Теоретическое исследование динамической нагруженности резинометаллических шарнирных соединений гусеничного движителя с ограничителями радиальной деформации

Коростелев Сергей Анатольевич; Вербилов Алексей Федорович; Ковалев Виталий Витальевич

УДК 629.3.027.74 : 539.3

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ШАРНИРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯ С ОГРАНИЧИТЕЛЯМИ РАДИАЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИИ

1 Алтайский государственный технический университет им. ИИ. Ползунова,

г. Барнаул

2 Барнаульский юридический институт Министерства внутренних дел России

Поступила в редакцию 24.03.2012

Приведены результаты расчета динамической нагруженности резиновых элементов резинометал-лического шарнирного соединения звеньев гусеничного движителя с ограничителями радиальной деформации.

Ключевые слова: гусеничный движитель, резинометаллический шарнир, динамическая нагружен-ность

Движение гусеничной машины сопровождается различного рода колебательными процессами, обусловленными неравномерностью перемещения гусеничного обвода, неравномерностью физико-механических свойств грунта, колебаниями крюковой нагрузки и прочими факторами. Неравномерность нагружения гусеничного обвода связана в большей степени с конструктивными особенностями данного типа движителя: звенчатость гусеничной цепи, наличие дезаксиального механизма ведущего участка. Одним из наиболее нагруженных элементов гусеничного обвода звенчатого типа является шарнирное соединение звеньев. Конструктивно шарнирное соединение может быть выполнено в виде простого металлического соединения, ре-зинометаллического шарнира или резинометал-лического соединения с ограничителями радиальной деформации. Применение резинометал-лического соединения исключает попадание абразивных частиц к трущимся поверхностям и существенно снижает динамическую нагру-женность деталей. Однако применение резиновых элементов в соединениях увеличивает податливость гусеничной цепи, что приводит к

Коростелев Сергей Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобили и тракторы». E-mail: korsan73@mail.ru

Вербилов Алексей Федорович, кандидат технических наук, доцент кафедры огневой и технической подготовки. E-mail: bubushka@mail.ru

Ковалев Виталий Витальевич, кандидат технических наук, доцент кафедры огневой и технической подготовки. E-mail: vit-kov@mail.ru

увеличению шага. Поэтому в перспективных конструкциях соединений применяют ограничители деформации в виде металлических колец (рис. 1). Введение в силовую схему резиновых вязкоупругих элементов существенно изменяет характер колебательных процессов. Важной задачей при моделировании колебательных процессов при работе гусеничного движителя является учет всех силовых факторов, возникающих при взаимодействии его элементов.

Рис. 1. Фрагмент резинометаллического соединения с ограничителями радиальной деформации

В работе [1] приводятся результаты экспериментальных исследований податливости гусеничных цепей с шарнирными соединениями различных типов. На рис. 2 показаны жест-костные характеристики различных резиноме-таллических шарниров, имеющие нелинейный

вид. Обусловлено это тем, что на начальном этапе растяжения гусеничной цепи в шарнирах выбираются зазоры (линейный участок в начале графика). Затем происходит значительный рост жесткости шарнира, обусловленный прогибом пальца звена.

? ; / 1

1

и /

л мТ (4

А г (

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Л1: лш

* - 1РМШ ----2 РМШ ---ЗРМШ

Рис. 2. Радиальная жесткость резинометалли-ческих шарниров различных конструкций

При моделировании динамических процессов гусеничного движителя необходимо учитывать момент контакта ограничительного кольца с проушиной звена. При взаимном угловом смещении звена и пальца возникает сила трения, пропорциональная силе нормального давления в зоне контакта (рис. 3), поэтому дополнительными силовыми факторами будут являться силы трения и моменты этих сил, дополнительно нагружающие смежные элементы. Для исследования данного явления была использована плоская динамическая модель ведущего участка гусеничного движителя трактора Т250, учитывающая массу и момент инерции арматуры шарнира, а так же разные значения жесткости и демпфирования резиновых элементов [3].

Рис. 3. Взаимодействие проушины звена и ограничителя радиальной деформации шарнира

Рис. 4. Плоская модель ведущего участка гусеничного движителя: 1,3,5,7 - звенья цепи; 2,4,6,8 - шарниры; 9 - ведущее колесо (звездочка)

Связь между элементами гусеничного движителя реализуется в виде упругих, вязко-упругих соединений или абсолютно жесткого контакта. Резинометаллический шарнир рассмотрен в виде отдельной массы, связанной с сопрягаемыми звеньями упругими и демпфирующими связями. Жесткостные и демпфирующие параметры резиновых элементов двойных и тройных проушин характеризуются коэффициентами радиальной и угловой жесткости, а также коэффициентами радиального и углового демпфирования. Нагруженность шарнирного соединения характеризуется динамическим растягивающим усилием Рд и закручивающим моментом Мд, действующими на ре-зинометаллический шарнир со стороны проушины звена.

