Исследование механических процессов циклического уплотнения почвогрунта при динамических нагрузках Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

В.Я. Шапиро, И.В. Григорьев, А.И. Жукова, В.А. Иванов

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЦИКЛИЧЕСКОГО УПЛОТНЕНИЯ ПОЧВОГРУНТА ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ1

В статье рассмотрены вопросы динамического нагружения почвогрунта трелевочными системами на базе колесных лесопромышленных тракторов. Использованы аппарат преобразований Лапласа, спектрального анализа и дифференциальных уравнений механики грунтов. Установлены закономерности циклического уплотнения почвогрунта от динамического воздействия.

Общая постановка задачи. Рассмотрим динамическую систему воздействия колесного трактора на почву в рамках математической модели колебательного движения [1] с тремя степенями свободы: вертикальными перемещениями г, продольно-угловыми ф и поперечно-угловыми ц перемещениями кузова (рис. 1). Суммарная сила тяжести трактора в и пачки 0 приложена к центру тяжести системы и направлена вдоль оси г, воздействуя через шины на почву. Трактор на первом этапе исследований будем рассматривать с симметричной подвеской, причем все жесткости и вязкости имеют линейные характеристики с коэффициентами жесткости т, и коэффициентами сопротивления шин д, і = 1, 2, 2п = 6.

Рис. 1. Схема динамической системы

При наезде на микронеровность профиля дороги колеса трактора переместятся на величины у, а центр тяжести - на величину г. Перемещения уі = / (-т) являются случайными функциями воздействия от профиля дороги к кузову трактора, причем запаздывания т определяются как

/ - /

Т = ^, (1)

и

1 Часть материалов данной статьи получена при выполнении НИР по гранту Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых МК-2068.2005.5.

где li - расстояние от центра тяжести трактора до оси переднего колеса;

i - то же расстояние до оси i-го колеса; и - скорость движения трактора.

При рассмотрении задачи уплотнения почвы под действием динамических и статических сил на первый план выходят проблемы определения частотных характеристик колебательного процесса, а именно,

скорости колебаний &(t), поскольку с квадратом этой величины связаны как кинетическая энергия динамического воздействия, так и возникающие напряжения динамического удара движителя по почве.

Система дифференциальных уравнений, описывающая линейные вертикальные и продольноугловые колебания подрессоренного трактора, подробно рассмотрена в [2] и сводится посредством преоб-

разований Лапласа к решению системы линейных алгебраических уравнений относительно комплексной переменной s = a + ico, где ш - собственная частота динамической системы. Таким образом Лапласово

изображение L скорости вертикальных колебаний Z(t) дает в комплексных переменных величину

k(s ) = b[k(t)], (2)

которая связана с изображением величины вертикальных колебаний следующим соотношением:

&(s) = z(s) • s. (3)

Изображение скорости линейных вертикальных колебаний представляет собой произведение передаточной функции скорости W(s) на изображение F(s) функции воздействия f(t). Для симметричной подрессоренной системы передаточная функция

2n

£ (s + m)

W (s ) = —**--------------, (4)

mp s2 + axs + a2

2 n

-T; S 1 2П

V -Ts 1 -én 1 -Л

где c = у e i ; тр - подрессоренная суммарная масса трактора и части пачки; a = _ у ц = _ у ц ;

>=1 1 mp ¡=1 i mp ¡=1 i

1 2n 1 6

ax =-----У m¡ = У m¡

mp ¡=1 mp ¡=1

Принимаем синусоидальное внешнее воздействие в виде

f (t ) = H sin (a1t, (5)

где Н - максимальная амплитуда отклонения профиля дороги от условной горизонтальной плоскости, проведенной через самую низкую точку профиля; - частота внешнего воздействия (вынужденных колеба-

ний) профиля дороги. Тогда изображения этого воздействия определяется как

F (s) = H-^Ц. (6)

S + щ

В конечном итоге с учетом выражений (4)-(6) получим соотношение для определения z(s)

2n

у (us+m)

i,s)-=CJÍ-^y------------------------------------------------------. ,7)

mp s + щ s + as+a2

Для перехода от передаточной функции к частотной характеристике достаточно принять s = ico.

