Рама КрАЗ

Рама КрАЗ

Рама КрАЗ

Рама автомобилей КрАЗ представляет собой пространственную конструкцию, состоящую из двух продольных лонжеронов, связанных между собой пятью поперечинами. Лонжероны изготовляют из горячекатаного швеллера № 30 (материал швеллера — сталь 15ХСНД). Поперечины рам автомобилей КрАЗ штампованные и штампо-сварные из стали 15 толщиной 8 мм, за исключением пятой поперечины автомобиля КрАЗ-255Б, которую изготовляют из швеллера Л 30 (материал-сталь 15ХСНД).

Первая поперечина приваривается к нижней полке и стенке лонжеронов, вторая и третья поперечины приклепываются к верхней полке и стенке лонжеронов, четвертая поперечина крепится болтами и заклепками к обеим полкам и стенке лонжеронов.

Крепление к полкам осуществлено не непосредственно, а через приваренные к ним усилительные косынки. Пятая поперечина приклепывается к верхней и нижней полкам лонжеронов.

Рама КрАЗ — базовый узел автомобиля, и она должна работать на протяжении всего амортизационного срока службы автомобиля. Так как рама является восстанавливаемым при ремонте узлом, можно считать, что это условие выполняется на всех автомобилях КрАЗ. Однако надежность рамы определяется не только этим условием, но также и наработкой рамы до такого повреждения, которое требует ремонта.

Эксплуатационные исследования рам КрАЗ, имевших толщину стенок лонжеронов 6,5 мм, показали, что их надежность в особо тяжелых условиях (автомобили-самосвалы в карьерах, автомобили высокой проходимости на разбитых дорогах и в условиях бездорожья) недостаточна.

По результатам исследований Киевского автодорожного института, наработка автомобилей КрАЗ, эксплуатировавшихся в горнообогатительном комбинате, до первого отказа рам составляла 40 тыс. км. Плотность распределения отказов по этим автомобилям показана на рис. 143. Следует отметить, что дефекты рамы имели не только конструктивный и технологический характер, но и эксплуатационный: автомобили систематически перегружались. Характерными повреждениями рамы были трещины, а также ослабления крепежных соединений. Трещины имели усталостный характер и чаще всего возникали в стенках швеллера в местах установки кронштейнов топливного бака, кабины и подножек, в полках швеллера между второй и третьей поперечинами, по сварочным швам второй и третьей поперечин, а также в местах отгиба фланцев первой поперечины. Потребовалось детальное изучение напряженного состояния рам с тем, чтобы выработать мероприятия по увеличению их надежности.

В 1969-1970 гг. завод совместно с МВТУ им. Н. Э. Баумана и НАТИ провел исследование нагрузочных режимов рамы методом тензометрирования. На раме было установлено 35 тензодатчиков.

После предварительных измерений для окончательного анализа было отобрано восемь наиболее нагруженных точек. Тензометрирование производилось при движении автомобиля в различных дорожных условиях: по грунтовой дороге, булыжному шоссе удовлетворительного качества, разбитому асфальтированному шоссе. Эти условия можно считать типичными для работы автомобилей высокой проходимости.

Исследованию подвергались два автомобиля КрАЗ-255Б, у одного из низ толщина стенки лонжеронов составляла 6,5 мм, а у другого 7,5 мм. Статистическая обработка осциллограмм производилась методом укрупненных размахов.

Установлено, что при увеличении толщины стенки лонжерона до 7,5 мм максимальные напряжения в отдельных точках рамы уменьшаются в 2 раза и более.

По результатам тензометрирования в МВТУ им. Н. Э. Баумана была рассчитана долговечность рамы автомобилей КрАЗ-255Б. Расчеты производились согласно гипотезе линейного суммирования накопленных повреждений. Из-за отсутствия данных по усталостным характеристикам рамы достоверность расчетов по абсолютному значению долговечности нельзя считать достаточно высокой. Однако расчетным путем довольно точно оценивается относительное увеличение долговечности рамы при применении лонжеронов со стенкой толщиной 7,5 мм вместо лонжеронов со стенкой толщиной 6,5 мм: долговечность усиленной рамы по критерию появления микротрешин длиной до 10 мм в 2-4 раза выше. Исходя из этого, в 1969 г. завод перешел на изготовление рам из швеллера со стенкой толщиной 7,5 мм вместо ранее применявшегося швеллера со стенкой толщиной 6,5 мм.

Для того чтобы определить, насколько целесообразно увеличение толщины стенки лонжеронов до 9,5 мм, была рассчитана напряженность рамы различных вариантов автомобиляКрАЗ-256Б. Рама рассматривалась как пространственная статически неопределимая система. Для удобства ввода информации в вычислительную машину рама была условно расчленена на 25 стержней, причем стержни правого лонжерона пронумерованы от 1 до 10, стержни левого лонжерона от 11 до 20, а поперечины от первой до пятой имели номера от 21 до 25. Расчет проводился для следующих нагрузочных режимов:

  1. порожний, полностью снаряженный автомобиль па ровной площадке;
  2. в кузове имеется равномерно распределенная нагрузка весом 12 тс, автомобиль находится на ровной площадке;
  3. то же, с отрывом переднего колеса от дороги;
  4. то же, с отрывом одною колеса среднего моста от дороги;
  5. то же, с отрывом обоих колес среднего моста от дороги;
  6. то же, с отрывом одного колеса заднего моста от дороги;
  7. то же, с отрывом обоих колес заднего моста от дороги;
  8. в кузове нагрузка весом 12 тс, распределенная между передней стенкой кузова и осью задней подвески;
  9. то же, с отрывом колес среднего моста от дороги.

Для выбора расчетной схемы предварительно изучались деформации рамы при закручивании ее на стенде на угол 16,5° (на такой угол закручивается рама автомобиля при максимальном вывешивании одного из передних колес в лабораторных условиях). Измерение углов закручивания показало, что при взаимном перекосе первой и пятой поперечин на лонжероны закручиваются на 10°, а первая и пятая поперечины на 1°. При этом требовался момент, равный 44 600 кгс-см.

Для учета влияния кузова на жесткость рамы при кручении в расчетную схему условно были введены дополнительные связи в местах крепления надрамника к раме. Задача решалась методом сил.

Расчеты показали, что наибольшие напряжения в раме возникают при восьмом и девятом нагрузочных режимах, а наиболее напряженными участками рамы являются участки лонжеронов между второй и третьей поперечинами. Именно в этих местах при эксплуатации образуются повреждения рамы. Из нее следует, что если при увеличении толщины стенки лонжерона с 6,5 до 7,5 мм суммарные напряжения в наиболее нагруженных точках уменьшаются, то при дальнейшем увеличении толщины стенки до 9,5 мм напряжения не снижаются из-за увеличения жесткости рамы при кручении.

Таким образом, в качестве оптимального варианта была принята рама, лонжероны которой имеют стенку толщиной 7,5 мм.


Читайте также: