Анализ сопротивления движению гусеничных машин по снегу Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

электронное научно-техническое издание

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Эя №ФС 77 - 30569. Государственная регистрация №0420900025. ISSN 1994-(HQS

Анализ сопротивления движению гусеничных машин по снегу # 08, август 2010

авторы: Аникин А. А., Барахтанов Л. В.

УДК 629.113

E-mail niitmttk@nntu.nnov.ru

ГОУ ВПО Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева

При движении гусеничной машины по деформируемому грунту силу сопротивления Рс можно разделить на две составляющие[1]:

p = p; + pf с1)

где P'f - сила внутреннего сопротивления; Pf - сила внешнего сопротивления. Внутреннее сопротивление включает в себя потери на перекатывание опорных катков по гусенице, на трение в шарнирах, в зацеплении, трансмиссии и т.д.

Потери такого вида, в основном, учитываются к.п.д. и при движении на малых скоростях по снежной целине составляют незначительную часть от общего сопротивления движению.

Основную долю в сопротивлении движению гусеничных машин по снегу составляет первое слагаемое. Внешняя сила сопротивления движению Pf включает в себя следующие составляющие[2]:

P = p + p + p + p + p + p + p (2)

f f0 ДН ^ 1 ]ДНД ^ 1 fnp ТР. 1 П ^ 1 КР ^ 1 w

где Р/с - сопротивление движению за счет вертикальной деформации снега гусеницы; Р/дн -сопротивление движению за счет деформации снега днищем машины; Р/далр -сопротивление движению за счет трения днища о снег; Рп-прочие за счет прилипания и примерзания снега к элементам ходовой части; Ркр.-сила тяги на крюке; Р^-сила сопротивления воздуха.

Сила сопротивления движению от вертикальной деформации снега гусеницами включает в себя две составляющие[3]:

И,деф.тах

Рс = Рс + Рс 2 = 2Ь \ д(И^И + 2Ь£ \ д(И^И,

(3)

7=1 И 7 -АИу

где Р/с 1- сила сопротивления, обусловленная деформацией снежного полотна пути под катком с наибольшим пиковым давлением; Р/с2 - сила сопротивления, обусловленная дополнительной деформацией снега, выдавливаемого в межкатковое пространство; hmaxдeф. - максимальная деформация снега под катком с наибольшим давлeниeм;h7■ - деформация снега под 7-м катком; АИ7 - высота снега, выносимого из зоны контакта в межкатковую область, в результате экскавационно-бульдозерных эффектов; q(h) - зависимость давления

qhmax

от деформации: и =

д + у\

(4)

где у - коэффициент начальной жесткости снега, характеризующий удельное сопротивление снега сжатию, представляет собой коэффициент жесткости (Н/м3) в начальной стадии деформации;Итах - коэффициент, характеризующий величину деформации снега при давлениях, соответствующих максимальному уплотнению.

Р/с1 = 2ЬуИ2

- 1п-

УИт

дт

УИтах + дтах УИтах + дтах J

(5)

где Ь- ширина гусеницы.

Р/ с2 = В 'У * Итах Е УП

7=1

1 + -

АИ

И

1 + дтах

тах V

А

тах J

АИ,

И

(6)

При погружении гусеницы в снег, превышающим дорожный просвет возникает дополнительная сила сопротивления Р/дн, обусловленная взаимодействием со снежным покровом днища корпуса. Это сопротивление складывается, в основном, из затрат на вертикальную деформацию снега Р/днД и трения о поверхность полотна пути Р/дн тр.Для определения составляющих Р/дн Д и Р/дн тр необходимо знать величину давления днища на снег qдн или величину погружения днища hдн в снежный покров, т.к. они однозначно связаны зависимостью (4).

G]

G

G

G]

дн

. Рис. 1.Погружение днища машины в снег

Условие равновесия машины, при погружении колеса, в снег превышающем дорожный просвет, имеет вид: С = Gк + Gдн (7)

где Ск - нагрузка, воспринимаемая движителем; Сдн - нагрузка, воспринимаемая днищем

С _ У • hтахh О . С _ У •ктах^ ~ k) О . (8) С _^^'С"н _ (8)

где Ок - активная опорная площадь движителя; Одн - опорная площадь днища; h погружение движителя; k - дорожный просвет.

