Our journals
Submit manuscript Sign in / Sign up
Advanced search
Article sections

STRENGTH CALCULATION OF THE RIGID BODY OF A DEMOUNTABLE TOWED HOVERCRAFT PLATFORM

Research article
Lysenko E.A.
Nesterenko G.A.
Nesterenko I.S.
Bugrakov V.S.
Morozova A.R.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.113.11.008
Issue: № 11 (113), 2021
Published:
2021/11/17
PDF

РАСЧЕТ ЖЕСТКОГО КОРПУСА РАЗБОРНОЙ БУКСИРУЕМОЙ ПЛАТФОРМЫ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ НА ПРОЧНОСТЬ

Научная статья

Лысенко Е.А.1, Нестеренко Г.А.2, *, Нестеренко И.С.3, Буграков В.С.4, Морозова А.Р.5

1 ORCID: 0000-0001-7465-3360;

2 ORCID: 0000-0003-1528-4627;

1, 2, 3, 4, 5 Омский государственный технический университет, Омск, Россия

* Корреспондирующий автор (nga112001@list.ru)

Аннотация

Целью работы является исследование возможного использования специализированной платформы для повышения проходимости автомобилей. Для решения задач прохождения препятствий и сложных дорожных условий используются различные технические решения и приспособления, например: мелкозвенчатые цепи, цепи гусеничного типа, противобуксаторы, ремни, лебедки. В ходе проведения исследования была разработана разборная буксируемая платформа на воздушной подушке. В данной статье описан расчет корпуса платформы на жесткость.

В результате проведенных расчетов был сделан вывод, что жесткий корпус платформы полностью удовлетворяет требованиям прочности и надежности при его эксплуатации в случае преодоления водной преграды.

Применение данной платформы существенно увеличит проходимость автомобилей по труднодоступной местности.

Ключевые слова: проходимость, автомобиль, платформа на воздушной подушке, корпус, жесткий корпус, прочность.

STRENGTH CALCULATION OF THE RIGID BODY OF A DEMOUNTABLE TOWED HOVERCRAFT PLATFORM

Research article

Lysenko E.A.1, Nesterenko G.A.2, *, Nesterenko I.S.3, Bugrakov V.S.4, Morozova A.R.5

1 ORCID: 0000-0001-7465-3360;

2 ORCID: 0000-0003-1528-4627;

1, 2, 3, 4, 5 Omsk State Technical University, Omsk, Russia

* Corresponding author (nga112001[at]list.ru )

Abstract

The aim of the article is to study the possible use of a specialized platform to increase the cross-country ability of vehicles. To solve the problems of passing obstacles and difficult road conditions, various technical solutions and devices are used, for example, small-link chains, caterpillar-type chains, towbars, belts, winches. The study introduces a demountable towed hovercraft platform and describes the calculation of the platform body for rigidity.

As a result of the calculations carried out, it was concluded that the rigid body of the platform fully meets the requirements of strength and reliability during its operation in case of overcoming a water obstacle.

Using this platform will significantly increase the cross-country ability of vehicles in adverse terrain.

Keywords: cross-country ability, car, hovercraft platform, body, rigid body, strength.

Введение

Автомобили являются самым массовым транспортным средством, которое широко используется как в быту людей, так и в структурных подразделениях федеральных государственных органов исполнительной власти.

Значительную часть автомобильной техники составляют полноприводные автомобили различных модификаций – автомобили многоцелевого назначения. Автомобили различной грузоподъемности предназначены для эксплуатации по дорогам всех типов, а также и вне дорог при выполнении специфических задач, определяемых сферой деятельности предприятий, государственных органов, министерства обороны и населения страны. При этом базовые модели автомобилей предназначены для транспортировки грузов различного характера и перевозки к месту назначения людей [1].

Транспортные средства подразделяются по проходимости следующим образом:

  1. Дорожные транспортные средства.
  2. Транспортные средства повышенной проходимости.
  3. Многоцелевые транспортные средства высокой проходимости.
  4. Специальные транспортные средства высокой проходимости.

