CC BY
10ГЛУБИНА КОЛЕИ И ПОТЕРЯ ПОДВИЖНОСТИ В РЕЗУЛЬТАТЕ БУКСОВАНИЯ _ГУСЕНИЧНОЙ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ
Борисов Вячеслав Алексеевич
к.т.н., доцент МГУЛ, г. Мытищи, РФ
Казначеева Наталья Игоревна
к.т.н., доцент МГУЛ, г. Мытищи, РФ
Акинин Дмитрий Вячеславович
к.т.н., доцент МГУЛ, г. Мытищи, РФ DEPTH GAUGE AND LOSS OF MOBILITY AS A RESULT THE SLIPPING OF THE CATERPILLAR FOREST MACHINES
Borisov Vyacheslav, Candidate of Technical Science, associate professor Kaznacheeva Natalia, Candidate of Technical Science, associate professor
Akinin Dmitry, Candidate of Technical Science, associate professor Moscow State Forest University, Russia АННОТАЦИЯ
В результате воздействия гусеничной лесозаготовительной машины на почву происходит ее деформация, что в свою очередь приводит к потере тяговой мощности и усилия и возможной полной потери подвижности.
Целью работы является изучение появления колеи вследствие упругой и пластической деформацией почвы. В результате проведенного анализа выявлено, что погружение задней части гусеницы будет прямо пропорционально пробуксовке и средней толщине слоя грунта, перемещающегося со скользящей гусеницы. ABSTRACT
As a result of exposure tracked forest machines on soil leads to its deformation, which in turn leads to loss of traction power and effort and possible complete loss of mobility.
The aim of this work is to study the emergence of a rut due to elastic and plastic deformation of the soil. In the result of the analysis revealed that the im-mersion of the back of the caterpillar will be in direct proportion to the slippage and the average thickness of the soil layer moving with moving caterpillars.
Ключевые слова: Гусеница лесозаготовительной машины, тяговая мощность, потеря подвижности, упруга деформация, пластическая деформа-ция
Keywords: Caterpillar forest machines, traction power, loss of motion, elastic deformation, plastic deformation
Погружение гусеничной лесозаготовительной ма- ным [3]. шины в результате деформации почвы приводит к Образование колеи происходит вследствие как
потере тяговой мощности и тягового усилия, а так же упругой, так и пластической деформацией почво-грун-
может вызвать полную потерю подвижности. Поэтому та (рис. 1). изучение данной проблемы представляется актуаль-
Р
Упругая деформация почво-грунта неопасна для гусеничной лесозаготовительной машины, кроме того упругая деформация незначительна.
При рассмотрении пластической деформации примем за основу для определения величины погружения h при давлении Р формулу Винклера-Гарстнера-Берн-
штейна [1] Р=к1Г,
где к, ^ - постоянные коэффициенты, зависящие от физико-механических свойств грунта, его строения, размеров опорной поверхности и т.д.
Величина погружения h1 определяется с помощью
уравнения
1п_1=^/(1^2 (3sin0+sin3 0-30^0) ) , где q - нагрузка на опорный каток (рис. 2);
D - диаметр опорного катка; (1) © - угол.
1 1 /Л 1 1 \ 1 1 N / /—°
1 / 1-Ь К
1
ч
Рис. 2. Схема распределения давления под опорным катком
Погружение Д^ второго опорного катка следующего за первым определяется таким же образом с помощью уравнения 1. Величина образования колеи Z с учетом натяжения гусеницы определяется с помощью уравнения:
Z=D/2 (^0-1+(12Р/(5Ь1^\Ь))), (2)
где Р - нагрузка на гусеничный движитель;
Ь- ширина гусеницы.
Однако погружение гусеничной лесозаготовительной машины возникает не только из-за упругой или
пластической деформацией почво-грунта. Пробуксовка гусеницы и вызываемое ею смещение почво-грунта приводят к погружению, характер которого отличается от углубления почво-грунта под действием вертикальной нагрузки [6].
Характер погружения в результате пробуксовки подобен выемке грунта (рис. 3), т.е. под действием гунто-зацепов гусеницы лесозаготовительная машины «закапывается».
направление движения
Рис. 3. Схема взаимодействия гунтозацепов гусеницы с поверхность движения
На рис. 4 показана схема, с помощью, которой определяется зависимость между тяговым усилием, свойствами грунта и величиной погружения, вызванного пробуксовкой.
Рис. 4. Расчетная схема при пробуксовке
Из схемы видно, что смещение грунта можно счи- вается от 0 до jmax за время пока гусеница находится в
тать идентичным выемки грунта. Смещение увеличи- контакте с грунтом (рис. 5).
__
Зтюс
I 5
Рис. 5. График изменения смещения грунта в зависимости от опорной поверхности
Таким образом, задняя часть гусеничной лесозаго- мальной величины в конце площади контакта с грун-товительной машины будет погружаться больше, чем том и равна 0 в самом начале ее (рис. 6).