Вещественная часть комплексного выражения (7) будет являться действительной амплитудно-частотной

характеристикой скорости вертикальных колебаний, которую обозначим как A. (ia>)

A М =

_ Нщ

mp

K°2 + Сщ , (8) M + N

СО со

где Кш, Сш, Мш и Nu - коэффициенты, определяемые из следующих соотношений:

2п г -|

Ка = Е [ 8[ [ а) - А а2 008 (т а}

I = 1

Cа = Е [[ 008 [ а )- Д.а 2 8Ш (Т а }

г‘ = 1

М а = ( - а 2 }2 - а 2 }

N а = (2 - а 2) а.

(9)

О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Относмтел>ная частота ¡ц/ _ ^

/И1

Рис. 2. Зависимость относительной амплитуды скорости вертикальных колебаний от а - относительной частоты (т, = 100 кГ/см; у, = 3000 кГс/м): 1 - и = 1 м/с; 2 - и = 2 м/с; 3 - и = 4 м/с

На рисунке 2 представлены зависимости относительной амплитуды ~А% = от относительной частоты а/ при различной скорости движения трактора и и значениях параметров осей /1=1,5 м; /2=0,5 м;

/а

/з=4,5 м. Как видно из рисунка 2, с ростом скорости движения в резонансной области динамические характеристики колебательных процессов резко снижаются (более чем в два раза). Безразмерная величина Аь в статистической динамике сельскохозяйственных машин [3] получила название коэффициента демпфирования, поскольку оптимальный подбор собственных колебаний системы по отношению к вынужденным позволяет в 5...7 раз снизить амплитуду скорости, т.е. снизить силовое динамическое воздействие на почву. В этом смысле величина А% несет нагрузку и коэффициента динамического усиления скорости амплитудных колебаний системы.

На рисунке 3 приведены зависимости относительной амплитуды от жесткости рессор (а) и сопротивления амортизаторов (б) в дорезонансной (1) и зарезонансной (2) областях. Как следует из результатов расчетов (рис. 3,а) при постоянном сопротивлении амортизаторов т = 150.400 кГ/см относительная амплитуда

Аь сохраняет практически постоянное значение 0,85.0,9 в дорезонансной области, тогда как в зарезонансной она снижается в 3.4 раза до значений 0,2.. .0,4. При постоянной жесткости рессор т = 100 кГ/см влияние сопротивления амортизаторов представлено на рисунке 3,б, который свидетельствует о том, что в

дорезонансной области (кривая 1) с достижением у величин более 3000 кГс/см относительная ампитуда А% превышает значение 1 и далее возрастает по логарифмическому закону. В зарезонансной области также наблюдается логарифмическое изменение величины Аь, но в меньшем диапазоне значений 0,5.1. Данный вывод совпадает с выводом [2], где отмечается, что амортизаторы оказывают наибольшее влияние на амплитудные значения скоростей, чем жесткость рессор, причем чем больше сопротивление амортизаторов, тем выше наблюдается амплитудно-частотная характеристика как в дорезонансной, так и зарезонансной

областях. В пределе при а амплитудная частотная характеристика стремится к постоянному значению, равному Ср/ .

/тР

Динамические напряжения Од на границе раздела «грунтозацеп - почвогрунт» по сравнению со статическими нагрузками Ос определим через соотношение соответствующих акустических жесткостей с учетом коэффициента динамического усиления:

2

1 +

А

а

(10)

где К - акустическая жесткость материала грунтозацепа, равная 1,2-1200 т/м2-с;

К - акустическая жесткость грунта, равная 0,8-800 т/м2-с, т.е. коэффициент акустического преломления

2

kl=--------А =0,615.

1+ А

А

б

Рис. 3. Зависимость амплитуды скорости от жесткости рессор и сопротивления амортизаторов: 1, 2 - расчетные кривые; 3 - полиноминальная аппроксимация;

4 - логарифмическая аппроксимация

=

Статическое давление Ос из уравнения предельного равновесия определим как

( + Q))

ас = , , (11)

где Л - коэффициент сопротивления качению, равный 0,1...0,4;

Гг - суммарная площадь грунтозацепов, равная 0,24 м2 при шести нагруженных грунтозацепах.

