Vliv konstruk ní úpravy na spolehlivost pr zkumného vozidla BRDM-2/99 Doc. Ing. V roslav Kaplan,CSc., Vojenská akademie v Brn ,
[email protected] Doc. Ing. Pavel Braun,CSc., Vojenská akademie v Brn ,
[email protected] Doc. Ing. Pavel Ma#as, Ph.D., Vojenská akademie v Brn ,
[email protected] Ing. Otakar Pet'í)ek, Vojenská akademie v Brn ,
[email protected] Abstract: V )lánku je popsána analýza spolehlivosti korby vozidla BRDM-2 provedená p'i modernizaci. Je popsán výpo)et sil p2sobících na korbu v r2zných jízdních re3imech a jejich vyhodnocení. 1. Úvod Kolový obrn ný transportér BRDM-2 p edstavoval po adu let pro Armádu R významný prost edek víceú#elového charakteru. Vzhledem k jeho zastaralosti bylo rozhodnuto p ikro#it k rozsáhlé modernizaci. Na programu modernizace se podílel Vojenský technický ústav pozemního vojska Vyškov, Vojenský opravárenský podnik 026 ve Šternberku a také Vojenský technický ústav výzbroje a munice Slavi#ín, který vyvinul v 2ový komplet. Sv3j podíl p inesla také Vojenská akademie v Brn .
Obr. 1 Modernizované vozidlo BRDM-2
Obr. 2 Výpo)tový model
V celkovém vzhledu se modernizovaný obrn ný transportér (ozna#ovaný také BRDM-2/99) liší p edevším rozm rným oknem v #ele korby, odstran ním dvou pár3 pomocných výsuvných kol pod st ední #ástí korby a instalací dvou bo#ních jednok ídlých dve í. Další prvky modernizace vozidla spo#ívají zejména v nahrazení p3vodního ruského osmiválcového benzínového motoru GAZ - 41 úsporným a výkonným p epl
2. Výpo et zatí&ení pro analýzu korby Je z ejmé, 2e takové výrazné zm ny v konstrukci vozidla, v#etn zásahu do samonosné korby, se neobešly bez d3kladných pevnostních výpo#t3. Pro teoretický pevnostní výpo#et, ke kterému byla vyu2ita metoda kone#ných prvk3, bylo nutno stanovit p edevším statické i dynamické zatí2ení korby od radiálních reakcí a reakcí v míst ulo2ení pérování. Pro výpo#et byly zadány vstupní hodnoty, které jsou uvedeny v Tab. 1. Tab. 1 Vstupní hodnoty pro pevnostní výpo et. Název
Ozna ení
Hodnota
Jednotka
Hmotnost vozidla
ma
8 000
kg
Rozvor náprav
L
3,1
m
Rozchod kol vp edu/vzadu
B
1,84/1,790
m
Vzdálenost t 2išt od p ední nápravy
L1
1,770
m
Vzdálenost t 2išt od zadní nápravy
L2
1,330
m
Výšková sou adnice t 2išt
ht
0,986
m
Výpo#tový (dynamický) polom r kola
rd
0,490
m
0,8
-
0,1
-
Sou#initel adheze Sou#initel valivého odporu
f
Výpo#ty vychází z rozm r3 kolového obrn ného transportéru BRDM-2/99, znázorn ných na obrázku 3 a p i výpo#tu budou stanoveny p3sobící síly, které jsou znázorn ny na obrázku 3 a 4.
Obr. 3 - Schéma po)ítaných sil kolového obrn ného transportéru BRDM - 2/99 Ze zadaných hodnot a uvedených schémat na obr. 3 lze provést výpo#ty, jejich2 vztahy a výsledky jsou p edlo2eny v tabulkách Tab. 2 a2 Tab. 5. Tab. 2 : Velikost p sobících sil p0i statickém p sobení. Název
Vztah
Výsledek
Radiální reakce na p ední náprav
Z1 = m g
L2 L
33670 N
Radiální reakce na zadní náprav
Z2 = m g
L1 L
44809 N
Rekce v ulo2ení pera p ední nápravy
R1 =
Z1 4
8417 N
Reakce v ulo2ení pera zadní nápravy
R2 =
Z2 4
11202 N
Tab. 3 : Velikost p sobících sil p0i br&d2ní se zpo&d2ním a = 7 m.s-2. Název
Vztah
Výsledek
Radiální reakce na p ední náprav
Z1 =
Radiální reakce na zadní náprav
Z2 = m g
Rekce v ulo2ení pera p ední nápravy v ose „z“
R1z =
Rekce v ulo2ení pera p ední nápravy v ose „x“
R1 x =
Reakce v ulo2ení pera zadní nápravy v ose „z“
R2 z =
Reakce v ulo2ení pera zadní nápravy v ose „x“
R2x =
m g L2 + m a ht L
Z1
Z1 4
51482 N 26998 N 12870 N
FB P
10594,75 N
4 Z2 4
6749 N
FB Z
7063,25 N
4
Poznámka: Za FB jsou dosazovány brzdné síly vypo#tené pro pom rné zpomalení a/g. Tab. 4 : Velikost p sobících sil p0i jízd2 do svahu Název
= 35º s pohonem 4x4.