Какой бы не была проходимость автомобиля, ее можно повысить, используя различные методы, такие как [2]:

  • Металлические цепи противоскольжения

Цепи противоскольжения предназначены для обеспечения лучшего зацепления колес с дорожным покрытием. Они делятся на мелкозвенчатые, траковые и гусеничные.

Мелкозвенчатые цепи состоят из продольных и поперечных цепей и замковых устройств.

Траковые цепи рассчитаны для повышения проходимости автомобилей со сдвоенными ведущими колесами и в особо тяжелых дорожных условиях.

Гусеничная цепь предназначена для повышения проходимости трехосного автомобиля в особо тяжелых дорожных условиях; состоит она из траков, межтраковых цепей и соединительного пальца.

  • Траковые дорожки

Обычно траковые дорожки изготовляются из деревянных брусков, нанизанных на две веревки. Перемещению брусков по веревке препятствуют узлы, которые завязывают после надевания на веревку каждого бруска. Бруски можно скреплять и проволокой.

Суть данного метода в том, что привязанные к колесу дорожки помогут автомобилю преодолеть различного рода препятствия.

Самым простым способом изготовления траковой дорожки является последовательное навязывание на две веревки пучков хвороста или сучьев.

  • Реечные маты

Реечные маты устроены следующим образом: бруски из твердого дерева крепятся в ряд болтами к куску использованной ленты транспортера с промежутком между ними в 100 мм. Общая длина мата 2-3 м. Реечные маты применяются при буксовании колес автомобиля.

  • Противобуксаторы

Противобуксаторы изготовляют из двух продольных уголков с зацепами и шести поперечных уголков. Размер уголков 45x30x4 мм. С помощью цепи противобуксатор соединяют с колесом.

  • Децентрализация регулирования давления воздуха в шинах

Система регулирования давления воздуха в шинах предназначена для повышения проходимости автомобиля на тяжелых участках пути за счет снижения давления воздуха в шинах [3].

  • Ремни для повышения проходимости

Одним из популярных средств повышения проходимости являются колесные ремни.

  • Самовытаскиватели

Для вывода застрявшего автомобиля без посторонней помощи пользуются самовытаскивателями.

Для самовытаскивания автомобилей со сдвоенными задними колесами применяют два троса или веревки диаметром примерно 20 мм. Концы веревок продевают между дисками колес и закрепляют на ступицах. На местности выбирают упоры, за которые укрепляют веревки.

Все выше рассмотренные методы повышения проходимости автомобилей не могут быть использованы для преодоления значительных препятствий в виде каналов, проливов, болот, и других водных преград [4], [5].

В связи со спецификой многих отраслей (геологи, военные) появилась необходимость в конструировании разборной буксируемой платформы на воздушной подушке [6], [7], [8], [9]. Основной геометрический состав корпуса данной платформы приведен в статье [10]. Платформа значительно увеличит проходимость автомобиля без внесения в него каких-либо конструкторских изменений.

Целью данной работы являлась разработка конструкции корпуса на воздушной подушке позволяющего значительно повысить проходимость автомобилей [11], [12].

Задачи, которые ставились на данном этапе таковы:

  • платформа должна быть полностью разборной
  • платформа должна иметь минимальные габаритные размеры и массу.
  • платформа должна иметь достаточную грузоподъемность. 

Материалы и методы

Для упрощения расчетов корпуса на прочность, получения более точной информации о напряжениях и перемещениях, а также создания 3D модели буксируемой платформы использовалась программа Solidworks [13], [14].

Основной задачей при разработке жесткого корпуса является обеспечение минимальных габаритных размеров и массы корпуса, а также необходимой прочности корпуса.

Габаритные размеры и грузоподъемность жесткого корпуса назначены на основе массовых и габаритных параметров автомобиля УАЗ 452. Исходя из массы и размеров автомобиля, а также учитывая место под установку оборудования, для дальнейшего расчета были приняты следующие исходные данные, указанные в таблице 1.

 

Таблица 1 – Исходные данные для проектирования жесткого корпуса

Длина платформы, мм 5100
Ширина платформы, мм 2040
Грузоподъёмность, кг 3000
  Материал для балок конструкции был принят алюминиевый сплав марки 7075-Т6. Масса жесткого корпуса составила 274,06 кг. Параметры статического анализа представлены в таблице 2.  