При суммарной силе тяжести в 190 кН расчетное давление Ос составляет 79 кПа.

Переходя к рассмотрению процессов уплотнения вязкопластического почвогрунта под действием динамических нагрузок, отметим, что деформации е будут протекать не мгновенно, а в течение короткого, но конечного периода времени. Перестройка структуры среды, именуемая в механике грунтов переупаковкой, представляет собой сложный внутренний и межкристаллический процесс переукладки зерен [4], а при построении модели динамической сжимаемости принимается, что существуют две диаграммы сжатия (рис. 4) -динамическая (при которой скорость деформации $ ) и статическая (при которой $ ^ 0). Динамиче-

ской диаграмме соответствует сжатие пружины 1, а статической диаграмме - совокупное сжатие обеих пружин в рамках модели Фойгта. Разгрузка среды происходит по другим законам, причем после ударного сжатия за фронтом волны напряжения может происходить как непрерывный рост, так и убывание напряжений. В первом случае деформация, а значит и уплотнение почвы, будет возрастать вследствие дополнительного сжатия среды и переупаковки зерен грунта. Во втором случае одновременно происходит как снижение деформации за счет разгрузки, так и ее рост в ходе переупаковки. Деформация £1 соответствует динамической сжимаемости, а £1 - статической, т.е. деформация элемента среды определяется как сумма $ = $1 +$2.

Относительное уплотнение почвы р = Р/ , где р - начальная плотность, связано с деформацией е сле-

Р

дующим соотношением [5]:

р =$ +1

(12)

б

Рис. 4. Схема нагружения вязкопластичного почвогрунта: а - диаграммы динамической (1) и статической (2) сжимаемости и разгрузки (3, 4); б - элемент среды с пружинами динамического (1) и статического сжатия и демпфером (3)

Таким образом, в силу линейного характера связи относительной плотности и деформаций будем считать, что величина уплотнения р = рд + рс, т.е. представляет собой сумму величин динамического и

статического уплотнений. При ударном сжатии деформация е почвогрунта определяется только кривой динамического сжатия, так как деформация е2 не возникает. Отмеченные особенности динамической сжимаемости почвогрунтов в общей постановке представляют значительные математические трудности, в связи с чем на первом этапе исследований упростим модель исследуемого явления.

Принимая в первом приближении линейный характер зависимостей нагружения:

У

= Ед$,

(Ус = Е$,

(13)

где Ед и Ес - соответственно динамический и статический модули деформации (первый по отношению ко второму возрастает в 2.7 раз, что устанавливается экспериментально), не учитывая на данном этапе исследований влияние эффекта разгрузки, определим величину относительного динамического уплотнения почвогрунта рд как

Рд

У +1.

Ед

(14)

На рисунке 5 приведены данные зависимости рд(о) при различных скоростях движения трактора,

которые указывают на существенное изменение характера уплотнения почвы по мере приближения динамической системы к состоянию резонанса. До и после этого состояния уплотнение почвы за счет одномоментной ударной нагрузки не выходит за границы значений 1,1...1,2. Этот результат объясняется тем, что несмотря на высокую амплитуду динамических напряжений по сравнению со статическими напряжениями более крутой наклон первой диаграммы обуславливает развитие меньших значений деформации. В то же время, более низкие статические напряжения, следуя второй диаграмме, обеспечат развитие больших по величине деформаций.

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 СИ

Рис. 5. Зависимость динамического уплотнения почвы от относительной частоты колебаний: 1 - и =1 м/с; 2 - и = 2 м/с; 3 - и = 3 м/с

Таким образом будем считать, что практически мгновенно (в течение нескольких миллисекунд) грунт уплотняется под действием ударной нагрузки, достигая экстремального уплотнения в зоне резонанса, после чего за фронтом динамического сжатия (в течение более длительного периода, достигающего 100.300 миллисекунд) происходит дальнейшее уплотнение грунта в режиме статической нагрузки. Учитывая результаты исследований статического режима уплотнения почвогрунта [1] и характера его уплотнения с ростом количества числа (циклов) проходов трелевочной системы (М), определим соотношение для оценки суммарной величины относительного уплотнения грунта в виде

р = рд +

2,154 (

■V2)

ЕИ„

(1 + ^ N),

(15)

где Ь=0,08 м - ширина грунтозацепа; ди=160 кПа - максимальное давление трактора при полном погружении грунтозацепа на глубину 0,13 м; Нс=0,3...0,4 м - величина зоны распространения деформаций; V - коэффициент Пуассона.

