Дослідження напружень в рамі сміттєвоза з заднім завантаженням компактора

Abstract

Компоновка електричних сміттєвозів відрізняється від автомобілів з класичним приводом. Наявність акумуляторів великої ваги, специфічне розміщення тягових електроприводів вимагає іншого розміщення компактора, що відзначається на напруженості рами шасі в цілому, а також в місцевих концентраторах напружень. В статті розглядається проблематика проектування сміттєвозів з електричним приводом, зокрема досліджуються питання забезпечення міцності несучої конструкції шасі «екологічно чистого» сміттєвоза з наступною її оптимізацією. Було проведено розрахунки для рами електричного сміттєвозу серії ERCV з компактором із заднім завантаженням методом скінченних елементів за допомогою комп’ютерної програми Ansys Workbench. Проведено три типи розрахунків: на згин із коефіцієнтом динамічності 2, на кручення при вивантаженому лівому передньому колесі із коефіцієнтом динамічності 1, на кручення при вивантаженому правому задньому колесі із коефіцієнтом динамічності 1. За результатами розрахунків було побудовано епюри повної деформації, еквівалентних напружень та запасу міцності. З метою підвищення характеристик міцності рами проведено оптимізацію конструкції, яку здійснено шляхом зміни перерізів стрижнів та збільшення товщини листів у місцях, які виявились небезпечними для першого типу розрахунку. Після зіставлення результатів розрахунків, встановлено, що завдяки зміні перерізів стрижнів та збільшення товщини листів, для режиму згину вдалося зменшити деформацію рами з 16,15 мм до 2,07 мм, а еквівалентні напруження на 20 % і відповідно збільшити запас міцності для цього режиму навантаження. Отримані дані дозволили уточнити залежності напруги на рамі від сил в підвісці. Розроблені методика і скінченно-елементна математична модель рами сміттєвозу були використані для перевірки нових конструкційних рішень в зварній рамі сміттєвозу Електротранс. За результатами розрахунків проведено оптимізацію конструкції рами шасі.

The layout of electric garbage trucks is different from cars with a classic drive. The presence of heavy batteries, the specific placement of traction electric drives requires a different placement of the compactor, which affects the strength of the chassis frame as a whole, as well as local stress concentrators. The article considers the problems of designing electric-powered garbage trucks, including the issues of ensuring the strength of the supporting structure of the chassis of an "environmentally friendly" garbage truck with its subsequent optimization. The calculations were carried out for an ERCV series electric garbage truck with a rear-loading compactor using the finite element method using the Ansys Workbench computer program. Three types of calculations were carried out: bending with a dynamic coefficient of 2, torsion with an unloaded left front wheel with a dynamic coefficient of 1, torsion with unloaded right rear wheel with a dynamic coefficient of 1. Plots of total deformation, equivalent stresses and safety factor were constructed for the results of calculations. In order to increase the strength characteristics of the frame, the design was optimized, which was carried out by replacing the sections of the rods and increasing the thickness of the sheets in places that turned out to be unsafe for the first type of calculations. After comparing the calculation results, it was found that due to changes in the cross sections of the rods and an increase in the thickness of the sheets, for the bending mode, it was possible to reduce the deformation of the frame from 16.15 mm to 2.07 mm, and the equivalent stresses by 20% i, therefore, to increase the margin of safety for this mode loads. The data obtained made it possible to clarify the dependence of the stresses on the frame on the forces in the suspension. The developed technique and the finite element mathematical model of the garbage truck frame were used to test new design solutions in the welded frame of the Electrotrans garbage truck. Based on the calculation results, the chassis frame design was optimized.

Компоновка электрических мусоровозов отличается от автомобилей с классическим приводом. Наличие аккумуляторов большого веса, специфическое размещение тяговых электроприводов требует другого размещения компактора, что отражается на напряжённости рамы шасси в целом, а также в местных концентраторах напряжений. В статье рассматривается проблематика проектирования мусоровозов с электрическим приводом, в том числе исследуются вопросы обеспечения прочности несущей конструкции шасси «экологически чистого» мусоровоза с последующей ее оптимизацией. Были проведены расчеты для рами электрического мусоровоза серии ERCV з компактором с задней загрузкой методом конечных элементов с помощью компьютерной программы Ansys Workbench. Проведено три типа расчетов: на изгиб с коэффициентом динамичности 2, на кручение при разгруженном левом переднем колесе с коэффициентом динамичности 1, на кручение при разгруженном правом заднем колесе с коэффициентом динамичности 1. За результатами расчетов были построены эпюры полной деформации, эквивалентных напряжений и запаса прочности. С целью повышения характеристик прочности рамы проведена оптимизация конструкции, которая осуществлена путем замены сечений стержней и увеличения толщины листов в местах, которые оказались небезопасными для первого типа расчетов. После сопоставления результатов расчетов установлено, что благодаря изменениям сечений стержней и увеличения толщины листов, для режима изгиба удалось уменьшить деформацию рамы с 16,15 мм до 2,07 мм, а эквивалентные напряжения на 20 % і, следовательно, увеличить запас прочности для данного режима нагрузок. Полученные данные позволили уточнить зависимости напряжений на раме от сил в подвеске. Разработанные методика и конечно-элементная математическая модель рамы мусоровоза были использованы для проверки новых конструктивных решений в сварной раме мусоровоза Электротранс. По результатам расчетов проведена оптимизация конструкции рамы шасси.