Техніка та енергетика

АНАЛІЗ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТОРСІОННИХ ВАЛІВ В КОНТЕКСТІ ПОЛІПШЕННЯ МІЦНОСТІ ТА ДОВГОВІЧНОСТІ ЛЕГКОЇ БРОНЬОВАНОЇ МАШИНИ

Олександр Вікторович Крахмальов, Віктор Вікторович Клітной, Олена Іванівна Зінченко, Віталій Олександрович Брусенцев, Анна Миколаївна Шелестова
Завантажити статтю
Анотація

У контексті постійного розвитку бронетехніки та зростання вимог до міцності та ефективності броньованих машин, вивчення та удосконалення торсіонних валів стає актуальним для забезпечення високої тривалості служби та оптимального функціонування. Метою даного дослідження є проведення аналізу торсіонних валів легких броньованих машин для ідентифікації можливих напрямків оптимізації з підвищенням міцності та довговічності цих елементів транспортного засобу. Серед використаних методів слід зазначити аналітичний метод, метод класифікації, функціональний метод, статистичний метод, метод синтезу та інші. У результаті дослідження було здійснено комплексний аналіз та оптимізацію торсіонних валів для легких броньованих машин з метою підвищення їхньої міцності та довговічності. Вибір високоміцного матеріалу та урахування ваги сприяли зниженню ваги транспортного засобу, підвищуючи його ефективність. Геометричне проектування включало застосування передових технік для оптимізації форми вала, а аналіз напружень та деформацій дозволив визначити оптимальні параметри. Використання комп’ютерного моделювання та симуляції спростило аналіз поведінки вала під навантаженням. Застосування коефіцієнтів безпеки та врахування імпактних навантажень під час експлуатації сприяло підвищенню надійності та довговічності конструкції. Використання новітніх матеріалів та технологій виготовлення дозволило досягти оптимальних параметрів трансмісійного елемента. Тестування прототипів в реальних умовах підтвердило їхню ефективність та міцність. Оптимізація маси та розподілу ваги була спрямована на покращення стійкості броньованої машини, з урахуванням вимог конкретного застосування та виробника. Отримані результати вказують на потенціал вдосконалення конструкції торсіонних валів для підвищення продуктивності та стійкості легких броньованих машин. Це дослідження приносить важливий внесок у науку, оскільки виявлені оптимізації та покращення в конструкції торсіонних валів легких броньованих машин сприяють не лише збільшенню їхньої міцності та витривалості, але й раціональному використанню ресурсів та підвищенню загальної продуктивності транспортного засобу

Ключові слова

геометрія, композитні матеріали, підвіска, плавність руху, напруженість, деформації

ЦИТУВАТИ
Krakhmalyov, O., Klitnoy, V., Zinchenko, O., Brusentsev, V., & Shelestova, A. (2024). Analysis and optimization of torsion shafts in the context of improving the strength and durability of a light armoured vehicle. Machinery & Energetics, 15(1), 65-75. https://doi.org/10.31548/machinery/1.2024.65
Використані джерела

[1] Averin, D., & Borovytskyi, V. (2023). Multi-beam optical sensor for measuring drone coordinates. Bulletin of Cherkasy State Technological University, 1, 5-12. doi: 10.24025/2306-4412.1.2023.267070.

[2] Bankar, H., Shinde, V., & Baskar, P. (2013). Material optimization and weight reduction of drive shaft using composite material. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, 10(1), 39-46.

[3] Bilalis, E.P., Keramidis, M.S., & Tsouvalis, N.G. (2022). Structural design optimization of composite materials drive shafts. Marine Structures, 84, article number 103194. doi: 10.1016/j.marstruc.2022.103194.

[4] Chovnyuk, Y.V., Diachenko, L.A., Ivanov, Y.O., Dichek, N.P., & Orel, O.V. (2022). Optimisation of dynamic loads of rope systems of lifting mechanisms of bridge cranes during cargo handling. Scientific Herald of Uzhhorod University. Series Physics, 51, 59-73. doi: 10.54919/2415-8038.2022.51.59-73.

[5] Feyye, L.E., Edo, S.M., & Badasa, T.D. (2021). Optimization of driveshaft material for light commercial vehicle (automobile). Natural Volatiles & Essential Oils, 8(5), 10368-10382.

[6] Hajiyev, M., & Damirov, M. (2023). Stress-strain state and bearing capacity of compressed reinforced concrete elements of annular section. Architectural Studies, 9(2), 35-46. doi: 10.56318/as/2.2023.35.

[7] Hrubel, M., Manziak, A., Lanets, O., Khoma, V., & Andriienko, A. (2023). Mobility simulation modelling of wheeled military vehicles under off-road traffic conditions. Military-Technical Collection, 28, 10-17. doi: 10.33577/2312-4458.28.2023.10-17.

[8] Huda, Z. (2021). Torsion in shafts. In Mechanical behavior of materials: Fundamentals, analysis, and calculations (pp. 189-198). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-030-84927-6_10.

[9] Kaššay, P., Grega, R., Urbanský, M., Krajňák, J., Kačír, M., & Žuľová, L. (2023). Novel design of variable stiffness pneumatic flexible shaft coupling: Determining the mathematical-physical model and potential benefits. Machines, 12(1), article number 28. doi: 10.3390/machines12010028.

[10] Koch, A., Brauer, J., & Falkenstein, J. (2023). Detection of torque security problems based on the torsion of side shafts in electrified vehicles. World Electric Vehicle Journal, 14(6), article number 151. doi: 10.3390/wevj14060151.

[11] Krainyk, L., Hrubel, M., & Kokhan, V. (2022). The design development of medium tactical vehicles. Collection of Scientific Works of the Kharkiv National University of the Air Force, 4(74), 7-12. doi: 10.30748/zhups.2022.74.01.