Рис. 6. Зависимость уплотнения почвогрунта от относительной частоты: 1-5 - циклы проходов трелевочной системы

На рисунке 6 представлены результаты расчетов по выявлению характера уплотнения почвы с ростом цикличности в до- и зарезонансной областях. Как видно, основной задачей управления динамикой процессов транспортировки леса с точки зрения воздействия на почвогрунт является такой подбор характеристик: скорость движения, жесткость рессор и сопротивление амортизаторов, которые с учетом профиля волока позволяют избежать достижения резонансных состояний динамической системы. Характер развития процесса деформации почвы отражают данные рисунке 7, которые иллюстрируют основной вывод данного исследований о существенном влиянии режима резонанса на переуплотнение почвогрунта по мере развития циклических нагрузок.

3 4

/ Pt

1 ■ 3-3,5

2 □ 2,5-3

3 □ 2-2,5

4 ■ 1,5-2

5 □ 1 -1,5

5

Рис. 7. Формирование зон уплотнений в зависимости от частоты колебаний

и цикличности проходов

Исследование динамической трелевочной системы

Основываясь на полученных результатах, расширим область исследований и поставим следующую динамическую задачу для изучения колебаний трелевочной системы, приведенной на рисунке 8.

Рис. 8. Схема колебаний двухосного трактора: в продольной (а) и поперечной (б) плоскостях

Двухосный трактор массой тт = 14670 кг транспортирует пачку леса массой до тп = 6000 кг, т.е. масса тс системы достигает 20670 кг, которая считается сосредоточенной в центре масс (ц.м.). На рисунке 8 приняты следующие обозначения и величины: Сш - коэффициент радиальной жесткости шин, равный 1000 кН/м; - коэффициент вязкого трения шин, равный 150 Нс/см; Сг, уг - соответственно коэффициенты же-

сткости (упругости) и вязкого трения грунта

(X = ± +1 Л

V Сг Сг + Сг )

, значения которых определим ниже; ^р - мо-

мент инерции системы в продольной плоскости, равный 110000 кгм2; - момент инерции системы в попе-

речной плоскости, равный 5000 кгм2; ц, - вспомогательные координаты, связанные с профилем дороги, а именно, с перемещениями У, на которые сместятся шины при наезде на неровности, при этом центр масс сместится на величину 1.

Профиль дороги как случайная величина задается корреляционной функцией воздействия Я(т') с учетом дисперсии высоты неровностей йн, см2 [2]:

н(т, )= О,р(т, )= О, е-М 008 в,,

(16)

где а, в - эмпирические коэффициенты; г — /1 - время запаздывания при наезде /-го колеса на не-

( ‘)/, где I, - обозначает удаленность осей

ровность по сравнению с наездом первого колеса, т.е. т, =

от центра масс системы, движущейся со скоростью и.

В такой постановке дифференциальные уравнения вертикальных (1), продольно-угловых (ф) и поперечных (/) колебаний линейной динамической системы примут вид

т,

1 ^ 2п 2п \

Ё + Ё с,*,

V ¿=1 г =1 )

1 ^ 2п 2п

«++ь2</>=— ё А, >,*, + Ё с, ‘*

Р + С^ + С 2Г

Л

3ПР V г=1

=1 )

1 ^ 2п 2п \

Ё м, ‘А + Ё с, I*

V г=1 ¿=1 )

(17)

где а1

2пМи

тг

2пСи; Ь =-ги-Ё, Ь = Си-Ё‘;, С, =^иЁ112, С = С,-ЁЛ; " = 2.

