Энергетический анализ работы колесного движителя лесотранспортных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ КОЛЕСНОГО ДВИЖИТЕЛЯ ЛЕСОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Синицын С.С. (БГИТА, г.Брянск, РФ)

The power analysis of process of a rolling reduced Pneumatic sprocket in led and free Conditions. It is analytically justified rational Constructive variant of power transmission a wood transport Machines.

В статье анализируются энергетические показатели процессов взаимодействия пневматического колеса в ведомом и свободном режимах с деформацией опорной поверхностью. Разработаны аналитические зависимости, позволяющие численно оценить уровень энергозатрат на качение колес в ведомом и свободном режимах. Проведенные расчеты доказали преимущество работы колес полноприводного движителя в свободном режиме и позволило обосновать рациональный тип силовой передачи колесных лесотранспортных машин.

Отличительной чертой колесных лесотранспортных машин является применение многоприводных ходовых систем. Переход на многоприводность усложнил структуру системы «трансмиссия -движитель», что ставит ряд новых задач в решении проблемы прогнозирования качества машин на стадии их конструирования. И одна из этих задач заключается в обосновании оптимального варианта схемы привода к колесам, обеспечивающей минимальный уровень энергозатрат на передвижение, что является общепризнанным критерием совершенства мобильных машин.

В настоящее время энергетическое обоснование конструктивных вариантов машин дается, в основном, лишь только на уровне сопоставимости потерь в силовой передаче от кинематического несоответствия и совершенно игнорируется влияние режима качения колес на энергозатраты в пятне их контакта с опорной поверхностью. Поэтому очевидна необходимость исчерпывающего теоретического анализа энергетических характеристик системы «трансмиссия-движитель-опорная поверхность» на предмет обоснования варианта привода колес, обеспечивающего минимум энергозатрат на передвижение. Для этого необходимо сопоставить потери мощности на качение колес в ведомом Ии свободном режимах. Причем, целесообразно проанализировать энергоемкую и трудноопределяемую составляющую энергозатрат на вертикальную деформацию грунтов (колееобразование).

Для решения поставленной задач используем функциональные зависимости, отражающие влияние конструктивных и эксплуатационных параметров системы «движитель-опорная поверхность» на потери энергии при работе в ведомом [1] и свободном [2] режимах.

Согласно работе [1] для ведомого колеса мы имеем

ce h

Р О _ L Ь п Г

/г + или

сек

N° =Р°, •соКг°К= СвПг -ркг°к т

/г /г Я К ^ + * (1)

где с, ¡л - параметры грунта; в - условный эквивалент ширины шины; Иг - глубина колеи; Н0 - базовая деформация грунта; сок - угловая скорость вращения колеса; г°к - радиус качения колеса в ведомом режиме.

Используя из работы [2] формулу для определения работы колееобразова-ния, а именно:

А =

I- Г ,

4 тг^гвсН^2 ^

+ (2)

2

Определим вид зависимости для фиктивной силы сопротивления качению колеса в свободном режиме:

Г

А 24тгвсН^2 м

р с ^__^ V/«- ,, г

2кг\ + (3)

2

Тогда мощность колееобразования равна

-\т с ТЛ С ТЛ с с 2^-вС к Мг+2 СО К

N = Р,„у = Р, „со г г г, -- г к

г

1 /г + З

/Г'1 1гу-1 1гш кг к -- 41 + 1- 7 , (4)

О Г1 ^ 1 _ 1 ц + А

2

где Г(х) - гамма функция для соответствующего параметра; гск - радиус качения колеса в свободном режиме.

Соотношение энергоемкостей колееобразования ведомого и свободного колес оценим показателем км\

N °г к =_

н Ксг ' (5)

] Г

После подстановки значений N / г и N / г и некоторых преобразований получаем

2

к ы =

N

I.

ее Нмг+1 со Кг°К

Г

/и+А 2

N°.

1 Г

км0 ^ + 2^ескмг+2 т к г

/л+Ъ 2

Г

г

К

¡л+\ 2

24ж к г Г

/и + 3

Определим численную величину соотношения мощностей для исходных данных из работы [1].

к N ~

N

Г

г

/и + 4

К

я-н

Г

Ш

0,5 + 4 2

N

2 к

Г Г м + ъ

2 уГтг Н „ Г

0,5 + 3

2 2 где R - свободный радиус колеса; hш - вертикальная деформация шины. С учетом того, что [3]:

Г 0 5+4 = Г 2 25 = 1,25 Г ,25 = 1,25 ■ 0,906;

Г

= г =0 919

0,5 + 3 ^ 1,75

получаем

(6)

к

N

N

N

0,5 - 0,05 , 0,906 , ^ -1,25- —-= 1,56

2-1,77-0,1

0,919

При использовании для гамма-функции ее приближенного значения по формуле Стирлинга [3], а именно:

Г,

+1

ГхУ

л/2

ж

(7)

получаем:

Г Г ^ + \ =

¡и + \

ц + \ /Л + \

2 е 2

= д/я" р+

Г = Г + 1 =

1 /г+4 1 м+2

[л + 2 2

/1+2 /1+2

2 е 2

= ^ж р + 2

2 2

Тогда отношение гамма- функций приобретает следующий вид:

о

о

2

о

о

2

с

2

2

0

Г

с

Г

2

2

Г

/л + 4

// + 1

2

/л+2

¡л + 2

е 2 у/ж $1 + 2

Г

/¿ + 3

// + 1

2

// + 1

уЫ + 1

е 2 ф +2

/л+2

51/+ 2

Г-1

\2 у

/л+2

+ 2 2 • е

/л-1

+ 1__2

1

Г-1

ч2 у

/¿+1

51/ + 1 2 • е

л/2^ V

51/+ 2

77+3

5^ + 1

77+2

Окончательно

№ к = /г

Г

К

N

№

1У / Г

<1/ + 2

72+3

2л/тг/г Г л/2е ]1 р + 1

72+2

1

1 <1/ + 2^+3 Л -к

(8)

Ш

В результате расчета по тем же исходным данным получаем:

0,5

к ЛГ —

^ Г

N

1

2,5

3,5

0,05

8-3,14-2,72 1,5

2,5

0,1

= 1,63.

Отличие результатов расчетов соотношения энергозатрат по точному и приближенному варианту вычисления значений гамма- функций составляет:

1-63"1'56.100 = 4,3%.

П

1,63

Такое незначительное расхождение свидетельствует о инвариантности приближенного выражения. Это делает предпочтительных его применение, поскольку оно исключает табличное определение значений гамма- функций.

Таким образом, как показали результаты вычислений соотношения энергозатрат, потери мощности ведомым колесом на деформацию грунта в полтора раза превышают аналогичные потери при качении колеса в свободном режиме. Поэтому, вполне обоснованно можно рекомендовать для многоприводного движителя вариант силовой передачи, обеспечивающий постоянную работу всех колес в свободном (ведущем) режиме. Причем, оптимальным вариантом, по нашему мнению является блокированный привод с автоматической ликви-

2

2

2

2

2

2

2

2

2

0

1

дацией кинематического рассогласования в системе «трансмиссия - движитель - опорная поверхность».

Литература

1. Синицын С.С., Буров П.А. Уменьшение сопротивления качению колесного движителя по деформируемому основанию // Эксплуатация лесовозного подвижного состава: Меж-вуз. сб. - Свердловск, 1987.

2. Синицын С.С. Энергетический принцип оптимизации качественных характеристик колесных транспортно-технологических машин // Проблемы повышения качества промышленной продукции: Межвуз. сб. - Брянск, 1998.

3. Справочник по специальным функциям. - М.: Наука, 1979.