Рис. 6. Схема образования колеи
Для определения максимального погружения Z рассмотрим деформацию грунта, вызванную гусеницей лесозаготовительной машины, при «гладкой» гусеницы и гусеницы с грунтозацепами высотой h . На рис.
7 показано перемещение частиц грунта при «гладкой» гусеницы и на рис. 8 гусеницы с грунтозацепами высо-
той h .
д
с; -
X /
V. ._
Рис. 7. Схема деформации грунта при «гладкой» гусеницы
л
Рис. 8. Схема деформации грунта грунтозацепами высотой h
С одной стороны максимальное расстояние сдвига jm равно
jm=vs•t, (3)
где - скорость буксования;
t - время, в течение которого происходит буксование.
Поскольку
Ув=УГУа , (4)
где V и vг - теоретическая и действительная скорости передвижения.
;т = Ма И (5)
С другой стороны
t=S/vt ,
где S - площадь контакта. Отсюда
jm=S•(1-Va/Vt ^5,(6) где 5 - буксование.
Величина деформации грунта, которая происходит в любой точке, расположенной на расстоянии Х от переднего конца площадки контакта с грунтом будет составлять j=j Х^ .
Объем грунта, выбрасываемый определенными участками гусеницы, может быть определен как
Ь^б^Ь^Б, (7)
где Ь - ширина гусеницы,
и Z=h1•б . (8)
Таким образом, погружение Z (рис. 6) задней части гусеницы будет прямо пропорционально пробуксовке б и средней толщине «граничного слоя» грунта, перемещающегося с пробуксовавшей гусеницей. Очевидно, что такой слой будет гораздо тоньше в случае при-
менения «гладких» гусениц, чем когда гусеницы снабжены высокими грунтозацепами.
Последняя формула показывает, что и гладкая гусеница будет закапываться в грунт в меньшей мере, чем гусеница с грунтозацепами, что соответствует практическим наблюдениям.
Рассмотрим погружение гусеничной машины в результате пробуксовки (рис. 9).
1 ,, / 1
Рис. 9. Схема погружения машины при буксовании
Если принять, что первоначальное погружение равно z0 и что нагрузка распределяется вдоль гусениц равномерно, как например, у сельскохозяйственных тракторов, то необходимый просвет Z под днищем (клиренс) может быть определен как
Z=Zo+Z1=Zo+hгб . (9)
Уравнение действительно, если угол а не очень велик. Величина этого угла определяется на основании функции
tan-1а=Z1/S=(h1•б)/S .
При средней величине Z1/S=0.05 и при буксовании (100 %) а = 5°-6°. Наклон выравнивается при достижении буксования 100 %. По площадке контакта j не увеличивается от 0 до jmаx . поскольку машина потеряла подвижность, то величина jm не является постоянной в какой-либо точке. Таким образом, грунт вынимается равномерно по всей длине гусеницы S в количестве Ь-^-Б на каждый оборот гусеницы, и машины погружается в горизонтальном положении, если равномерное давление на грунт не наряжается.
Фактический наклон (подъем передней части) гусеничной машины, когда она погружается из-за сильной пробуксовки, следует отличать от рассматриваемого идеального случая. Такой наклон может быть вызван неравномерным распределением нагрузки по площади контакта с грунтом (перегружена задняя часть) или действием момента внешних сил [5].
Литература:
1. Гоберман В.А., Гоберман Л.А. Колесные и гусе-
ничные машины. Математическое моделирование и анализ технико-эксплуатационных свойств: Учебное пособие. - М.:МГУЛ, 2002. - 322 с.: ил. 92.
2. Лесотранспорт как система водитель - автомобиль - дорога - среда: учеб. пособие / В.К. Курьянов, А.В. Скрыпников, В.А. Борисов. - М.: ГОУ МГУЛ, 2010.
- 370 с.
3. Борисов В.А., Акинин Д.В., Казначеева Н.И. Анализ характеристик динамических воздействий на лесные машины при погрузочных и других технологических операциях, В сборнике: Проблемы и перспективы технических наук Сборник статей Международной научно-практической конференции, Уфа, 2015. С.28-34.
4. Исследование гидропривода технологического оборудования лесозаготовительных машин / Камусин А.А., Казначеева Н.И., Борисов В.А., Акинин Д.В. Вестник Московского государственного университета леса
- Лесной вестник. 2014. № S2. С. 119-121.
5. Способы снижения динамических нагрузок, действующих на гусеничную лесозаготовительную машину /Акинин Д.В., Казначеева Н.И., Борисов В.А. В сборнике: Проблемы и перспективы технических наук, Сборник статей Международной научно-практической конференции. Уфа, 2015. С. 3-12.
6. Лесные машины и почвенная часть лесной экосистемы /Акинин Д.В., Казначеева Н.И., Борисов В.А. В сборнике: Наука третьего тысячелетия, Сборник статей Международной научно-практической конференции. 2015. С. 23-31.
