CC BY
41
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯ С ПОВОРОТНЫМИ
ГРУНТОЗАЦЕПАМИ
Дроздовский Г.П., Евстифеев Д.В. (УГТУ, г. Ухта, РФ)
The technique of definition of factor of coupling experimental caterpillar with rotary strake is developed during interaction with equivalent deformable environments at small humidity in view of real vertical specific pressure.
Гусеничный движитель с поворотными грунтозацепами реализует новый алгоритм взаимодействия с деформируемой средой для создания под гусеницей искусственной дискретной опорной поверхности с повышенными параметрами несущей способности и коэффициента сцепления.
В процессе поворота грунтозацепа от катящегося опорного катка ходовой системы происходит перемещение срезаемого объема V1 по траектории поворота уплотняющей грани грунтозацепа и внедрение его в объем V2 под траком гусеницы, нагруженным вертикальным удельным давлением q [1].
Суммарный объем сжатой среды ZV формируется под действием двух видов удельных давлений - вертикального q и тангенциального т. Имеет место объемное сжатие среды с новыми свойствами отпора этим воздействиям, что характеризуем новым параметрам CV сопротивления объемному сжатию в отличие от коэффициента упругого основания Сг. В рассмотренных концепциях деформации грунта по теории Кулона-Мора и Фусса-Винклера учитывается только вертикальная нагрузка q, при этом коэффициент упругого основания применен в виде Сг в формуле q = Сг-Н1 или q = C^h при / = 1,0 [2].
-5
Коэффициент CV=f(Mcn), (Н/м ) определяем по формуле:
С, = Мсп \rnp -XV)"1, (1)
где Мсп - момент сопротивления повороту грунтозацепа, кНм; rnp = 2/3h - приведенный радиус поворота уплотняющей грани с учетом треугольной эпюры распределения действующих сил по высоте этой грани, м [2]; h - высота (радиус поворота) уплотняющей грани поворотного грунтозацепа, (0,08 и 0,15 м); ZV - суммарный объем сжимаемой деформируемой среды при действии удельных
-5
нагрузок q и т (ZV = V1+V2), (м ),
где V1 = f(h, b, х) варьировался в эксперименте и определяется по формуле
V = Ц4л • h2 • b, (2)
где b - ширина уплотняющей грани поворотного грунтозацепа, (0,08 и 0,15 м);
V2 = f(lz, Ьг, hp), определялся при постоянных lz = Ьг = hгр = 0,15 м,
V2 = h • Ьг • hp , (3)
где h2p - глубина деформируемого слоя, м; Ьг - ширина трака гусеницы, м; 4 -длина трака гусеницы, м.
По результатам экспериментальных исследований определяем Мсп повороту (для двух сред: почва, грунт), и коэффициент сопротивления объемному
сжатию Су. По результатам исследований построены зависимости Су = /(ЕУ), приведенные на рисунке 1.
1>-0 кГа. Ьг-15 о-
-» о-ЗОкП» пом
и-О--О--« <гЭ0*П«,Ьг»1Б<к.ло«* Д ■ * ' ф-Ю*Лл Ьг*13пм пми
• • • • О^П >Лл Ьг»15 л*. псмм ■ -»-•- ■ »-0|Га ЬгМ5а«.гдог «-к-«--к а- г<з}ш
• <^20 «Г.» гр^с □ О- О <^П«Г» hr.tSeM.rD»«
• ■• «■о
<И0«П*1Ьг«К1ач.(|уа
Рисунок 1 - Зависимости коэффициента объемного сжатия среды Су от суммарного объема ЕУ, Су=/(ЕУ, д)
Экспериментальные значение Мсп и расчетные Су при 1г = Ьг = 0,15 м и д = 0-50 кПа, для х = И/Ь, в почве: х = 1; Мсп = 14,8-95 Нм, Су = 73,52-471,9 кН/м3, х = 0,5; Мсп = 36-151 Нм, Су = 163,58-686,13 кН/м3, х = 2; Мсп = 127,5-230 Нм, Су = 266,18-480,17 кН/м3.
Значение Мсп и Су в грунте: х = 1; Мсп = 17,2-104 Нм, Су = 85,44-516,61 кН/м3, х = 0,5; Мсп = 46-130 Нм, Су = 209,02-590,71 кН/м3, х = 2; Мсп = 104-220 Нм, Су = 217,12-459,29 кН/м3.
Момент сопротивления повороту грунтозацепа Мсп с учетом коэффициента сопротивления объемного сжатия от двух сил д и т может быть найден по формуле (1), преобразовав ее:
с, = Мсп • {гпр • 2 V)"1 = Мсп • К- • (2/3 к • - )-1, (4)
где К, = V,/2-, МсП =(23)к•- • С- • К- = 0,523• к3 • Ь• Сг • К-.
Преобразуя къ • Ь = к• к2 • Ь2 • Ь-1 = х•(к• Ь)2 = х• Р2, т. е. вводим параметры х = И/Ь и F = ИЬ - площадь уплотняющей грани поворотного грунтозацепа, получим:
Мсп = 0,523 • х • Р2 • С, • К-1. (5)
Формула (5) позволяет определить момент сопротивления повороту грунтозацепа Мсп при других параметрах х и F с учетом вариации значений Су, для определения вариации коэффициента сцепления р поворотного грунтозацепа с деформируемой средой.
