CC BY
55
№ 7 (52)
АД UNI
Л5Д ТЕ)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2018 г.
ТЕХНОЛОГИЯ, МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОЗАГОТОВОК, ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА, ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКИ И ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ БИОМАССЫ ДЕРЕВА
ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ПОВОРОТА ШАРНИРНО-СОЧЛЕНЕННЫХ МАШИН
Као Хюи Жап
аспирант,
Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, преподаватель - Университет Красной Звезды, г. Хайзыонг, Вьетнам. 194021, Россия, г. Санкт-Петербург, Институтский пер., д. 5.
E-mail: huygiapdhsd@gmail. com
Кочнев Александр Михайлович
д-р техн. наук, проф.
Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова
194021, Россия, г. Санкт-Петербург, Институтский пер., д. 5.
E-mail: [email protected]
THE RATIONALE FOR THE METHOD OF ROTATION ARTICULATED MACHINES
Cao Huy Giap
PhD student, St. Petersburg State Forest Technical University;
lecturer - Sao Do University, Hai Duong, Vietnam.
194021, Russia, St. Petersburg, Institute per. 5.
Alexander Kochnev
DSc. (Technical), Professor, St. Petersburg State Forest Technical University.
194021, Russia, St. Petersburg, Institute per. 5.
АННОТАЦИЯ
Известно несколько способов поворота мобильных машин, среди которых способ поворота путем складывания секций машины является наиболее предпочтительным для условий работы в лесу и дорожном строительстве. Однако данному способу поворота также, как и другим, присущ ряд недостатков. Предложен новый способ поворота шарнирно-сочлененных машин, при котором поставленная цель достигается тем, что относительный поворот-складывание секций осуществляется за счет разности величин или направлений действия угловых скоростей вращения колесных или гусеничных движителей одной, отдельно взятой секции или обеих секций машины. Предлагаемый способ поворота шарнирно-сочлененных машин позволяет достичь поставленной цели -повышения их маневренности и снижения затрат мощности на поворот, является более эффективным по сравнению с существующим и может быть рекомендован к использованию при создании новых шарнирно-сочлененных машин различною назначения.
ABSTRACT
There are several ways of turning mobile machines, among which the method of turning by folding the machine sections is the most preferred for working conditions in the forest and road construction. However, this method of rotation, as well as others, has a number of disadvantages. A new method of rotation of articulated machines is proposed, in which the goal is achieved by the fact that the relative rotation-folding of sections is carried out due to the difference in the values or directions of action of the angular speeds of rotation of wheel or caterpillar engines of one, a single section or both sections of the machine. The proposed method of rotation of articulated machines allows to achieve the goal -to increase their maneuverability and reduce the cost of power to rotate, is more effective than the existing one and can be recommended for use in the creation of new articulated machines for various purposes.
Ключевые слова: шарнирно-сочлененная машина, способ поворота.
Keywords: articulated machine, rotation method.
Библиографическое описание: Као Х.Ж., Кочнев А.М. Обоснование способа поворота шарнирно -сочлененных машин // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2018. № 7(52). URL: http://7universum.com/ru/tech/ archive/item/6158
№ 7 (52)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2018 г.
Введение. Известен способ поворота шарнирно-сочлененных машин состоящих из передней и задней секций, связанных между собой шарниром с возможностью относительного поворота-складывания, в котором относительный поворот-складывание секций машины осуществляют за счет установленных между ними силовых гидроцилиндров, имеющих управление от специальной гидросистемы. Однако использование данного способа поворота приводит к необходимости установки на шарнирно-сочлененной машине дополнительной достаточно, сложной и дорогой гидросистемы рулевого управления; максимальная величина складывающего момента, развиваемого указанной гидросистемой ограничена конструктивными размерами исполнительных гидроцилиндров и величиной мощности, отбираемой от двигателя. Кроме того, максимальная величина угловой скорости складывания секций машины при данном способе поворота сравнительно невелика и также ограничена конструктивно-компоновочными и мощностными возможностями гидросистемы рулевого управления. Следует также отметить, что при данном способе поворота величина складывающего момента зависит от плеча действия силы гидроцилиндра, которое с увеличением угла складывания секций уменьшается.
От указанного недостатка свободно устройство, в котором относительный поворот-складывание секций осуществляют посредством силовых гидроцилиндров, связанных с одной из секций машины, взаимодействующих с зубчатой шестерней, установленной по вертикальной оси механизма складывания и связанной с другой секцией машины [1].