Vztah
Výsledek
m g Radiální reakce na p ední ná[cos Z1 = prav L
( L2
Radiální reakce na zadní ná- Z 2 = m g cos prav
Z1
FT = m g ( f cos
Hnací síla
f rd ) sin
+ sin )
ht ] 12237,75 N 52053 N 51442 N
Z Rekce v ulo2ení pera p ední R1z = 1 nápravy v ose „z“ 4
3059,4 N
Z2 Rekce v ulo2ení pera zadní R = 2 z nápravy v ose „z“ 4
13013,25 N
Reakce v ulo2ení pera zadní FT nápravy v ose „x“ p i pohonu R1x = R2 x = 4 pouze zadních kol
12860 N
Poznámka:
= arctg ( - f).
Tab. 5 : Velikost sil p0i jízd2 na bo ním svahu Název
Vztah
Radiální reakce na levé stran vozidla
ZL =
Radiální reakce na pravé stran vozidla
Z P = m g cos
m g B
= 39º z hlediska adheze. Výsledek
cos
B 2
ZL
sin
ht
3589,5 N 57397,3 N
Reakce v ulo2ení levých per ZL p ední i zadní nápravy v ose R Lz = 4 „z“
897,4 N
Rekce v ulo2ení pravých per ZP p ední i zadní nápravy v ose R P z = 4 „z“
14349,3 N
Rekce v ulo2ení levých i pram g sin vých per p ední i zadní nápra- R L y = R Py = 8 vy v ose „y“
6173,4 N
Poznámka:
= arctg .
3. Analýza korby MKP
Obr. 4 Schéma sil p2sobících na korbu
Obr. 5 Celková deformace korby
Vzhledem k #asovým mo2nostem bylo cílem MKP analýzy stanovit, zda má provedená konstruk#ní úprava korby podstatný vliv na její 2ivotnost. Pro analýzu byl pou2it program ANSYS 5.5.3 na pracovní stanici SGI-INDY, 160MB RAM, 9GB disk, opera#ní systém IRIX 6.5. Vzhledem k nejednozna#nosti výkresové dokumentace nebylo mo2né zohlednit ve výpo#tovém modelu všechny detaily a tloušPky n kterých vnit ních výztuh musely být odhadnuty. Lze ale konstatovat, 2e vytvo ený model je konzistentní a dostate#ný k porovnání pevnosti variant vozidla bez bo#ních dve í a s bo#ními dve mi. P i sestavování modelu byl pou2it kvadratický osmiuzlový prostorový sko epinový prvek SHELL93, který velmi dob e vystihuje jak ohybové ú#inky charakteristické pro desku, tak i membránové ú#inky odpovídající st n #i sko epin . P i sestavování výpo#tového modelu bylo dbáno na to, aby tvar modelu byl co nejv rohodn jší. Kone#noprvkový
model je tvo en asi 6.500 osmiuzlovými sko epinovými prvky SHELL93 a asi stovkou nosníkových prvk3 BEAM188, které simulují nápravy a jejich uchycení ke korb vozidla. Celkem má soustava asi 120.000 stup<3 volnosti. Výpo#et ka2dé zat 2ovací varianty trval p ibli2n 45 minut. Byly porovnávány varianty vozidla bez bo#ních otvor3 a s bo#ními otvory pro zatí2ení podle Tab. 2 a2 Tab. 5. 4. Záv2r Celkov lze íci, 2e umíst ní bo#ních dve í bylo provedeno dob e a má spíše pozitivní vliv na chování bo#ní st ny, proto2e dve ní výztuha a lem otvoru velmi výrazn zvyšují stabilitu této st ny. Z hlediska únavové pevnosti lze íci, 2e nap tí je rozd leno pom rn pravideln a i na p echodech materiál3 r3zných tloušt k se nevyskytují významn jší špi#ky (viz. Obr. 6 a 7).
Obr. 6 Rozlo3ení nap tí na korb vozidla Obr. 7 Rozlo3ení nap tí na korb vozidla varianta bez dve'ního otvoru varianta s dve'ním otvorem P i dodr2ení technologické kázn p i provád ní svar3 na konstrukci korby lze na základ výsledk3 analýzy usuzovat, 2e provedená úprava nesní2ila únavovou pevnost korby vozidla a nesní2ila spolehlivost vozidla p i pohybu v náro#ném terénu. Literatura: [1] Kelnar, V. a kol.: Tanková a automobilní technika v #eskoslovenské armád . Naše vojsko, Praha 1992 ISBN 80-206-0330-1 [2] Kaplan, V. – Smolík, O. – Ma
