CC BY
23
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ЭЛЕМЕНТОВ КОЛЕСНО-ГУСЕНИЧНОЙ ХОДОВОЙ СИСТЕМЫ С ДЕФОРМИРУЕМОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
Дроздовский Г.П., Шоль Н.Р. (УГТУ, г. Ухта, РФ)
The comparative estimation by the offered new criterion of a level of ecological influence used wood caterpillar logging tractors on a deformable surface is lead. The prospect ofperformance of running systems of wood tractors is determined. The offered technique allows to estimate on a design stage of a running part a level of ecological influence of a caterpillar logging tractors on a deformable surface.
Современная тенденция совершенствования ходовых систем лесных трелевочных тракторов должна быть направлена в основном на выполнение требований экологии, тягово-сцепных свойств и повышения проходимости тракторов в бездорожных условиях применения, т.е. на лесосеке. Критерии оценки повышения указанных свойств тракторов разрабатываются теорией системы "местность-машина", направленной главным образом на решение экологических проблем промышленного вмешательства человека в экосреду. Разрушение опорного слоя с образованием глубокой колеи, уплотнение и эрозия почвы определяется в значительной степени конструкцией ходовой системы и параметрами технологического использования трелевочных тракторов.
Увеличение количества применяемых трелевочных тракторов с колесно-гусеничным движителем в определенной степени оправдано, т.к. они дешевле гусеничных, меньше по габаритам и весу, отличаются высокой маневренностью, удобством управления, более высокой плавностью хода.
В последнее время ряд фирм Швеции и Финляндии, выпускающих лесозаготовительную технику (форвардеры, харвестеры, процессоры и т.д.), стали применять новый тип ходовых систем - тандемные опорно -тяговые ходовые тележки, пневматические катки которых попарно снабжены гусеничными лентами. Подобную конструкцию ходовых систем развивает фирма "Тимберджек". Указанная тенденция поддерживается рядом фирм "Osa", "Valmet" и развивается по двум направлениям:
- с приводом гусеничной цепи от ведущей звездочки (фирма Valmet) - в системе "Экотракт";
- с приводом гусеничной ленты от ведущих опорных пневматических шин катков (в основном фирмы "Тимберджек" и "Valmet").
Второе направление позволяет использовать ходовую часть как в колесном варианте, так и в гусеничном. Это представляет для нас наибольший интерес.
Процессы взаимодействия элементов такой ходовой системы осуществляются в двух параллельных алгоритмах:
- создание силы перематывания гусеничной ленты за счет взаимодействия опорных ведущих (приводных) колес - катков с гусеничной лентой без явных признаков зацепления с ней, кроме упругих сил трения (возможен специальный
профиль шин, имитирующий цевочное зацепление колеса с гусеницей за счет поперечных грунтозацепов на профиле шины);
- создание силы тяги гусеничной ленты в зоне взаимодействия с деформируемой поверхностью за счет привода от опорных колес.
Такой последовательный и взаимозависимый характер взаимодействия элементов ходовой системы является малоизученным, поэтому осуществлена попытка теоретического осмысления происходящих процессов взаимодействия. При рассмотрении вопроса применена следующая последовательность:
- рассмотрены параметры движения и силовые факторы качения опорных ведущих шин-катков по твердой поверхности (по гусеничной ленте) с передачей силовых параметров по тяге - гусеничной ленте через зону упругого контакта катка с этой лентой;
- затем рассматриваются параметры взаимодействия гусеничной ленты с поверхностью (необходимая площадь опорной поверхности гусеничной ленты, оптимальная вертикальная нагрузка на тандем ходовой части, коэффициент сцепления с поверхностью);
В качестве опорных катков применим тороидальные шины с радиальной нагрузкой 24... 40 кН.
При рассмотрении вопроса применена методика определения параметров взаимодействия шина - гусеничная лента (рис. 1) [1].
Р
кар
толкающая сила перемещения каретки с опорными катками от силы сцепления
катка Р^ с гусеничной лентой; М1
реактивный момент от сил Р„
-Р™= • (ргус — ттах • /' - реакция "кирпичиков" грунта, заключенных между
сргус
кар
грунтозацепами гусеничной ленты и грунтом на действие реактивной силы Р^ от
взаимодействия ведущего опорного катка ходовой системы с гусеничной лентой; Р -площадь опорной поверхности гусеничной ленты.
Рисунок 1 - Колесно-гусеничный движитель с одним ведущим опорным катком
Сопротивление качению опорного ведущего катка по гусеничной ленте можно выразить [1]:
г0 м о
у _ у К КР к к
ГК С>,< К ■ гк
к >
где г® - радиус колеса (катка) в ведомом режиме, м;
М - крутящий момент, подводимый к оси колеса, Н-м (Мкр &М<р); гк ~ гд ~ условно "динамический" радиус катка в функции подводимого крутящего момента, /;. = - Лк ■ Мкр;
Ок - вертикальная нагрузка на каток, Н;
/0 - коэффициент сопротивления качению катка в ведомом режиме (М =0).
/о
сс + рО«
1+ Р
(1)
W
где Р1Г - давление воздуха в шине катка (МПа);
а = (0,05...0,7)-10~1, МПа; /? = (1,34...3,63;-1(Г12, Н-м2.
Радиус колеса (катка) в ведомом режиме определяется по формуле:
г0 1 + а1-°к
к ~ 0 1 , ^ 1 + а2-Ок
(2)
где г0 - наружный радиус шины в состоянии, свободном от всех видов нагрузки, м;
г0 =0,574... 0,641 м; он = (0,747... 1,494)-103 Н"1; а2 = (0,917... 1,883) • 10' Н"1.