Однако и в данном случае, так как способ поворота шарнирно-сочлененной машины принципиально не изменился, присущие данному способу недостатки, указанные выше, сохраняются.
Известен способ поворота машин с жесткой рамой за счет разности величин или направлений действия угловых скоростей вращения колесных или гусеничных движителей бортов машины [3]. Однако преимущества данного способа поворота -высокая маневренность и простота конструкции тягача нивелируются большими значениями величин момента сопротивления повороту вследствие смятия и сгребания грунта колесными или гусеничными движителями машины в процессе поворота. При этом чем больше база машин, тем выше и момент сопротивления повороту, а самый минимальный момент сопротивления повороту будет наблюдаться в случае использования на машине только одной оси.
Цель исследований - повышение маневренности и снижение затрат мощности на поворот шарнирно-сочлененных машин.
Поставленная цель достигается тем, что относительный поворот- складывание секций машины осуществляют за счет разности величин или направлений действия угловых скоростей вращения колесных или гусеничных движителей одной отдельно взятой секции или обеих секций машины.
Методика исследования - математическое моделирование.
Сущность технического решения поясняется рисунком 1
Рисунок 1. Схема поворота шарнирно-сочлененной машины с колесным движителем: а - подтягивания подвижной секции (моторной), к неподвижной грузовой; б - подтягивание обоих секций друг к другу
Процесс поворота шарнирно-сочлененной машины в случае подтягивания подвижной секции к неподвижной, рис. 1.а, происходит следующим образом. Разность величин или направлений действия угловых скоростей колес передней секции, задаваемых оператором, а равно и величин крутящих моментов на них, создает поворачивающий момент, при этом подвижная секция машины участвует в двух
видах движения: относительном - относительно точки А со скоростью ^о™ и переносном - относительно точки О со скоростью . Тогда вектор результирующей скорости движения = ^о™ + КПер. Таким образом передняя секция будет подтягиваться к неподвижной задней с угловой скоростью (юа = Юпо = ^о™ /В и поворачивающим моментом
№ 7 (52)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2018 г.
Мпов = (Р™ + Р"п • Процесс поворота шарнирно-сочлененной машины в случае подтягивания обоих секций друг к другу, рис. 1.б, аналогичен описанному выше. Каждая из секций машины имеет свою угловую скорость поворота, суммарная угловая скорость складывания секций будет равна сумме угловых скоростей поворота передней и задней секции:
Юо = Юпо + Юзо.
Применение предлагаемого способа поворота шарнирно-сочлененных машин, по сравнению с существующими, позволяет суммировать положительные свойства как способа поворота путем поворота-складывания секций машины, так и способа поворота по бортовой схеме, что дает возможность существенно повысить маневренность машины и снизить затраты мощности на ее поворот. Кроме того, применение предлагаемого способа поворота позволяет упростить конструкцию шарнирно-сочлененной машины и снизить стоимость ее изготовления.
Сравнительный анализ предлагаемых и существующих способов поворота колесных машин будем вести с точки зрения оценки маневренности указанных машин и суммарных затрат мощности на осуществление их поворота, понимая под маневренностью машины величины минимальных радиусов ее поворота, а также величины угловых скоростей складывания секций.
Минимальные радиусы поворота анализируемых машин
Рассмотрим машины колесной формулы 4К4 с анализируемыми способами поворот, представленными на рис. 2 и 3. При этом расчетные схемы для шарнирно-сочлененной машины с существующим и предлагаемым способами поворота будут аналогичны.
траектории движения центров переднего R1 и заднего R2 мостов могут быть определены:
Рисунок 2. Схема поворота машины колесной формулы 4К4
Пусть L - база, В - колея машины, принимаем их одинаковыми для обоих типов машин; и и Ь - длины передней и задней секций сочлененной машины, принимаем и = Ь как наиболее оптимальное по маневренности соотношение.
R =
R2 =
/j cos в + /2 sine
/j + 4 cos в sine
(1)
(2)
Или радиус поворота машины по середине следа внешних колес:
R = (R +B) = (R +B) = '-^в1 + B (3)
2 2 sine 2
Подставив исходные данные, получим: R = 5,3 м.