тг

пр ¿=1

ПР ¿=1

г=1

С' 2п

Сш Ё 72 '

3 по г=1

Умножая обе части выражения (17) на в5 , где 5 - комплексное число, и интегрируя от 0 до « перейдем с помощью преобразований Лапласа от системы дифференциальных к системе алгебраических уравнений относительно трех передаточных функций Wl(s), Иф(5) и И^) от поверхности движения к шинам

2п

(ш э + С, )Ё'

г=1

)=■

тС (2 + + а2 /

2 п

(ш э + С, )Ё >,е-Т‘■

(18)

________ г=1

3 ПР 2 + Ь1э + Ь2 )

(19)

) =

2п

э + С, )Ё

г =1

3о(2 + Сэ + С2) '

(20)

Для определения амплитудных частотных характеристик системы примем в (18)—(20) 5 = іш, где ш - частота колебаний; с-1; і - мнимая единица. В результате получим

і =1

*0 + С .

тс ( + іН О)’

Сш V 008 Ті О+ Мш оУ 8ІП та

ш І І

=1

шґ

+

[ 2 - со 2)+ ш1а]

иш оУ 008 т а - Сш V 8іп То а

• ш^^ і ш і

=1

=1

і=1

™Ліа) =

*1 + іСІ . ІПР ( + іН і) ’

Сш У1 008 г,а + и аV І. 8іпт. а

Ш і і * Ш і і

і=1

+

Мш аУ 1 008 То а - Сш V 8іп т і а

• Ш і і Ш і

і=1

і=1

ІПР [ - а 2)+ )Ь| оО]

і=1

Ч?г(і оо)

К1 + іСІ

І по (+Н)'

Сш V І і 008 Ті а+и оу Іі 8Іп То а

і=1

+

2п

МшмЕІі 008Тіа-Сш V8ІпТ а

J І_ і=1

,[( - аО)+ іСхоО]

і=1

(21)

(22)

(23)

Амплитудные частотные характеристики - вертикальные кг, продольно-угловые к9 и поперечные Ау- представляют собой модули и , ^е.

Az =■

шг

\

(К )2+С )2

А,„

(к і)2 +(С і)2

А

(м )2+Н) 1 і пр\ (мі)+НіУ 1 м к)2+И2'

(чї +С)2

(24)

Допустим, что на лесосеке имеются два различных волока с известными продольными и поперечными профилями (табл.), которые определяют спектральную плотность Б(ш) микронеровностей:

5 (а) = Вн

2а( + в2 + О)

О + 2(-в2 )2 + (а2 +в2 )

(25)

1

1

1

Параметры профиля трелевочных волоков

Волок а, 1/с в, 1/с йн, см2

Продольный профиль

1 0,72 1,30 17,7

2 0,57 1,04 60,0

Поперечный профиль

1 0,98 2,31 30,9

2 0,81 1,98 16,3

На рисунке 9 приведены результаты определения в(ш) для первого волока в поперечной (1) и продольной (2) плоскостях при скорости движения и = 1 м/с.

Рис. 9. Спектральные плотности микронеровностей в различных плоскостях

С помощью соотношений (24) вычисляем А/, Аф, Ау и находим спектральные плотности (о),

Бф(о), Бф(о) колебаний системы соответственно вертикальные, продольно-угловые и поперечные:

(о) = Б(о)Л2г ; Б ф(о) = Б(о)Лф ; Бгт(со)= Б(о)Л2г . (26)

На рисунке 10 представлены результаты расчетов спектральных плотностей колебаний в двух плоскостях для первого и второго волоков, дисперсии высоты которых значительно отличаются.

Как видно, для двух абсолютно различных волоков состояние резонанса наблюдается именно в поперечной плоскости, тогда как спектральная плотность в вертикальной плоскости существует в узком диапазоне низких частот.

