движении ЛА с резким приложением к его колесам тяговых и тормозных сил, элементы конструкции ССУ воспринимают тяговые усилия и вертикальные нагрузки, а также изгибающие моменты, действие которых осуществляется в плоскости, перпендикулярной продольной оси седельного автопоезда. Изгибающие моменты оказывают воздействие на опорные кронштейны. Тяговые усилия воспринимаются шкворнем и деталями разъемно-сцепного механизма. Вертикальные нагрузки оказывают воздействие на кронштейны и опорные плиты. На величину нагрузок, воздействующих на ССУ оказывают влияние значительное количество не только конструктивных, но и эксплуатационных факторов. К конструктивным факторам относят соотношение масс звеньев автопоезда, жесткость упругой связи, а также размеры зазоров в ССУ. С увеличением величины зазоров в ССУ и жесткости упругой связи динамическое взаимодействие между звеньями автопоезда приобретает ударный характер. Это снижает надежность, как самого устройства, так и автомобиля в целом [6-9].
Детали ССУ, подвергающиеся воздействию нагрузок, неоправданно быстро изнашиваются. Сцепной шкворень, опорная плита, захват разъемно-сцепного механизма, подшипники опорных кронштейнов наиболее сильно подвержены износу, степень которого, прежде всего, зависит от условий эксплуатации ЛА и конструкции ПП. Износ этих деталей увеличивается при эксплуатации ЛА на недостаточно обустроенных ЛД и дорогах с большим числом поворотов при высоком расположении центра тяжести ПП [10].
В этой связи, анализ влияния различных факторов, оказывающих воздействие на изменение величины нагрузок в традиционных конструкциях ССУ, является актуальной задачей. Учет этих факторов даст возможность выявить перспективные направления повышения эффективности ЛА, оснащенных традиционными ССУ, а также разработать и предложить новые технические решения таких устройств, обеспечивающие снижение воздействующих на его детали нагрузок.
