CC BY
92
УДК 621.3.012.5
ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭКОЛОГИЧНОЙ ШИНЫ НА ПОЧВУ В.И. Прядкин
В статье приведены результаты лабораторных испытаний шины сверхнизкого давления по оценке ее воздействия на почву. Установлено, что по экологическим показателям данная шина удовлетворяет требованиям для эксплуатации в ранний весенний период на почвах с низкой несущей способностью
Ключевые слова: давление, протектор, шина сверхнизкого давления
Основным направлением повышения экологических качеств колесных движителей является разработка и создание шин сверхнизкого давления для специфических условий эксплуатации в ранний весенний период на переувлажненных почвах. Анализ прогноза развития данных шин показывает, что совершенствование их конструкции ведется в направлении применения легких высокопрочных кордных материалов, новых резиновых смесей и разработки рисунка протектора.
Многочисленными исследованиями установлено, что основное влияние на величину напряжений в пятне контакта оказывает внутреннее давление воздуха в шине и жесткость беговой дорожки [1,2]. Для шин сверхнизкого давления, эксплуатируемых на переувлажненных почвах с низкой несущей способность специально был разработан рисунок протектора [3]. Этот протектор был реализован на шине 1300х600-533, однако исследований по определению влияния давления воздуха и типа протектора на величину и характер распределения напряжений в пятне контакта не проводились. На основании выше изложенного целью данных исследований являлось проведение экспериментальных исследований по определению давлений эластичного движителя на поверхность качения и их соответствие экологическим требованиям.
В качестве критерия воздействия экологичного движителя на почву согласно ГОСТ 26955-86 принято максимальное давление. Определение давления шины 1300х600-533 с протектором «косая елка» в пятне контакта производилось на твердой опорной поверхности и в почвенном канале с применением тензометрических датчиков.
Среднее давление эластичной шины на жестком основании определялось согласно ГОСТ 2695386:
Чар =-^~, кПа (1)
К
где дар - среднее давление шины на опорную поверхность; 02 - нормальная нагрузка; р - контурная площадь контакта.
Площадь контакта на жестком основании определялась планиметрированием отпечатка шины, снятого на лист бумаги. Перед снятием отпечатка шина промазывалась специальным красящим составом. В момент снятия отпечатка фиксировалась радиальная деформация, нагрузка и давление воздуха. Отпечатки снимались на стенде СИБ-1М при фиксированных значениях давления воздуха при одной и той же нормальной нагрузке.
Обработка площадей контакта планиметром и расчет по формуле площади эллипса показали удовлетворительную, в пределах 3-5 %, сходимость результатов.
Зависимость контурной площади контакта и среднего давления в пятне контакта от давления воздуха при постоянной нагрузке 5,47 кН приведены на графике, рис.1. Анализ рис.1 показывает, что при увеличении давления воздуха в шине от минимально допустимого до номинального происходит прогрессивное снижение контурной площадь контакта, при этом среднее давление в пятне контакта линейно возрастает. Оптимальное давление воздуха в шине, составляет 20-30 кПа. При повышении внутри шинного давления с 20 до 30 кПа, контурная площадь контакта уменьшается с 2176, 2 см2 до 1858 см2, а среднее давление возрастает с 25,14 до 29,45 кПа.
Прядкин Владимир Ильич - ВГЛТА, канд. техн. наук, доцент, е-таіі: [email protected].
Рис.1. Зависимость контурной и фактической площадей контакта, среднего давления и радиального прогиба шины 1300х600-533 с протектором «косая елка»: 1,2 -соответственно, фактическая и контурная площади; 3 -среднее давление в пятне контакта; 4 - радиальная деформация шины
Для увеличения проходимости машины допускается кратковременное снижение давления воздуха до 10 кПа. Это дает увеличение опорной площади контакта до 3304,7 см2 и позволяет снизить давления на почву до 16,6 кПа.
Максимальное расчетное давление на почву колесного движителя согласно ГОСТ 26953-86 определяется по формуле:
q = q ■ K , кПа
-I max J-cp ’
где qcp - среднее давление шины на опорную поверхность; K - коэффициент продольной неравномерности распределения давления по площади контакта шины.
