|
||||||||||||||||||||||||||||
|
АМФИБИЯ С ПЛАСТМАССОВЫМ НЕСУЩИМ КОРПУСОМ Инж. В. С. ЦЫБИН и инж. А. Г. КУЗНЕЦОВ Вестник бронетанковой техники. № 3. 1965
Проблема снижения собственного веса конструкций особенно остро стоит перед создателями плавающих машин — амфибий, в связи с необходимостью выполнения целого ряда специфических требований. Корпус амфибий должен иметь необходимое водоизмещение, быть водонепроницаемым, прочным и жестким, простым и удобным в производстве и обслуживании, иметь обтекаемую форму и минимальный вес и т. п. Применение до настоящего времени в качестве основного конструкционного материала при изготовлении корпусов амфибий тонколистовой стали в значительной степени затрудняет, а иногда и делает почти невозможным выполнение таких важных требований, как обеспечение минимального веса и необходимого водоизмещения, антикоррозийной стойкости и водонепроницаемости, обтекаемой формы и простоты производства и т. д. Одним из путей решения задач снижения веса корпусов может быть создание более рациональных конструкций с применением алюминиевых сплавов и стеклопластиков, обладающих достаточно высокими прочностными показателями при малом удельном весе. Существенными преимуществами стеклопластиков являются:
К недостаткам этих материалов можно отнести ползучесть под длительным действием нагрузок, пока еще высокую стоимость, малую жесткость и невысокую длительную теплостойкость. ОГК ЗИЛ совместно с МВТУ им. Баумана начали работы по исследованию возможности создания из стеклопластиков кузовов военных автомобилей и в том числе амфибий. При этом были изучены и выбраны компоненты отечественного производства для получения стеклопластика; изучены свойства стеклопластиков и факторы, влияющие на них; изучен и отработан ряд технологических процессов и т. д. В качестве прототипа при создании пластмассового корпуса плавающего автомобиля был выбран опытный автомобиль ЗИЛ-135Б с колесной формулой 8X8, имеющий стальной сварной корпус, выполненный заодно с рамой, состоящей из двух лонжеронов толщиной 5,5 мм швелерного типа и ряда, поперечин. Существенной особенностью этого автомобиля является отсутствие подвески колес, что значительно увеличивает динамическую нагруженность корпуса. В пластмассовом варианте из чисто экономических соображений необходимо было сохранить неизменными компоновку автомобиля и все агрегаты. Это в значительной степени ограничило возможности создания рациональной конструкции корпуса из новых материалов.
Фиг. 1. Схема конструкции пластмассового корпуса.
Фиг. 2. Пластмассовые панели корпуса:
Исследования показали, что практика копирования размеров и форм деталей из другого материала совершенно себя не оправдывает, так как каждый материал характеризуется своими свойствами обработки и применения. Поэтому нет никакого практического смысла использовать металлические кузовные детали в качестве основы для воспроизведения их в пластмассе. Принимая во внимание эти обстоятельства, нами была разработана новая оригинальная конструкция корпуса, учитывающая особенности выбранного материала. При разработке силовой схемы корпуса был использован хорошо зарекомендовавший себя в авиации, судостроении и др. отраслях промышленности принцип использования 3-х слойных элементов, обладающих при малом весе высокой прочностью и жесткостью. При образовании этих элементов широко использовались полимерные материалы (стеклопластики, пенопласта и клеи). Опытный корпус плавающего автомобиля представляет собой цельнопластмассовую бескаркасную конструкцию с 3-х слойными силовыми несущими элементами. На фиг. 1 представлена схема конструкции, а на фиг. 2 — пластмассовые панели корпуса. Корпус имеет также и ряд металлических элементов: кильсон, раскос буксирного прибора, окантовку корпуса и бортов, панель приборов, кронштейны крепления силовых агрегатов, рамы, гнезда сливных пробок и вставки колесных ниш.
Фиг. 3. Испытания автомобиля с пластмассовым корпусом по пересеченной местности.