Далее определяются соответствующие корреляционные функции как оригиналы спектральных плотностей:

1 то 1 то — ^

(т) = — [ (о)ео8 тсойю, Яф (т) = — [ Бф (а>)еоъ той о, (т) = — [ Б 1(а>)оо8 тойю. (27)

ж 0 ж 0 ж 0

Принимая т = 0, находятся дисперсии а2г, аф, а2 и средние квадратические отклонения (СКО) амплитуд

аг, аф, ау соответственно линейных вертикальных, продольно-угловых и поперечных колебаний:

-| то -| то -| то

а = -1(°)Л0, аФф = -1Бф(о)о, а2 = _|БГш(со)й°. (28)

ж I Ж 0 Ж 0

Полученные значения аг, аф, ау принимаются в качестве компонент приведенного СКО амплитуды колебаний а , которое принимается за коэффициент кд динамического усиления давления системы через шины на почвогрунт:

а = ^(аг )2 + (аф)2 +(аг)2 . (29)

Так, для первого волока при скорости движения 1 м/с коэффициент динамического усиления составил 2,1, при этом усиление в поперечной плоскости достигло 1,93 (91,9% от интегрального значения), в вертикальной - 1,13 (53,8%), в продольно-угловой - 0,16 (7,6%). Необходимо отметить, что отношение компонент усиления 1,93/1,13=1,71 практически совпадает с отношением дисперсий высот микропрофилей 30,9/17,7=1,75, что лишний раз позволяет сделать вывод о существенном влиянии внешнего воздействия на колебательный процесс.

Рассмотрим более сложный случай реологии почвогрунта с остаточными деформациями (рис.10).

Динамической диаграмме соответствует сжатие пружины 1, а статической диаграмме - совокупное сжатие обеих пружин в рамках модели Фойгта. Разгрузка среды происходит по другим законам, причем после ударного сжатия за фронтом волны напряжения может происходить как непрерывный рост, так и убывание напряжений. В первом случае деформация, а значит, и уплотнение почвы, будет возрастать вследствие дополнительного сжатия среды и переупаковки зерен грунта. Во втором случае одновременно происходит как снижение деформации за счет разгрузки, так и ее рост в ходе переупаковки. Деформация Ед соответствует динамической сжимаемости, а Ес - статической, т.е. деформация элемента среды определяется как сумма £ = £д+£с.

1/С'(ЕА

Рис. 10. Схема нагружения вязкопластичного грунта: а - сжимаемость динамическая (1) и статическая (2); разгрузка динамическая (3) и статическая (4); б - модель среды с динамической (1), статической (2) пружинами и демпфером (3)

Таким образом, в силу линейного характера связи относительной плотности и деформаций будем считать, что величина уплотнения представляет собой результат суммарного проявления динамического и статического уплотнений. При ударном сжатии деформация е почвы определяется только диаграммой динамического сжатия, так как деформация Ес не возникает. Таким образом, для всех четырех режимов и соответствующих диаграмм нагружения и разгрузки можно записать:

1) = Аае, 2) ас = Ес£ , 3) 7 = Ерд(е-еГ); 4) 7 = Ерс(е-е°2ст), (30)

где Ед и Ес - соответственно, динамический и статический модули деформации при нагружении; Ерд и Ерс -

то же при разгрузке;

еОст, е°ст - остаточные деформации. Применительно к поставленной динамической задаче интерес представляют только первые три режима.

За фронтом динамического сжатия поведение среды опишем дифференциальными уравнениями [4]:

1) при росте напряжений а:

йе 1 Ша а

— + Иге = —— + Иг —, (31)

Ш Ед ш Ес

где уг - параметр вязкости (обратная величина времени ¡р релаксации напряжений - периода, за который

1 ЕЕ

они снижаются в е = 2,71 раз), определяемый как цГ = —.—; п - коэффициент вязкости;

П \Ед - Ес)

2) при уменьшении напряжений а:

йє 1 йа

— + ігє =-----------------

йг Ерд йг

+ іГа

1 1

V Ес Ед Ерд )

+ Ігад

V Ед Ерд )

(32)

Решая уравнения (19) и (20) при начальном условии: в момент I = 0 деформация е равна —,

Ед

получим:

1) при росте а:

2) при уменьшении а:

+ ад

є =єд +іг~тг;

(33)

є =

1 - 1г ? + ад

Е

рд

+

1

\

11 —і—

Ел Е Е д

V д с рд )

—

,~1Гг

.(34)

Подробнее остановимся на втором, наиболее характерном для сжатия слабых грунтов, решении.