Таблица 2 – Основные параметры проведения статического анализа

Нагрузки крепления
Компоненты X Y Z Результирующая
Сила реакции, Н 0,364478 937319 -16,2902 937319
Реактивный момент, Н*м 0 0 0 1e-033
Сила тяжести, Н 0 0 9,81 9,81
Болтовое соединение Болт М8х30 ГОСТ 7798-70
Осевое усилие, Н 0 0 -3631,2 3631,2
Поперечная сила, Н -32,727 -37,609 0 49,855
Изгибающий момент, Н*м 0,13141 -0,17009 0 0,21494
Коэффициент безопасности Требуемый Рассчитанный
2 5,99631
  Результаты

После выполнения статического анализа корпуса платформы получили следующие результаты, представленные в таблице 3. Схема напряжений приведена на рисунке 1.

07-12-2021 13-33-46

Рис. 1 – Схема эпюры напряжения:

1 – автомобиль; 2 – жесткий корпус

Таблица 3 – Результаты статического анализа

Тип Минимальное значение Максимальное значение
Напряжения, МПа 0 516,1
Перемещение, мм 0 8,2
Запас прочности 1,1 1e+016
 

На основе данных результатов был сделан вывод, что рассчитанный ранее жесткий корпус платформы полностью удовлетворяет всем необходимым требованиям и в дальнейшем может быть использован при эксплуатации для повышения проходимости автомобиля.

Обсуждение и заключения

Внешний вид платформы на воздушной подушке с установленным на ней двигателем ГТД-350 [12] и въездными аппарелями представлен на рисунке 2. Основные параметры платформы приведены в таблице 4.

07-12-2021 13-34-33

Рис. 2 – Разборная буксируемая платформа на воздушной подушке

Таблица 4 – Параметры буксируемой платформы на воздушной подушке

Характеристика Параметр
Длина 5300 мм
Ширина 2240 мм
Масса 766,95 кг
Грузоподъемность 3000 кг
Высота преодолеваемой волны 277 мм
Угол крена 15°
Кренящий момент 18241,9 Н*м
 

Полностью разборная платформа сыграет важную роль в геологических или военных экспедициях. Данную платформу можно будет разместить на рейлингах и в багажном отделении одного из автомобилей либо в прицепе и использовать уже по необходимости. Разборная буксируемая платформа на воздушной подушке существенно облегчит прохождение препятствий в виде болот, озер, рек и других водных преград.

Конфликт интересов Не указан. Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

