Определение динамического радиуса пневматического колеса при его взаимодействии с торфяной залежью с учетом буксования и нормальной деформации Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 622.331.002.5

А.Л. Яблонев

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО РАДИУСА ПНЕВМАТИЧЕСКОГО КОЛЕСА ПРИ ЕГО ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ТОРФЯНОЙ ЗАЛЕЖЬЮ С УЧЕТОМ БУКСОВАНИЯ И НОРМАЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Движение машин и тракторов на пневмоколесном ходу по торфяной залежи всегда сопровождается как буксованием, так и нормальной деформацией колес. В зависимости от величины буксования и нормальной деформации изменяется начальный (теоретический) радиус качения колеса, превращаясь в действительный (динамический). Именно динамический радиус колеса определяет скорость передвижения техники по залежи, и, соответственно, производительность ее при выполнении технологических операций. Ключевые слова: торф, торфяная залежь, буксование, деформация, пневматическое колесо, сила тяги.

ЖЭ еличина окружной силы на ве--Л# дущих колесах ограничивается условиями сцепления шин с грунтом и сдвига слоев торфяной залежи относительно друг друга. В первом случае силу сцепления колес с грунтом определяет коэффициент сцепления цсц (коэффициент использования сцепного веса) [1]:

Тц = ЦСц I № )„ , (1)

где: I (/*) - сумма проекций всех сил

на ось, перпендикулярную к поверхности движения;

во втором случае предельная сила тяги будет равна:

Т= S-х,

(2)

T > Т

(3)

или

T > Т

(4)

то возникает полное буксование ведущих колес. Величина буксования ё ведущих колес характеризуется отношением потерянной скорости поступательного движения к возможному ее теоретическому значению WT :

W - W

8 = -£-------100%.

Wт

(5)

где: S - площадь контактных поверхностей ведущих колес с торфяной залежью, х - предельное напряжение сдвига слоев торфяной залежи под колесами.

Если развиваемая ведущим колесом сила тяги T удовлетворяет условиям:

В зависимости от значения числителя в этой формуле, буксование может меняться от 0 (когда W = WT) до 100 % (когда W=0). В первом случае говорят о движении без буксования (с допустимым буксованием), во втором случае - о полном (недопустимом) буксовании ведущего колеса.

Сцепление можно рассматривать как проявление двух видов сил: сил трения, действующих между деформированной поверхностью шины и торфяной залежью, в которую деформированное

пневматическое колесо погружено на величину Н, и сил зацепления, возникающих при частичном или полном погружении выступов протектора в торфяной грунт. На дорогах с твердым покрытием основное значение играют силы трения. На рыхлых почвах (и торфяной залежи в том числе), роль сил зацепления возрастает, и во многих случаях является превалирующей [2].

Выступы протектора, погружаясь в торфяную залежь, прессуют ее в горизонтальном направлении, в результате чего, ось колеса как бы перемещается в горизонтальном направлении назад. В этом заключается главным образом физическая сущность буксования ведущих колес на деформирующихся грунтах и причина снижения их поступательной скорости. Дополнительное незначительное снижение поступательной скорости ведущих колес обусловлено тангенциальными деформациями шин. Из-за эластичности шин в окружном направлении участки ее, приближающиеся при качении колеса к площадке контакта шин с грунтом, под действием ведущего момента сжимаются, вследствие чего путь, проходимый колесом за один оборот, уменьшается.

Величина буксования зависит от размеров и формы отпечатка, образуемого при контакте шины с грунтом, и от величины развиваемой ведущими колесами касательной силы тяги. Передача ведущего момента обязательно должна сопровождаться буксованием колес -большим или меньшим. Буксование может отсутствовать лишь тогда, когда при движении ведущих колес не возникает ни горизонтальных деформаций почвы, ни тангенциальных деформаций шин. Это возможно лишь при условии, что касательная сила тяги равна нулю. В действительности нулевое буксование

так же трудно представить себе существующим на практике, как и реальность случая движения колеса без какой-либо касательной силы тяги.

Известно, что любое движение машины сопровождается пробуксовыванием колес, которое обычно растет с ростом крюковой нагрузки. В то же время, наиболее рациональная работа агрегата отмечается не при максимальных значениях крюковой нагрузки, когда буксование колес достигает значительных величин, а при некоторых величинах крюковой нагрузки, соответствующих допустимому буксованию. Величина коэффициента цсц, определенная при

этом значении силы на крюке, будет оптимальной, соответствующей наиболее рациональной работе агрегата. При этом, нормальным считается буксование до 3%, допустимым - до 15%. Проведенные эксперименты [3] позволили рекомендовать для тяговых расчетов торфяных машин следующие значения коэффициентов сцепления: оптимальное цсц = 0,4 и максимальное цсц = 0,65.

Зависимость (5) можно представить в виде:

W

8 = 1-----. (6)

WT

Но согласно [4]

WT = ш(г -X), (7)

W = шгд , (8)

где: ш - угловая скорость вращения

-1

ведущего колеса, с , г1 - теоретический радиус качения ненагруженного колеса в продольной плоскости, г - действительный (динамический) радиус качения нагруженного деформированного колеса, X - нормальная деформация пневматического колеса под нагрузкой.

заданном нормальном или допустимом буксовании:

гд =(1 -S)(r -X).

(10)

Рис.1. Зависимость действительного (динамического) радиуса пневматического колеса от давления воздуха в шине с учетом деформации шины и буксования: Ряд 1 - шина Я-244 (1000*400 мм); Ряд 2 - шина Я-193 (1420*500 мм); Ряд 3 -шина Я-195 (1500*600 мм); Ряд 4 - шина И-185 (1500*840 мм).

Тогда (6) преобразуется в следующий вид:

Г - X

(9)

Данные рассуждения позволяют приближенно вычислять действительную скорость движения Ж и действительный радиус качения колеса гд с учетом деформации пневматических колес при

На рис. 1 отражены зависимости динамического радиуса колеса от давления воздуха в шинах с учетом деформации колеса и допустимого буксования. В качестве исходных данных взята постоянная нагрузка на колесо Q = 10 кН и коэффициент упругости торфяной залежи К = 1000 кН/м3.

Анализ зависимостей показывает, что с ростом давления воздуха в шине, уменьшается ее радиальная деформация при контакте с торфяной залежью, а с уменьшением радиальной деформации увеличивается динамический радиус колеса. Основное влияние на динамический радиус колеса при его качении по торфяной залежи с учетом деформации колеса и буксования, оказывает начальный (теоретический) радиус. Деформация при допустимом буксовании способна изменять динамический радиус колеса на 10-15 %.

r

д

1. Торфяные машины и комплексы / С.Г. Солопов, Л.О. Горцакалян, Л.Н. Самсонов и др. - М.: Недра, 1981. - 416 с.

2. Машины для земляных работ / Т.В. Алексеева, К.А. Артемьев, А.А. Бромберг и др.- М.: Машгиз, 1959. - 428 с.

3. Корчунов С.С., Абакумов О.Н., Селенное

В.Г. Показатели взаимодействия гусеничного

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

хода с торфяным основанием / Тр. ин-та / ВНИ-ИТП. - 1978. - Вып. 40. - С. 38-48.

4. Яблонев А.Л. Расчет длины дуги контакта деформированного пневматического колеса с торфяной залежью и площади их контакта / Горный информационно-аналитический бюлетень. - 2010. - № 9. - С.4547. ЕШ

— Коротко об авторе ----------------------------------------------

Яблонев А.Л. - доцент, кандидат технических наук,

Тверской государственный технический университет, alvovich@mail. га