На рисунке 11 представлен характер изменения во времени динамического уплотнения рд за фронтом волны сжатия по сравнению с фронтальным значением рд =єд +1. Шкала времени - относительная

(г = у ). Расчеты соответствуют следующим данным: Ес=2; Ед=10; Ерд=12 МПа; єГ™=0,027; / р

П=0,35 кПс/см2; ^г=7,14 с-1; їр=140 мс. Как видим, за период времени, равный 0,4...0,5 їр (60.70 мс), происходит дополнительное уплотнение почвы (до 10 и более %) по сравнению с максимальным значением на фронте волны сжатия. Дальнейшее развитие режима разрузки в течение ї <0,9їр приводит к снижению динамического уплотнения до начальных (фронтальных) значений. После этого отмечается развитие режима

разуплотнения грунта и снижение величины рд на 8.10%. С высокой степенью точности (коэффициент

аппроксимации превышает 0,99) зависимость, представленная на рисунке 11, описывается уравнением

рд (?) = 1 + 0,432? - 0,487?'

(35)

1

1

1

1

Рь 1 1,1 1р5 1

0 35

03 _

О 02 0,4 0,6 0,8 1 /

Рис. 11. Характер изменения динамического уплотнения во времени

Как показали исследования после первого цикла прохода трактора (N=1) на скорости движения и = 1 м/с величина динамической деформации составила £д = 0,1, т.е. динамическое уплотнение на фронте волны сжатия достигает рд=1,1. На следующем цикле (Ы = 2) полученная деформация принимается за исходную, суммируется с расчетной и определяется соответствующее значение относительного уплотнения (рд=1,19) и т.д. В том случае, когда почвогрунт описан адекватной реологической моделью и известны его

характеристики, необходимо корректировать полученные значения рд в соответствии зависимостью (35)

или графическими данными рисунка 11.

Обобщая полученные результаты, установлен характер уплотнения почвы под действием динамических, статических и приведенных (суммарных) нагрузок (рис. 12).

Как видно из рисунка 12, процесс уплотнения почвы происходит под действием как динамических, так и статических нагрузок, соизмеримых по величине и результирующему вкладу в общий процесс уплотнения грунта.

1

" — --=•

9--' ~ - ~ ~ ^

01 23456789 Ю N

Рис. 12. Влияние цикличности на уплотнение почвы при действии нагрузки:

1 - суммарной, 2 - статической; 3 - динамической

Уже после 5-6 циклов прохода трактора относительное уплотнение почвы возростает более, чем в два раза. С учетом вышеотмеченных особенностей режимов рагрузки и возможного разуплотнения почвы на 8-10% для динамического состояния (кривая 3) суммарное уплотнение заполняет диапазон значений 1,8.2.

Литература

1. Анисимов, Г.М. Основы минимизации уплотнения почвы трелевочными системами / Г.М. Анисимов, Б.М. Большаков. - СПб.: Изд-во ЛТА, 1998. - 108 с.

2. Силаев, А.А. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин / А.А. Силаев. - М.: Машгиз, 1962. - 165 с.

3. Лурье, А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов / А.Б. Лурье. - Л.: Колос, 1970. -375 с.

4. Ляхов, Г.М. Основы динамики взрывных волн в грунтах и горных породах / Г.М. Ляхов. - М.: Недра, 1974. - 192 с.

5. Вялов, С.С. Реологические основы механики грунтов / С.С. Вялов. - М.: Высш. шк., 1978. - 447 с.

---------♦'---------

УДК 631.114 Н.И. Селиванов, Н.В. Кузьмин

РАЦИОНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАКТОРА ВТ-150 В СОСТАВЕ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ

Установлены параметрические связи показателей и режимов совместной работы гусеничного трактора и почвообрабатывающих машин-орудий, определены наиболее рациональные соотношения массоэнергетических параметров трактора при изменении условий агрегатирования.

Результатами эксплуатации и исследований эффективных режимов работы почвообрабатывающих агрегатов установлены основные передачи (І-ІІІ) гусеничного трактора ВТ-150, обеспечивающие диапазон тяговых усилий Ркр от 27 до 50 кН при скоростях движения У=2,67-1,66 м / с. Ограничивающими факто-