  1. Зимелев, Г.В. Проблемы проходимости колесных машин и основные направления их решения / Г.В. Зимелев // Проблемы повышения проходимости колесных машин: сборник трудов. – М.: АН СССР, 1959. – С. 4–8.
  2. Котиев, Г.О. Повышение проходимости автомобиля за счет рационального распределения потоков мощности по колесам / Г.О. Котиев, И.В. Серебренный // Вестник МГТУ имени Н.Э. Баумана. Машиностроение – 2009. – Специальный выпуск – С. 193–201.
  3. Усиков, В.Ю. Аспекты математического моделирования процесса регулирования давления воздуха в шинах / В.Ю. Усиков // Материалы 67-й научно-практической конференции ФГБОУ ВПО «СибАДИ» (с международным участием) «Теория, методы проектирования машин и процессов в строительстве». Книга 3. – Омск: СибАДИ, 2013. – С. 96–99.
  4. Келлер, А.В. Исследование некоторых вопросов качения эластичного колеса / А.В. Келлер // Материалы международной научно-технической конференции «Многоцелевые гусеничные и колесные машины: актуальные проблемы теории и практики, научная работа и образование». – Челябинск: Изд-во. ЮУрГУ, 2004. – С. 41–45.
  5. Кошарный, Н.Ф. Оценка несущей способности слабых оснований / Н.Ф. Кошарный // Автомобильные дороги и дорожное строительство. – 1978. – Выпуск 23. – С. 85–91.
  6. Нестеренко Г.А. Оценка целесообразности возведения дополнительной переправы через реку Иртыш / Г.А. Нестеренко, Е.А. Рожкова // Наука и молодежь в XXI веке: материалы 3-й регион. студ. науч. конф. – Омск; изд-во ОмГТУ 2014. – С. 145-147.
  7. Нестеренко Г.А. К вопросу об экономической целесообразности возведения дополнительной переправы через реку Иртыш / Г.А. Нестеренко, Е.А. Рожкова // Наука и образование в XXI веке: сб. науч. Тр. по итогам Междунар. науч.- практ. конф. – Тамбов, 2014. – Ч.9. – С. 75-77.
  8. Нестеренко Г.А. Исследование варианта переправы через реку Иртыш, альтернативного «Классическому» мосту / Г.А. Нестеренко, Е.А. Рожкова // Актуальные вопросы науки и техники: сб. науч. тр. по итогам Междунар. науч.- практ. конф. – Самара, 2015. –Вып. II. – С. 87-89.
  9. Лысенко Е.А. Исследование варианта переправы через реку Иртыш, альтернативного"классическому" мосту / Е.А. Лысенко, И.С.Нестеренко, Е.А. Рожкова // Актуальные вопросы науки и техники. Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции. 2015. С. 87-89.
  10. Самородская О.А. Разборная буксируемая платформа на воздушной подушке / О.А. Самородская, М.С. Угроватый, А.Н. Петров и др. // Colloquium-journal. 2018.№11-7 (22). С. 32-34
  11. Бенуа Ю. Ю. Суда на воздушной подушке / Ю. Ю. Бенуа, В. М. Корсаков. Л.: Судостроение, 1962. 121 с.
  12. Nesterenko G.A. Accuracy forecasting disks manufacturing of axial power machines considering the forces at the industrial process system Procedia Engineering / G.A. Nesterenko, I.S. Nesterenko, E.A. Lysenko. 2016. Vol. 152. P. 487-492.
  13. Дударева, Н. Ю. Самоучитель SolidWorks 2010 / Н. Ю. Дударева, С. А. Загайко. – СПб.: БХВ-Петербург, 2011. – 416 с.
  14. Нестеренко Г.А. Разработка программного комплекса визуализации внешнего вида автомобиля / Г.А. Нестеренко, Д.Б. Нечаев // Состояние и перспективы развития социально-культурного и технического сервиса: материалы II Всерос. науч. – практ. конф. с междунар. Участием: в 2 ч. Алт. гос. техн. ун-т. – Бийск, 2014. –Ч.1. – С. 145-147.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Zimelev, G.V. Problemy prohodimosti kolesnyh mashin i osnovnye napravleniya ih resheniya [The problems of patency of wheeled vehicles and the main directions of their solution] / G.V. Zimelev // Problemy povysheniya prohodimosti kolesnyh mashin: sbornik trudov. – M.: AN SSSR, 1959. – pp. 4–8. [in Russian]
  2. Kotiev, G.O. Povyshenie prohodimosti avtomobilya za schet racional'nogo raspredeleniya potokov moshchnosti po kolesam [Increased car patency due to rational distribution of power flows on wheels] / G.O. Kotiev, I.V. Serebrennyj // Vestnik MGTU imeni N.E. Baumana. Mashinostroenie – 2009. – Special issue – pp. 193–201. [in Russian]
