CC BY
37
ЭНЕРГОЕМКОСТЬ ПОВОРОТА ОПОРНЫХ КОЛЕС ЛЕСНОГО ТРЕЛЕВОЧНОГО ТРАКТОРА НА ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Дроздовский Г.П., Волосунов М.В., Будевич Е.А. (УГТУ,, г. Ухта, РФ)
The question ofpower consumption of turn of wheel cars on a firm surface is considered at various ways of their turn.
Рассматриваются различные конструктивные принципы поворота колесного трелевочного трактора на твердой поверхности. Первый случай - поворот управляемых передних колес относительно их вертикальных осей при несочлененной раме трактора и второй случай - поворот передней колесной секции относительно вертикального шарнира сочленения секции рамы трактора (шарнирно-сочлененная рама трактора). Первый принцип поворота колес может включать различные конструктивные решения - за счет рулевой трапеции осуществления поворота колес (менее надежный на лесосеке), либо за счет индивидуального сервопривода поворота каждого колеса относительно оси по борту, согласованных по различным углам поворота в зависимости от радиуса поворота трактора.
Рассмотрим энергоемкость процесса поворота колес в сравниваемых вариантах.
Первый случай (условный) - поворот колес относительно их вертикальной оси на твердой поверхности (отсутствие колеи) сервоприводом; при этом воспользуемся методикой [1], рисунок 1.
Б - площадь контакта деформированного колеса с поверхностью (м2), Ьк - ширина контакта (м), Ьк - длина контакта (м),
- нормальная деформация шины от вертикальной нагрузки Рк (м), г0~ гс - свободный радиус колеса (м), гд - динамический радиус колеса (м).
Рисунок 1 - Параметры колеса и опорной зоны
Нормальная деформация шины от нагрузки Рк при давлении воздуха в шине Рw [1]:
h
KZ ■ PKA / ч ——K— ( м), 1 + P
(1)
W
где KZ - коэффициент вертикальной деформации шины от нагрузки, KZ = 0,08...0,12.
Длина площади пятна контакта шины колеса 1К (соответствующая плоскому контакту при деформации шины Иг)
1к - , (2) где гс - свободный радиус шины колеса выше оси вращения (м)
г - Д- - 2+Я(м),
где ДК - наружный диаметр колеса без нагрузки, d - диаметр обода колеса (м), Н - полная высота профиля шины (м).
Ширина площади пятна контакта шины колеса Ьк определяется на базе гипотезы Хедекеля [2] по уравнению:
ЬК =—
К х(го - Га )р ,
где Х - безразмерная константа шины, г0~ гс свободный радиус шины выше оси вращения (м), гд - динамический радиус шины (м),
1Л
где Го = гс~ ~ п ,
1 + 5иРш ,
где 5! и 5и табличные константы по типам шин (м2/кН) [2], т.е.:
Го < 1,015 гс; гi = г0 • Мкр (м),
о
где гк - обобщенный радиус качения шины в ведомом режиме, в общем виде равен [2]:
^0 _ „ Г0Р + 51Рк /,л ГК - Го - —--г—г-(м)
Го Р + 5 прк .
По формуле Уитбреда [2] (для широкопрофильных шин типа ДФ-12)
ГК - Го
С 1 ^
1 К з • Г
V 3 Го у
где ХК - коэффициент тангенцальной эластичности шины колеса (м/Нм); Мкр - реализуемый колесом подводимый крутящий момент (кНм); - давление воздуха в шине (кН/м )
Момент сопротивления повороту колеса на твердой поверхности относительно центра пятна контакта равен [1]:
5
м <РтРРКЬК
с™х „ ,л („ 2^2
зтл4 (1 -б2 )2
2(2 + £2 ) 1 + 6
2 2(2 + 6 . 46-6 + , ^ агс^
л/1 -62 л/1 -62
кН-м, (3)
л/а2 + Ь2 1к , ЬК
где 6--; а--К; Ь--К,
а 2 2
(ртр - коэффициент трения скольжения шины относительно поверхности в
зоне пятна контакта.
Критерий оценки энергоемкости поворота колеса на твердой поверхности на угол а по методике [3] с учетом действия давления гидрожидкости только в бес-штоковой полости гидроцилиндра равен:
P > 1,274 —^^-, (МПа) (4)
А ■ d2 ■ cosa
где А - плечо действия усилия гидроцилиндра сервопривода поворота колеса, dn - диаметр поршня гидроцилиндра сервопривода поворота колеса (м).