Согласно ГОСТ 26953-86 для новых высокоэластичных шин коэффициент продольной неравномерности распределения давления по площади контакта шины должен быть определен экспериментально при определении эпюр нормальных напряжений под эластичным движителем в почвенном канале. С этой целью были проведены дополнительные испытания по оценке давления колесного движителя на поверхность качения в почвенном канале.
Экспериментальные исследования по определению максимальных давлений движителей на почву проводились в соответствии с ГОСТ 26953-86. На подвижный стол стенда устанавливались борта, и в полученную емкость засыпался грунт. Для соответствия требованиям ГОСТ 26953-86, высушенная почва просеивалась через сетку, затем влажность почвы доводилась до полевой, но не более чем 22 % в слое 0-30 см. Твердость почвы соответствовала 1 удар по ударнику ДорНИИ.
По центральной продольной плоскости качения устанавливались тензометрические мембранные датчики давления, тарировка которых проводилась по образцовому манометру с пределами измерений 0-0,5 кгс/см2. Таким образом, снимались продольные эпюры максимальных давлений шины на почву при многократных проездах. Количество заездов устанавливалось опытным путем до получения стабильных результатов.
L = 520мм
| q, кПа
б)
L = 560мм
| q, кПа
в)
L = 570мм
'а, кПа
1 I
г)
е)
Рис. 2. Продольные эпюры давлений шины 1300x600-533 с протектором «косая елка» на почву при нагрузке 4,41 кН и давлениях воздуха соответственно: а - 60 кПа; б - 50 кПа; в - 40 кПа; г - 30 кПа; д - 20 кПа; е - 10 кПа
Анализ результатов испытаний (рис.2) показал, что при внутри шинных давлениях 60, 50 и 40 кПа продольные эпюры имеют параболическую форму, а при давлениях 30, 20 и 10 кПа эпюры принимают форму криволинейной трапеции. При переходе формы эпюры от параболической к криволинейной трапеции, шина реализует максимальный тяговый КПД 0,96, коэффициент неравномерности равен <^=1,47 < 1,5, а внутри шинное давление составляет 30 кПа.
Использованием внутри шинных давлений 40, 50 и 60 кПа обусловлен рост коэффициентов неравномерности эпюр давлений ^ > 1,5 и максималь-
ных давлений до дтак = 70 - 73кПа, что близко к максимально допустимому [ дтах ] = 80 кПа, выше
которого начинается потеря урожайности сельскохозяйственных культур [1].
Для давления воздуха 30 кПа, эпюры имеет свою оптимальную форму с большой площадью неравнобоких трапеций и минимальным коэффициентом неравномерности, равным 1,47.
Максимальное давление шины 1300х600-533 на почву, по результатам экспериментальных исследований составляет 70 кПа. Согласно ГОСТ 2695386, воздействие колесных движителей на почву в весенний период с влажностью 0,9 НВ и выше в слое 0-300 мм максимальные давление не должно превышать 80 кПа. Мобильные транспортнотехнологические средства оборудованные такими шинами по экологическим показателям удовлетворяют требованиям к машинам используемым в ранний весенний период на почвах с низкой несущей способностью.
Выводы
1 При переходе формы эпюры от параболической к криволинейной трапеции, шина реализует максимальный тяговый КПД, коэффициент неравномерности равен 1,47, а максимальными давления на почву равно 53 кПа.
2 Мобильные средства оборудованные шинами 1300х600-533 с протектором «косая елка», удовлетворяют требованиям к машинам используемым в ранний весенний период на почвах с низкой несущей способностью.
Литература
1. Русанов В.А. Проблема переуплотнения почв движителями и эффективные пути ее решения. М.: ВИМ, 1998. - 368 с.
2. Агафонов В.И., Седов М.В. Изменение площадей контакта пневмошин в зависимости от режима их качения. Сб. науч. Тр. ВИМ. Т. 118.- 1988. -С.164-169.
3. Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Протектор шины транспортного средства повышенной проходимости. Патент на изобретение. № 2399499 2009.
Воронежская государственная лесотехническая академия
INFLUENCE OF THE HARMLESS TIRE ON GROUND V.I. Pryadkin
In article results of bench tests of the tire of the extra-low pressure according to its influence on ground are resulted. It is established, that on ecological parameters the given tire meets the requirements for operation during the early spring period on ground with low bearing capacity
Key words: pressure, a protector, the tire of the extra-low pressure