Конструктивно корпус оформлен следующим образом. В наружную панель, представляющую собой большую монолитную деталь, вставлена внутренняя панель, которая вместе с усилителями основания и поперечинами между колесными нишами образует основную несущую систему. Пространство между этими панелями заполнено пенопластом с удельным весом 0,1—0,15 г/см3. Между колесными нишами в продольном направлении также имеются силовые элементы: между 1-й и 2-й осями — арки коробчатого сечения под панелями мотоотсеков, опирающиеся на ниши, панели задка кабины и 2-ю поперечину; между 2-й и 3-й, 3-й и 4-й, 4-й и задней поперечинами — панели горизонтальных и вертикальных усилителей, образующие элементы коробчатого сечения и опирающиеся на поперечины борта, и усилители основания. К верхнему фланцу наружной панели в носовой части прилегает панель кабина — мотоотсек. Задок кабины (3-х слойного типа) образует перегородку между моторным отделением и кабиной и является также поперечным силовым элементом в районе первой оси. Панель кабины усилена несколькими внутренними элементами. За кабиной по бортам располагаются мотоотсеки, в которых помещены радиаторы и вентиляторы системы охлаждения. Между мотоотсеками расположено моторное отделение. Далее следует грузовая платформа с открывающимся задним бортом. Панели корпуса имеют различную толщину в пределах от 2 до 8 мм. Соединение элементов осуществлено несколькими способами в зависимости от требуемой прочности, удобства сборки и т. д. Большинство неразъемных соединений выполнено путем склеивания эпоксидным клеем в сочетании с остановкой болтов, заклепок или самонарезающих шурупов. Изготовление панелей корпуса проводилось контактным методом с использованием односторонних деревянных форм. На формование самой большой и сложной наружной панели толщиной 8 мм и весом 900 кг было затрачено около 280 чел. час. Все анели корпуса выполнены из стеклопластика, состоящего из полиэфирной смолы ПН-1 и жгутовой стеклоткани ТЖС-0,8. Этот материал имеет следующие основные физико-механические показатели:
Перед началом испытаний корпуса было проведено взвешивание автомобиля с полной заправкой, показавшее, что за счет широкого использования пластмасс удалось снизить его вес на 1000 кг (примерно на 10%). Испытания пластмассового корпуса включали в себя движение автомобиля по шоссе, проселку, пересеченной местности (фиг. 3) и на плаву без нагрузки, с половиной нагрузки (по 2000 км) и полной нагрузкой (до разрушения). Целью испытаний были проверка несущей способности цельнопластмассового корпуса и его жесткости, выявление слабых мест конструкции и определение характера разрушений. В процессе проведения ходовых испытаний в корпусе были обнаружены разрушения, которые можно классифицировать следующим образом:
С целью определения жесткости корпуса были замерены его деформации (прогибы и закрутка) в различных случаях статического нагружения (фиг. 4): без нагрузки, с половиной нагрузки и полной нагрузкой. Данные замеров показывают, что статическая деформация пластмассового корпуса незначительно превышает деформацию стального. Длительная (три с половиной месяца) выдержка корпуса под полной нагрузкой при опоре на переднюю и заднюю оси не привела практически к увеличению прогиба, что свидетельствует об отсутствии ползучести материала конструкции при температуре от +10 до -0° С. Общий пробег корпуса до разрушения силовых элементов в районе между 1-й и 2-й осью в результате длительного теплового воздействия на материал составил около 10000 км. После этого корпус был разобран. Обнаружено, что большинство клеевых швов находится в отличном состоянии. Из многих панелей были вырезаны образцы и было определено изменение прочности материала. Оказалось, что предел прочности при растяжении по сравнению с первоначальным не изменился, в то время как предел прочности при статическом изгибе уменьшился в среднем на 43%. Последнее объясняется низким качеством связующего на основе смолы ПН-1.
Фиг. 4. Деформация корпуса при различных видах нагружения.
Проведенная работа дала большой практический материал и показала, что стеклопластики могут быть использованы при создании легких несущих корпусных конструкций.
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|