Секція: «Технічні науки», підсекція: «Транспорт»

Понеділок В.Ф., Божок А.М.

Подільський державний аграрно-технічний університет

ДВОСХИЛИЙ САМОСКИДНИЙ КУЗОВ ТРАНСПОРТНОГО ЗАСОБУ

В народному господарстві знайшли широке застосування транспортні засоби з двосхилими кузовами, у яких профіль днища виконаний прямолінійним. Однак, недоліком таких кузовів є перевитрата матеріалу при їх виготовленні, неповний технологічний об’єм по профілю, затяжний час розвантаження, що значною мірою негативно відбивається на ефективності експлуатації транспортних засобів. Теоретичні дослідження підтвердили доцільність виконання профілю днища самоскидного кузова не прямолінійним, а криволінійним у вигляді дуги циклоїди. Ця принципово нова конструкція кузова захищена авторським свідоцтвом СРСР № 1521631 на винахід.

Рис.1. Схема двосхилого кузова. Рис.2. Профіль днища кузова.

Зображений на рис.1 кузов вміщує лівий 3 і правий 7 схили з поздовжніми бортами 2 і 6, зв’язаними з дном внизу шарнірно, а зверху – роз’ємним з’єднанням із заднім і переднім 5 поперечними бортами. Кузов з вантажем 4, зв’язаний з рамою 8, яка через підвіску 11 і вісь 10 установлена на колесах 1 і 9.

Профіль днища кузова складається з двох дуг ОМ і ОМ₁ циклоїди (рис.2), розміщених симетрично одна одній відносно вертикальної осі. Дуга ОМ відносно вибраної системи координат ХОУ визначається рівняннями

(1)

де , - габаритна довжина похилого днища кузова. Максимальний прогин дуги циклоїди відносно прямої ОМ досягається в точці і стріла цього прогину .

Нехай рух умовно виділеного елементарного вантажу відбувається під дією сили тяжіння по похилій площині з профілем ОМ, починаючи з точки О (рис.3, а). Спроектувавши всі активні сили, що діють на вантаж, на напрям його руху, отримаємо диференціальне рівняння

(2)

Рис.3. Дослідження руху елементарного вантажу по днищу кузова, що має профіль у вигляді:

а – прямолінійного відрізка; б, д – дуги кола; в, е – дуги циклоїди;

г, е – дуги параболи.

де - маса вантажу; Р – вага плоду; F – сила тертя між вантажем і похилою площиною; -кут нахилу площини до горизонталі;

S – шлях, пройдений вантажем вздовж прямої ОМ [ 1 ].

Оскільки , де f – коефіцієнт тертя, N – нормальна реакція на вантаж з боку площини, і , то рівняння (2) набере вигляду

. (3)

Проінтегрувавши рівняння (3) з урахуванням початкових умов одержуємо закон руху плоду вздовж похилої площини

(4)

Із (4) визначаємо час руху вантажу вздовж відрізка ОМ:

. (5)

Використовуючи геометричні залежності між елементами рис.3, а, визначаємо:

З урахуванням знайдених значень формула (5) зведеться до вигляду

(6)

Розглянемо рух такого ж елементарного вантажу вздовж криволінійного профілю днища кузова, що має вигляд дуги кола (рис.3, б), дуги циклоїди (рис.3, в ), дуги параболи (рис.3, г).

Диференціальне рівняння руху умовно виділеного вантажу вздовж криволінійної дуги ОМ кола також має вигляд (2), однак в цьому випадку кут - змінний і його величина залежить від положення вантажу на траєкторії руху. Тому для відшукання закону руху проведемо кусково-лінійну апроксимацію траєкторії руху, розділивши дугу ОМ на 4 однакові частини і замінивши цю дугу ламаною ОМ₁М₂М₃М (рис.3, д, е)

.

Склавши і розв’язавши диференціальні рівняння руху вантажу для кожної ланки ламаної, отримаємо сумарний час руху вантажу:

- при русі вантажу вздовж дуги кола:

(7)

- при русі вантажу вздовж дуги циклоїди:

. (8)

- при русі вантажу вздовж дуги параболи:

(9)

Використовуючи одержані залежності (6), (7), (8) і (9), розраховуємо відносний час руху виділеного умовного вантажу по похилому днищу кузова, що відбувається під дією сили земного тяжіння, яке має відповідно прямолінійний, коловий, циклоїдний і параболічний профілі. Результати виконаних обчислень свідчать про те, що час, а отже і швидкість руху елементарного вантажу по похилому днищу кузова, залежать від форми профілю днища і коефіцієнта тертя. Найбільша швидкість руху досягається при русі вздовж циклоїдного днища, а найменша – при русі вздовж прямолінійного днища кузова.

Вибір двосхилого кузова такої конструкції з циклоїдним профілем його днища і значеннях параметрів, розрахованих за допомогою рівнянь (1), дозволить при заданому внутрішньому об’ємі зменшити його матеріалоємність і прискорити процес саморозвантаження.

Література

1. Пономарев К.К. Составление и решение дифференциальных уравнений инженерно-технических задач. – М.: Гос. учебно-педаг. изд. Министерства просвещения РСФСР, 1962. – 184 с.

Автори: В.Ф. Понеділок

А.М. Божок