Для определения ф = f(x, q, V1) предлагается алгоритм расчета коэффициента сцепления ф при q = 0 с учетом вертикальной составляющей qe = f()), (принцип Буссинеска), действующей из глубины массива на трак снизу.
Преобразуя известную зависимость ф = f(q, C0, ф°), [4] получим (для q = 0) с учётом qe:
( = 0,5 С J qe + tg(o, (6)
где ф - коэффициент сцепления при q = 0 и т > 0.
Определив qe = Cv • (tg(° •F) 1 • V и учитывая параметры грунтозацепа, получим (0 = tg(° • |о,637 • С0 • (Cv • x-b)1 +1]
Так же зная, ) = q- tg(o + C0, [4] для нашего случая тангенциального сопротивления внедрения V1 в V2 при q = 0, получим внутреннюю вертикальную нагрузку в новом виде q = ) • tg(°, откуда ) = ) • tg2(° + С0. Преобразуя относительно (°, получим (р° = arctg-yj 1 + С0)— , где ) = Мсп -(2/3h^F)- , однако, учитывая изменение KV и изменение пористости n, которые влияют на закон распределения ) по глубине среды, ) = Мсп •Ky • n • (2/3 h^F )-1, откуда
= arctgyj 1 - Со • 2/3 h • F(Мс„ • Kv • n)-1 .
Изменение пористости n определено с учетом начальной пористости no=0,76 по экспериментальным данным.
При внедрении объема V1 в V2 увеличивается плотность, т. е. снижается пористость среды. Для Ьг = 0,15 м и q = 0; nx = n0V2 •DV_1 для различных x =
h/b; для .x = 1; nx=1 = 0,679, x = 0,5; nx=05 = 0,627, x = 2; nx=2 = 0,536.
Определение коэффициента C0 в виде C0 = f(x)
Из опыта чистого сдвига С0 = 1,15 кПа, при q = 0. Действие ) от грунтозацепа вызывает уплотнение среды (V1 внедряется в V2), растет ее плотность р, и с учетом KV получаем С0х = С0 • (1 + Ку ).
Зная значение KV=f(x), получим для x = 1; С0х = 1,163 кПа, x = 0,5; С0х = 1,188 кПа, х = 2; Сох = 1,25 кПа.
Определение (расчет) изменения коэффициента сцепления в зависимости от нагрузки q, (q = f(q)
(q=(0(1 + Kcv Kv). (7)
Вводя коэффициент Kc^ = C jCv¡ i мы можем судить о вариации всех параметров р, n, С0, qs, Е, по изменению замеряемой величины Мсп, по ступеням нагрузки. Так же имеет место изменение KV. Учитывая нелинейность всех происходящих вариаций параметров процессов, при расчете учтено уменьшение V2 от осадки трака гусеницы от нагрузки q.
Результаты расчетов по формуле (7) для почвы и грунта приведенны на рисунке 2.
В
-- ...... -- А х=1.0, почва х«С.5; почва -х=2Д почва х=1,0; грунт х=0.5, грунт х=2.0; грунт >1
Г* /
в ----JI
...
Л ^-- ,..41
....
ЕТТТ----- t........ ........
.... ........■
1........ ......... и.......
<5 1, кПа
О 6 10 18 20 25 Э0 35 40 45 50:
Рисунок 2 - Изменение коэффициента сцепления р = f(q, x) по результатам экспериментальных исследований рассмотренных сред
Вывод:
1) Применение поворотного грунтозацепа позволяет в соответствие с новым характером взаимодействия гусеницы с деформируемой поверхностью увеличить реальный коэффициент сцепления при q = 30-50 кПа до уровня ф = 1,5-4,25 (почва сухая) и ф = 1,0-4,75(суглинистый сухой грунт), в отличие от значения ф < 1,2 [4] при обычном взаимодействии гусеничного движителя.
2) Наиболее эффективным повышением коэффициента сцепления ф является применение грунтозацепов с параметром х = 2.
3) Повышение коэффициента сцепления ф в объемном процессе взаимодействия для рассмотренных в эксперименте условных грунтовых фонов требует уточнения для реальных условий с учетом показателя консистенции Вк (вариация структуры и влажности W%) и параметров гусеничного движителя.
4) Проведенные исследования позволяют обосновать дальнейшие направления оптимизации гусеничного движителя с поворотными грунтозацепа-ми.
Литература
1. Евстифеев Д.В. Экспериментальные исследования процесса взаимодействия поворотного грунтозацепа гусеничного движителя с опорной поверхностью для увеличения сцепных свойств и проходимости // Сборник научных трудов по итогам междунар. научно-технической конференции "Актуальные проблемы лесного комплекса" Выпуск 11:.- Брянск: БГИТА, 2005.- С. 76-78.
2. Цытович Н.А. Механика грунтов.- М.: Высш. школа, 1973.- 274 с..
3. Евстифеев Д.В., Дроздовский Г.П. Исследование сопротивления деформируемой среды повороту грунтозацепа гусеницы в процессе их взаимодействия для увеличения ее опорно-сцепных свойств // Сборник науч. тр., вып. №12. - Брянск: БГИТА, 2005. - 174 с.
4. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин.- М.: Машиностроение, 1981.- 271
с.