После ряда несложных преобразований получим:

h = 0,5[ь - (Ь2 - 4ас)12 ]• a- (9)

где Ь = (7С + yhk + ) + G(2hmx + k)

а = G + 7^ + £)(Ях + Бдн )

С = ^тах (hmax + k) + 7^ах ^ДН

Соответственно: Лцн = h - k. Сила сопротивления за счет вертикальной деформации снега днищем подсчитывается по зависимости:

Д|

Pf = b fq ■ dh; (11)

f днД дн J ^Дн ' v '

где Ьдн - ширина днища; qдн - давление днища машины на снег. Используя зависимость «нагрузка - осадка» :

h = qAax ; (12)

q +yh

1 дн I max

после вычисления интеграла (11) получим:

У hmax qm

P = Л ■у ■ h

f днД дн ' 1

■ у ■ Л;2

max

- ln-

7 • ^ах + Ядн 7 • ^ах + Ядн Сопротивление движению за счет трения днища о поверхность полотна пути определяется как:

Р днтр = С + Я дн • tg V ^

где са, tgфa - параметры характеризующие трение материала корпуса о снег.

Сила сопротивления от крюковой нагрузки возникает при буксировании колесного или лыжного прицепа. При буксировании колесного прицепа силой сопротивления движению от экскавационно-бульдозерных эффектов можно пренебречь, в силу ее малости, и определить силу тяги на крюке, как силу сопротивления, обусловленную деформацией снежного полотна пути колесами прицепа:

Ркр = Р^ = ь-у- К

1п

у-К

Чп

у-К + а у-К + а

I шах 1 п I шах 1 п

где Ь - ширина колеса; ап - давление колеса на снег. При буксировании лыжного прицепа сопротивление движению зависит от физико-механических свойств снега и конструктивных параметров лыжи. Сила сопротивления движению включает в себя следующие составляющие [4]: силу смятия под носком лыжи Рсм, силу среза кромки носка лыжи Рср, силу трения материала подошвы лыжи о снег Ртр и силу сопротивления объема снега, перемещаемого при образовании следа Ра.

Рсм = В!Кdh-dl; Рср = ^; Ртр =Ц-Gл; Ра = кВ^-КСн2

где асм - сопротивление снега смятию; аср - сопротивление снега срезу; £ -площадь среза; Gл - нагрузка, приходящаяся на лыжу; д - коэффициент трения подошвы лыжи о снег, к - коэффициент, учитывающий плотность снега; В - ширина лыжи; Усн -скорость перемещения снежных частиц при деформации снежного покрова; Ь - длина образующей носка лыжи. Силу сопротивления воздуха Р№ можно не учитывать, т.к. движение машины по снегу происходит с небольшими скоростями.

2

Pf, кН

6

4

2

У

/ -^- г

Pfd ^^ Роди

/

0,2

0,45 0,70 0,95 Н, м

Рис. 2. Зависимость составляющих сопротивления движению от высоты снега На рис.2. приведены результаты расчета сил составляющих сопротивления движению, связанных с деформацией снега под катками (Рш), в межкатковом пространстве (Р&2), силы сопротивления от днища корпуса (Ре,н) и силы внешнего сопротивления (р).

В целом, проведенные для целого ряда гусеничных машин с полной массой 1,5 до 14т, расчеты показали, что составляющие сопротивления движению распределяются следующим образом: сопротивление сил деформации снега колесом - 55 ... 90%, сопротивление от экскавационно-бульдозерных эффектов - 10 ... 40%, сопротивление, обусловленное взаимодействием со снежным покровом днища корпуса - 0.60%.

Список использованных источников

1. Забавников Н.А. Основы теории транспортных гусеничных машин. - М.: Машинострение, 1975. - 448 с.

.2 Снегоходные машины /Л.В. Барахтанов, В.И. Ершов, С.В. Рукавишников, А.П. Куляшов. - Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1986.191 с.

3. Аникин А.А., Барахтанов Л.В., Донато И.О. Проходимость гусеничных машин по снегу. - Н.Новгород.: Изд-во «Омега» 2009. - 362с

4. Шишкин В.В. Проходимость лыж // Труды совещания по проходимости колесных и гусеничных машин по целине и грунтовым дорогам. - М.: Изд-во АН СССР, 1950. - С. 338-344.