  3. Usikov, V.Yu. Aspekty matematicheskogo modelirovaniya processa regulirovaniya davleniya vozduha v shinah [Aspects of mathematical modeling of tire pressure regulation process] / V.Yu. Usikov // Materialy 67-j nauchno-prakticheskoj konferencii FGBOU VPO «SibADI» (s mezhdunarodnym uchasti-em) «Teoriya, metody proektirovaniya mashin i processov v stroitel'stve». Kniga 3. – Omsk: SibADI, 2013. – pp. 96–99. [in Russian]
  4. Keller, A.V. Issledovanie nekotoryh voprosov kacheniya elastichnogo kolesa / A.V. Keller // Materialy mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii «Mnogocelevye gusenichnye i kolesnye mashiny: aktual'nye problemy teorii i praktiki, nauchnaya rabota i obrazovanie» [Materials of the international scientific and technical conference "Multipurpose tracked and wheeled vehicles: actual problems of theory and practice, scientific work and education."] – Chelyabinsk: Publishing house. YuUrGU, 2004. – pp. 41–45. [in Russian]
  5. Kosharnyj, N.F. Ocenka nesushchej sposobnosti slabyh osnovanij [Assessment of the bearing capacity of weak substrates] / N.F. Kosharnyj // Avtomobil'nye dorogi i dorozhnoe stroitel'stvo. – 1978. – Issue 23. – pp. 85–91. [in Russian]
  6. Nesterenko G.A. Ocenka celesoobraznosti vozvedeniya dopolnitel'noj perepravy cherez reku Irtysh [Evaluation of the feasibility of the construction of an additional crossing over the Irtysh River] / G.A. Nesterenko, E.A. Rozhkova // Nauka i molodezh' v XXI veke: materialy 3-j region. stud. nauch. konf. – Omsk; OmGTU Publishing house 2014. – pp. 145-147. [in Russian]
  7. Nesterenko G.A. K voprosu ob ekonomicheskoj celesoobraznosti vozvedeniya dopolnitel'noj perepravy cherez reku Irtysh [On the issue of economic feasibility of the construction of an additional crossing over the Irtysh River] / G.A. Nesterenko, E.A. Rozhkova // Nauka i obrazovanie v XXI veke: sb. nauch. Tr. po itogam Mezhdunar. nauch.- prakt. konf. – Tambov, 2014. – part 9. – pp. 75-77. [in Russian]
  8. Nesterenko G.A. Issledovanie varianta perepravy cherez reku Irtysh, al'ternativnogo «Klassicheskomu» mostu [Investigation of the option of crossing the Irtysh River, an alternative to the "Classic" bridge] / G.A. Nesterenko, E.A. Rozhkova // Aktual'nye voprosy nauki i tekhniki: sb. nauch. tr. po itogam Mezhdunar. nauch.- prakt. konf. – Samara, 2015. –Issue. II. – pp. 87-89. [in Russian]
  9. Lysenko E.A. Issledovanie varianta perepravy Cherez reku Irtysh, al’ternativnogo «Klassicheskomu» mostu [Research Option Of Crossing Through The Irtysh River Alternative To The "Classic" Bridge] / E.A. Lysenko, I.S. Nesterenko, E.A. Rozhkova // Aktual'nye Voprosy Nauki I Tehniki Sbornik nauchnyh trudov po itogam mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. 2015. pp. 87-89. [in Russian]
  10. Samorodskaya O.A. Razbornaya buksiruemaya platforma na vozdushnoj podushke[Collapsible towed hovercraft platform] / O.A. Samorodskaya, M.S. Ugrovatyj, A.N. Petrov et al. // Colloquium-journal. 2018.no 11-7 (22). pp. 32-34 [in Russian]
  11. Benua Yu. Yu. Suda na vozdushnoj podushke [Hovercraft] / Yu. Yu. Benua, V. M. Korsakov. L.: Sudostroenie, 1962. 121 p. [in Russian]
  12. Nesterenko G.A. Accuracy forecasting disks manufacturing of axial power machines considering the forces at the industrial process system Procedia Engineering / G.A. Nesterenko, I.S. Nesterenko, E.A. Lysenko. 2016. Vol. 152. P. 487-492.
  13. Dudareva, N. Yu. Samouchitel' SolidWorks 2010 [SolidWorks Tutorial 2010] / N. Yu. Dudareva, S. A. Zagajko. — SPb.: BHV-Peterburg, 2011. — 416 pp. [in Russian]
  14. Nesterenko G.A. Razrabotka programmnogo kompleksa vizualizacii vneshnego vida avtomobilya [Development of a software package for visualizing the appearance of a car] / G.A. Nesterenko, D.B. Nechaev // Sostoyanie i perspektivy razvitiya social'no-kul'turnogo i tekhnicheskogo servisa [Status and development prospects of socio-cultural and technical service]: materialy II Vseros. nauch. – prakt. konf. s mezhdunar. Uchastiem: v 2 ch. Alt. gos. tekhn.un-t. – Bijsk, 2014. –Part 1. – pp. 145-147. [in Russian]