[12] Kushwah, S., Parekh, S., & Mangrola, M. (2021). Optimization of coil spring by finite element analysis method of automobile suspension system using different materials. Materials Today: Proceedings, 42(2), 827-831. doi: 10.1016/j.matpr.2020.11.415.

[13] Kyrychenko, I.H., Chernikov, O.V., Rogovyi, A.S., Ragulin, V.M., Reznikov, O.O., & Taburov, O.S. (2021). Study of lifting platforms using three-dimensional computer-aided modeling. Bulletin of Kharkiv National Automobile and Road University, 95, 143-148. doi: 10.30977/BUL.2219-5548.2021.95.0.143.

[14] Liang, M., Wang, S., & Ma, J. (2022). Modeling and simulation of torsional resistance of hollow shaft with small diameter based on ABAQUS. Journal of Physics: Conference Series, 2403, article number 012044. doi: 10.1088/1742-6596/2403/1/012044.

[15] Light armored vehicles for the Armed Forces are undergoing the final stage of national trials. (2019). Retrieved from https://specmachinery.com.ua/news/military/4229-lehki-bronemashyny-dlia-zsu-prokhodiat-zavershalnyi-etap-natsionalnykh-vyprobuvan.

[16] Manziak, M., Krainyk, L., & Hrubel, M. (2021). Trends in the development of structures of suspensions of military vehicles. Weapon Systems and Military Equipment, 1(65), 27-35. doi: 10.30748/soivt.2021.65.04.

[17] Nuraliyev, M., Dundar, M.A., Akyildiz, H.K., & Sahin, D.E. (2023). A novel approach for the determination of optimal diameter of shaft with keyway: Analytical and numerical study. Mechanics Based Design of Structures and Machines. Retrieved from doi: 10.1080/15397734.2023.2259968.

[18] Nussupbek, Z.T., Bekenov, T.N., Sattinova, Z.K., Beisenbi, M.A., & Tassybekov, Z.T. (2023). Substantiation of methods for calculation of traction forces redistribution indicators on modular front and rear wheels of the vehicle (4Х4). Transportation Engineering, 13, article number 100193. doi: 10.1016/j.treng.2023.100193.

[19] Osakue, D.E., Anetor, D.L., & Odetunde, D.C. (2015). Fatigue shaft design verification for bending and torsion. International Journal of Engineering Innovation and Research, 4(1), 197-206.

[20] Pavlikov, A., Kochkarev, D., & Harkava, O. (2019). Calculation of reinforced concrete members strength by new concept. In Proceedings of the fib Symposium 2019: Concrete - Innovations in Materials, Design and Structures (pp. 820-827). Krakow: International Federation for Structural Concrete.

[21] Polyak, I., Borysov, O., & Matsayenko, A. (2023). Modeling of the springed part of a mobile vehicle. Systems and Technologies of Communication, Informatization and Cyber Security, 3, 66-73. doi: 10.58254/viti.3.2023.08.66.

[22] Sklyarov, M.V., & Shapovalov, O.I. (2021). Mathematical simulation of movement on a deformed supporting surface with change of tire pressure in wheel tires of a multi-purpose armored vehicle in the example of KrAZ “Hurricane”. Collection of Scientific Works of the National Academy of the National Guard of Ukraine, 1(37), 78-88.

[23] Skorokhod, A.Z., Sviridova, I.S., & Korzhik, V.N. (1995). The effect of mechanical pretreatment of polyethylene terephthalate powder on the structural and mechanical properties of coatings made from it. Mechanics of Composite Materials, 30(4), 328-334. doi: 10.1007/BF00634755.

[24] Tkachuk, M., Zavorotnii, A., Zinchenko, O., Grabovskiy, A., Tkachuk, M., Pinchuk, N., Shevchenko, A., & Tsendra, G. (2022). Development of approaches, methods and models of research of durability and longevity of torsion billows of the suspension system the light armored vehicle. Bulletin of the National Technical University “KhPI”. Series: Mechanical Engineering and CAD, 2, 80-93. doi: 10.20998/2079-0775.2022.2.09.

[25] Venczel, M., Veress, Á., & Peredy, Z. (2022). Past and future practical solutions for torsional vibration damping in vehicle industry. Periodica Polytechnica Transportation Engineering, 50(4), 318-329. doi: 10.3311/PPtr.19194.

[26] Wang, J., Yao, Z., Hassan, M.F., & Zhao, Y. (2022). Modeling and dynamics simulation of spur gear system incorporating the effect of lubrication condition and input shaft crack. Engineering Computations, 39(5), 1669-1700. doi: 10.1108/EC-03-2021-0183.

[27] Wieczorek, A.N., Konieczny, Ł., Burdzik, R., Wojnar, G., Filipowicz, K., & Kuczaj, M. (2022). A complex vibration analysis of a drive system equipped with an innovative prototype of a flexible torsion clutch as an element of pre-implementation testing. Sensors, 22(6), article number 2183. doi: 10.3390/s22062183.

[28] Zeng, W., Mao, L., Huang, D., Wang, C., & Chen, Q. (2023). Simulation analysis and lightweight design of automotive transmission shafts based on Optistruct. Journal of Physics: Conference Series, 2660, article number 012039. doi: 10.1088/1742-6596/2660/1/012039.

[29] Zhu, Z., Tang, X., Chen, C., Peng, F., Yan, R., Zhou, L., Li, Z., & Wu, J. (2022). High precision and efficiency robotic milling of complex parts: Challenges, approaches and trends. Chinese Journal of Aeronautics, 35(2), 22-46. doi: 10.1016/j.cja.2020.12.030.