чЗ тт-1
к - к
1-
1_ Ок
О,
Р
W
Р
W
(З)
где Л,., (},., 1)у - паспортные параметры шин катка.
Радиус качения шины при буксовании гк тШ (с учетом упрощений из -за малости значений сомножителей):
' ктт 'к
Гк -Д-Ю"3 -К -°к-(Рк)
где <рк - коэффициент сцепления шины с гусеничной лентой.
Момент, реализуемый шиной при сцеплении с гусеничной лентой в начале буксования равен:
Мф*\0-3-Ок-(/0+(рк)-гк0.
'К \ J0 ' 'ГК / •к
Значение М , деленное на радиус катка /;, П1|П определяет натяжение в гусеничной ленте Т, т.е. тангенциальное воздействие ленты на поверхность.
Коэффициент сцепления (рк ведущей опорной шины катка с гусеничной ленты в начале возможного буксования определяется по формуле:
<Рк =
Ы9( 1 + д/1-4-10-3.4 - Ок- /о )
2 Ок-г?
-/о,
или с незначительной погрешностью:
м
•Гк
Формула (4) соответствует началу процесса буксования колеса относительно гусеницы.
Согласно [2] коэффициент сцепления гусеницы с грунтом равен:
Сп • .Р ___Со
= о ^ " ~ ~ - .1
гус
(Ргус = 0.5 + tgв = 0,5 + tgв. (5)
исц Я
где q - удельное давление гусеницы (КПа); CoЯtgв- параметры тангециального сопротивления почвы сдвигу.
Для определения необходимой площади Р опорной поверхности гусеничной ленты колесно-гусеничной ходовой системы (тандема) рассмотрим систему с двумя ведущими опорными катками по борту. Рассматриваемая схема наиболее часто встречается для полной реализации сцепного веса, приходящегося на каретку тандема.
При рассмотрении вопроса могут иметь место следующие два соображения:
1. Если допустить возможность пробуксовывания ведущих колес относительно гусеничной ленты, то надо принять (ргус> (рк.
Это экологически оправданный вариант, т. к. отсутствует повреждение поверхности от режима буксования гусеничной ленты. Однако, это приводит к снижению тяговых свойств и износу шины катка.
2. Если допустить возможность пробуксовки гусеничной ленты относительно поверхности, то надо принять срк > сргус.
Это экологически неоправданный вариант, т.к. будет иметь место образования глубокой колеи и увеличение сопротивления движению ходовой системы.
Примем равенство коэффициентов сцепления <рк = <ргус.
Определим потребную площадь опорной поверхности колесно -гусеничной ходовой системы из принятого условия:
Сп-Р „ ма
СЧ ^ сц ' к
где Осц =2-Ок.
Преобразуя, получим:
2 -Мгп Ог Т
I) -Со 0,5-Со
_О А
или с учетом М9 «10 -Ок(/0+(рк)-г^, а для двух катков
_О А
МФ ~110 -Сси(/о +(рк)-гк, получим
Р = в.
сц
2-10-у /0+срк)
Со 0,5 • Со
После преобразований получим:
в,
сц
СП
<Рк +
/о
1-Ю"3 ■ Лк-Ок-(р1
'к: ^ к г к /
Учитывая формулу (3), получим:
в
/7 = сц
С
о
<Рк +
/о
1-Ю"3 -Ск-(рк-Хк
__к_
в
р
к
р
ш_ *
(6)
Пример определения необходимой площади гусеничных лент двух ко-лесно-гусеничных тандемов по борту машины с одной ведущей шиной в тандеме.
В качестве опорных катков применены обычные тороидальные шины 14,00-20,00 (370 - 508 мм) при нагрузке на каждую шину 22,50 кН; внутреннем
* п—г Г)
давлении воздуха Рм/ = 0,36 МП а; радиус шины гк = 0,6 м; коэффициенте сцепления шин с гусеничной лентой, равном коэффициенту сцепления гусеничной ленты с почвой (заболоченным лугом, торфом) <рк = сргус = 0,4; /0 = 0,01806;
С0 = 20 кПа; tgв= 0,105.
1
^ —^о,4 + -
2о,о
о,о18об
1-Ш"3 • 22,5 • о,4 • о,об
Г, 38 > о,3б"
1
1 22,5) о,3б_
-2( о,о18о^о,Ю5 )
=1,287 м2
Общее давление трактора на поверхность при С2 = 90 кН и количестве тандемов - 4 на оба борта (8 шин) равно:
Ч
О
Е
9о
2-Р 2-1,287
= 35,0 кПа.
Ширина гусеничной ленты b равна b = В + 2А}, где В = 0,37 м - ширина шины; Aj= 0,025 (м) - ширина ограничителя шины на ленте; b = 0,37 + 2-0,025 = =0,42 м.
Суммарная длина опорной поверхности гусеничной ленты по борту l-F/Ъ-3,06 м, а параметр деформатора x-1/Ъ- 3,06/0,42 = 7,3.
При двух тандемах на борт (4 шины) на каждый тандем приходится длина опорной поверхности гусеничных лент по 1,53 м. Для справки: длина опорной поверхности гусеницы по каждому борту тракторов - ТТ-4М равна 3,0 м; ТЛТ-100 - 3,2 м.
Литература
1. Петрушов В.А. и др. Сопротивление качению автомобилей и автопоездов. - М.: Машиностроение, 1975.- 221с.
2. Анисимов Г.М. и др. Лесные машины: Учебник. - М.: Лесная промышленность, 1980. - 511с.