При сравнении энергоемкости поворота тех же колес в составе поворачиваемой передней секции (энергетическая секция в составе шарнирно-сочлененного трактора, типа Т-157 или Л-703), критерий оценки энергоемкости поворота определяется выражению [3]:
P > 1,274 -^g^-y4-L--(5)
B(d2 - 0,5d2Jcosa , ( )
где P- давление в гидроцилиндре сервопривода механизма поворота (излома рамы) (МПа); С-плечо поворота передней секции относительно оси сочленения секций рамы (м); fí-расстояние между креплениями на второй секции рамы гидроцилиндров механизма излома рамы в повороте; ^-коэффициент сопротивления поперечной деформации профиля шины (кН/м); 5-угол поперечной деформации профиля шины (рад).
Примеры расчета (на твердой поверхности без образования колеи).
Выбрана шина 1300 х 530 х 523. Нормальная деформация шины от нагрузки РК = 25 кН, PW = 300 кПа, Kz = 0,1 по фомуле (1) равна:
II
3/
0 1 ■ 2У4
0,1 25 = 0,061( м) 1 + 300
1,300 . . .
Длина площади пятна контакта шины при гс = —-— = 0,65( м) по формуле (2) равна:
4 = 2д/2 • 0,65 • 0,061 - 0,0612 = 0,55(м), Момент сопротивления повороту колеса по твердой поверхности при
а = ^ = ^у5 = 0,275(м) ; Ь = = 053 = 0,265(м) (упрощенный рас-
_ л/0,2752 + 0,2652 _ чет), £ = (у2Т5 = 0,26/, Фтр = 0,1 по формуле (3) равен:
М - 0,1- 25 • 0,535
с тах . ( , \2
3 • 3,14 • 0,554 (1 - 0,2672 )2
х
х no^ 2Í2 + 0,2672) 1 + 0,267
4 ■ 0,267 - 0,2672 + ) J- х arctg . ?
V1 - 0,2672 V1 - 0,267:
= 32 кН ■ м,
Критерий энергоемкости поворота колеса "Р" на твердой поверхности при dn 0,08м, А = 0,25м, а = 30° по формуле (4) равен:
32
Р > 1,274---= 29,4МПа
0,25 • 0,082 • еов30°
Варьирование диаметра поршня dn гидроцилиндра сервопривода дает соответственно следующие результаты: dn=0,1 м; Р > 18,8 МПа; dn = 0,15; Р > 8,37МПа
Критерий энергоемкости поворота передней секции шарнирно сочлененного трактора на твердой поверхности при Ку =280,5кН/рад; 3 = 7°(0,122 рад)
для двух колес передней оси;
dn=0,08 м и dш=0,04 м; С/В = 1,0; фТР = 0,1, а = 30° по формуле (5) равен [3]:
„ 5о • о,1 + 28о,5-о,122
Р > 1,274-^--- Ю,34МПа
(о,о82 - о,5-о,о42)-о,866
фтр = 0,4; Р > 14,24МПа, а при dn=0,15м, Р > 2,66МПа.
Второй способ поворота на твердой поверхности при dn=0,15 м по критерию энергоемкости поворота Р предпочтительней, чем первый способ поворота, т.к. он в три раза меньше.
С учетом экологических последствий анализ кинематики поворота колес по двум сравниваемым способам поворота в колее поверхности и по степени ее повреждения первый способ поворота колес является предпочтительным, т.к. не сопровождается значительным разрушением стенки колеи. Во втором случае имеет место значительное разрушение (смещение) объемов поверхности и рост энергоемкости поворота [3].
Литература
1. Смирнов, Г.А. Теории движения колесных машин [Текст] / Г.А. Смирнов. - М. Машиностроение, 1990. - 352с.
2. Петрушов, В.А. Сопротивление качению автомобилей и автопоездов [Текст] / В.А. Петрушов, С.А. Шуклин, В.В. Московкин. - М. Машиностроение. 1975. - 223с.
3. Дроздовский, Г.П. Энергоемкость поворота шарнирно-сочлененного трелевочного трактора [Текст] / Актуальные проблемы лесного комплекса: Сборник научных трудов № 21/ Дроздовский Г.П., Шоль Н.Р. - Брянск: БГИТА, 2008. - С. 190 - 195.