Для расчета динамической нагруженно-сти элементов шарнирных соединений использовался программный комплекс ВТЯЛК [3, 4], который разработан для исследования динамических процессов, происходящих в элементах гусеничного движителя при различных вариантах внешнего воздействия. В алгоритм программного комплекса внесены изменения, позволяющие учитывать нелинейность жестко-стных характеристик шарнирных соединений, а также работу ограничителей радиальной жесткости. В качестве внешнего воздействия принят крутящий момент, действующий на ведущем колесе (рис. 5).

О 0.05 0.1 0.15 0.2 0,25 03 0,35 Время, с — Эксперимент — Линеаризация

Рис. 5. Изменение крутящего момента на ведущем колесе

Проведены расчеты динамических перемещений, растягивающих усилий и закручивающих моментов, возникающих в резиновых элементах шарнирных соединений. В качестве примера на рис. 6 приведены графики изменения закручивающего момента резиновых элементов 4-го шарнира. Для сравнения на данном рисунке приведен график закручивающего момента в случае отсутствия ограничителей радиальной деформации.

\

л"1 m

K' /t 1 j \ / VA vi

\ \ }

V/

О 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

-Резиновые элементы д войны*

--Реэинсвыедлеме^ы двоИных проушин бег учета ограничителей

---Резиновые элементы ТрОйныл ПрОушИн

Рис. 6. Нагруженность резиновых элементов 4-го шарнира

Выводы: в определенный момент времени резиновые элементы тройных проушин испытывают большее нагружение закручивающим моментом, чем элементы двойных проушин. Связано это с тем, что жесткость резиновых элементов тройных проушин больше жесткости элементов двойных проушин, поэтому двойные проушины раньше вступают в контакт с кольцами ограничителей. В зоне контакта возникают силы трения, моменты

которых препятствуют дальнейшему росту закручивающего момента резиновых элементов двойных проушин. Различие динамической нагруженности приводит к неравномерному износу резиновых элементов и снижению общего ресурса шарнирного соединения. Это следует учитывать при конструировании элементов гусеничного движителя.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Барсуков, Ю.Н. Влияние резинометаллической гусеницы на динамические нагрузки в силовой передаче и гусеничном обводе трактора класса 3т / Ю.Н. Барсуков, Л.Н. Беседин, А.Т. Болгов, Н.А. Толчинский // Сб. науч. тр. АПИ, Барнаул. 1973. Вып. 23. С. 56-65.

2. Вербилов, А.Ф. Оценка динамической нагружен-ности элементов гусеничного движителя с учетом нелинейности жесткостных параметров ре-зинометаллических шарниров / А.Ф. Вербилов, В.А. Дружинин // Совершенствование систем автомобилей, тракторов и агрегатов: сб. статей. / Под ред. к.т.н., проф. В.А. Дружинина. Академия транспорта РФ, АлтГТУ им. И.И. Ползунова. -Барнаул: Изд.-во АлтГТУ, 2000. С. 10-15.

3. Вербилов, А.Ф. Оценка влияния параметров РМШ на неравномерность нагружения шарнирного соединения звеньев гусеничной цепи / А.Ф. Вербилов, С.А. Коростелев, В.В.Ковалев // Под ред. к.т.н. доцента С.А. Коростелева / Российская Академия транспорта, АлтГТУ им. И.И.Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2006. С. 38-50.

4. Коростелев, С.А. Определение динамических нагрузок в шарнирном соединении траков гусеничной цепи (DTrak) / С.А. Коростелев С.А., А.Ф. Вербилов, В.В. Ковалев // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007610029. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 9 января 2007.

THEORETICAL RESEARCH OF THE DYNAMIC LOADING OF RUBBER-METAL JOINTS IN CATERPILLAR MOVER WITH LIMITERS OF RADIAL DEFORMATION

Results of calculation the dynamic loading of rubber elements in rubber-metal joint at caterpillar mover links unit with limiters of radial deformation are resulted.

Key words: caterpillar mover, rubber-metal joint, dynamic loading

Sergey Korostelev, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor at the Department "Automobiles and Tractors". E-mail: korsan73@mail.ru Aleksey Verbilov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor at the Department of Shooting and Technical Training. E-mail: bubushka@mail.ru Vitaliy Kovalev, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor at the Department of Shooting and Technical Training. E-mail: vit-kov@mail.ru