Лабораторное оборудование для изучения взаимодействия жестких и пневматических колес машин с торфяной залежью Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 622.331.002.5

© А.Л. Яблонев, Ю.В. Крутов, 2014

А.Л. Яблонев, Ю.В. Крутов

ЛАБОРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЖЕСТКИХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ КОЛЕС МАШИН С ТОРФЯНОЙ ЗАЛЕЖЬЮ

Изложены результаты исследования проблем взаимодействия колесных машин со слабыми грунтами. Сформулированы задачи для дальнейшего изучения как пневматического, так и жесткого хода. Представлена разработанная и созданная комбинированная лабораторная модель жесткого и пневматического колесного хода. Ключевые слова: торф, торфяная залежь, комбинированный колесный ход, лабораторная модель.

Одним из важнейших аспектов работы торфяной машины является ее способность передвигаться по торфяной залежи, то есть проходимость. Под термином «проходимость» принято понимать способность машины перемещаться и выполнять определенную работу на поверхности слабого, легко деформируемого грунта. Само определение слабых грунтов предполагает, что обычные для машин и средств транспорта удельные нагрузки на опорных поверхностях соизмеримы с несущей способностью этих грунтов и передвижение машины оказывается затруднительным. Вероятен и случай, когда несущая способность грунта достаточна для работы машины, но условия устойчивости не обеспечиваются. В отличие от твердых грунтов, где устойчивость нарушается только при выходе проекции центра тяжести за опорную площадь, на слабых грунтах устойчивость теряется раньше, когда напряжения на каком-либо краевом участке опорной площадки превысят несущую способность. Кроме того, понятие проходимости включает в себя способность машины преодолевать сопротивление передвижению, которое в условиях слабых грунтов значительно выше, чем при движении по твердой поверхно-

сти. Требования к ходовой части машин, предназначенных для работы на болотах, обусловливаются характером взаимодействия колес или гусениц со слабым грунтом, а также распределением сил тяжести и давления в транспортном и рабочем положениях. При этом характеристики сцепления и сопротивления качению тесно связаны с параметрами ходовой части, как и устойчивость [3].

Колесный ход обладает рядом преимуществ перед гусеничным: меньше потери энергии, выше возможная скорость, ниже масса машины, выше маневренность. При этом взаимодействие колесного хода с торфяной залежью изучено в меньшей степени. Это обусловлено характером проведения лабораторных исследований прочностных характеристик торфа, полученных при штамповых испытаниях. Такие данные хорошо подходят для расчета статических нагрузок и дополнительных факторов при расчете гусеничного хода. Проведение полевых испытаний колесного хода сложны с организационно-технической точки зрения: торфяная залежь не может на ограниченном участке менять свои качественные и количественные характеристики в самом широком диапазоне [2]. А метод штам-

повых испытании здесь не совсем уместен. Несмотря на сложившееся мнение, что жесткий колесный ход неактуален, в последнее время стали появляться машины, использующие не только пневмоколесный (рис. 1), но и комбинированный колесный движитель из жестких и пневматических колес (рис. 2).

Появление таких машин на сегодняшний день обусловлено положительным опытом эксплуатации, в то время как отсутствует адекватная методика расчета комбинированных колесных ходов. В связи с чем, существует реальная задача нахождение критериев и областей применимости того или иного типа колесного движителя.

Для решения поставленной задачи в лаборатории кафедры «Торфяные машины и оборудование» была создана сдвоенная лабораторная установка по изучению взаимодействия колесного хода машин с торфяными залежами (рис. 3).

Лабораторная модель состоит из следующих частей:

1. Экспериментальная установка по изучению взаимодействия жест-

Рис. 1. Бункерная уборочная машина МТФ-43

Рис. 2. Комбинированный ход для машины МТФ-43

колесный

Рис. 3. Сдвоенная лабораторная модель колесного хода

Рис. 4. Подрамник для МТФ-43

кого колесного хода с торфяной залежью. В комплект входят три колеса диаметром 30, 45 и 60 см (весом соответственно 46, 84 и 132 Н), шириной 10 см и набор грузов весом до 3000 Н (массой 7,65 кг каждый). Установка позволяет проводить испытания в пассивном и активном режиме - в режиме перекатываемого и ведущего колеса [1].

2. Лабораторная модель пневмо-колесного хода. Состоит из жестко

закрепленной на полу стойки, смонтированной на ней лебедки с тросом, рамы с двумя пневматическими колесами, установленными на ступицах с подшипниками скольжения. Между тросом и рамой размещен динамометр для измерения усилий при передвижении. Модель позволяет варьировать диаметры колес и устанавливать сдвоенные колеса. Ось снабжена направляющими для фиксации грузов. Набор грузов весом до 3000 Н (мас-

сой 14,5 кг каждый) позволяет проводить испытания в широких пределах [2].

Под колесами обоих частей установки находится емкость с торфяным грунтом (глубиной около 2-х метров) необходимых качественных характеристик. В ней можно изменять влагу, плотность, предельное напряжение сдвигу и другие параметры, определяющие проходимость машин.

Серия запланированных экспериментов на описанной установке позволит выявить области и критерии

применимости как жесткого, так и пневматического колесных ходов для различных условий добычи и транспорта торфа.

На данный момент, по договору с ООО «Гринмаш» (г. Тверь) разрабатываются несколько машин с комбинированным колесным ходом, позволяющим использовать плюсы обоих типов колес (рис. 4).

Изучение комбинированного колесного хода открывает новые перспективы для разработки машин торфодобывающей отрасли.

1. Лабораторный практикум по торфяным машинам / Под ред. Л.Н. Самсонова. -Калинин: КПИ, 1986. - 92 с.

2. Яблонев А.Л. Эффективное применение сдвоенного колесного хода на торфяной

_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

залежи нарушенной структуры // Горное оборудование и электромеханика. - 2011. -№ 5. - С. 54-56.

3. Самсонов Л.Н., Синицин В.Ф. Торфяные машины и оборудование. - Тверь: ТГТУ, 2006. - 136 с. ЕЛЗ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

Яблонев Александр Львович - доктор технических наук, Кругов Юрий Владимирович - магистрант,

Тверской государственный технический университет, e-mail: common@tstu.tver.ru.

UDC 622.331.002.5

LABORATORY EQUIPMENT FOR STUDYING THE INTERACTION BETWEEN HARD AND PNEUMATIC WHEEL FOR VEHICLES WITH PEAT DEPOSIT

Yablonev A.I., Doctor of Technical Sciences, Krutov Y.V., Master's Degree Student,

Tver State Technical University, e-mail: common@tstu.tver.ru.

The results of research on the interaction of wheeled machines with weak soils are accounted. Tasks for further study as a pneumatic and hard running are formulated. Is designed and created by the combined laboratory model hard and pneumatic wheel.

Key words: peat, peat deposit, the combined wheel running, a laboratory model.

REFERENCES

1. Laboratornyi praktikum po torfyanym mashinam. Pod red. L.N. Samsonova (Laboratory course on peat machines. Samsonov L.N. (Ed.)), Kalinin, KPI, 1986, 92 p.

2. Yablonev A.L. Gornoe oborudovanie i elektromekhanika, 2011,no 5, pp. 54-56.

3. Samsonov L.N., Sinitsin V.F. Torfyanye mashiny i oborudovanie (Peat machines and equipment), Tver, TGTU, 2006, 136 p.