Рисунок 3. Схема поворота шарнирно-сочлененной машины колесной формулы 4К4
Шарнирно-сочлененная машина
Угол слома в - максимальный (в ~ 500)
Машина с бортовой схемой поворота
а) Поворот с полностью заторможенными колесами отстающего борта.
Из кинематических соотношений (см. рис. 2), после соответствующих преобразований, можно записать:
Я = В +—. (4)
2В
После подстановки исходных данных имеем: R = 6,0 м.
L = 4,0 м, B = 2,0 м, тогда h = h = 2,0 м.
Рассмотрим установившийся режим поворота. Тогда из кинематических соотношений, см. рис. 3
№ 7 (52)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2018 г.
Рисунок 4. Траектории и габаритные полосы движения (ГПД) шарнирно-сочлененных машин и машин с бортовой схемой поворота
б) Поворот вращением правых и левых колес в противоположных направлениях:
R = 0,5В = 1 м
(5)
Как видим из полученных результатов, машина с бортовой схемой поворота обладает более высокими маневренными (по радиусу поворота) свойствами, чем шарнирно-сочлененная машина, что позволяет ей вписываться в кривые более малых радиусов и иметь меньшую габаритную полосу движения. Сказанное хорошо иллюстрируется результатами, приведенными на рис. 4, где в качестве заданной траектории движения принят поворот на 90°. Заметим также, что с увеличением базы машины Ь и ее колеи минимальный радиус поворота Ктт растет. Следует, однако, отметить, что возможность поворота машины с бортовой схемой может быть ограничена грунтовыми условиями, т. е. способностью тягача поворачиваться по сцеплению с грунтом, при этом должны выполняться следующие условия [2, 3].
а) Поворот с полностью заторможенными колесами отстающего борта:
L
1-
f
2 1 +
2B <Pmax
L
3.04
2+1 LI2 1+L
(6)
б) Поворот вращением правых и левых колес в разные стороны:
1 -
f
1
Vm
1 +
B
(7)
где: / - коэффициент сопротивления качения машины на данном грунте; фтах - максимальная величина коэффициенты сцепления на данном грунте.
Рассмотрим возможность поворота анализируемой нами машины 4К4 с Ь = 4 м и В = 2 м в наиболее типичных грунтовых условиях.
• Асфальтобетон сухой (/ = 0,018, фтах = 0,8):
• поворот с полностью заторможенными колесами отстающего борта (/ = 0); 0,9775 > 0,461 поворот невозможен;
• поворот вращением правых и левых колес в разные стороны (/' = 0); 0,0225 < 0,200 поворот возможен.
• Волок летний (/ = 0,04, фтах = 0,6):
• поворот с полностью заторможенными колесами борта, 0,9333 > 0,461 поворот невозможен;
• поворот с вращением колес в разные стороны (0,0668 < 0,200) поворот возможен.
• Снежная целина (/"= 0,3, фтах = 0,4):
• поворот с полностью заторможенными колесами борта, 0,250 < 0,461 поворот возможен;
• поворот с вращением колес в разные стороны, 0,750 > 0,200 поворот невозможен.
Как видим из приведенных выше расчетов, поворот исследуемой машины при заданных значениях Ь и В возможен в любых дорожных условиях, меняется лишь схема поворота: торможением отстающего борта или разным направлением вращения колес бортов. Поворот шарнирно- сочлененной машины с указанными параметрами возможен также практически в любых дорожных условиях.
Угловые скорости складывания секций анализируемых машин
Рассмотрим наиболее тяжелый режим поворота -поворот на месте.
Шарнирно-сочлененная машина с поворотом посредством силовых гидроцилиндров
Угловая скорость складывания полурам будет определяться мощностными показателями гидросистемы рулевого управления, величиной давления и расхода жидкости в ней (рад/с):
во
К + V/шт ) 60'
(8)
где: в - максимальная величина угла складывания секций, град;
Qmax - максимальная подача насосов, л/мин;
(¥шт + Кб/шт) - суммарный заполняемый объем гидроцилиндров поворота, л.
Как видно из анализа данного выражения угловая скорость складывания полурам прямо пропорциональна величине максимальной подачи насосов и обратно пропорциональна заполняемому суммарному объему гидроцилиндров. При этом, чем в более тяжелых условиях работает машина, тем выше должен быть и развиваемый гидроцилиндрами момент, который при условии ограничения величины давления в гидросистеме и обеспечения заданного угла складывания прямо пропорционален увеличению суммарного заполняемого объема гидроцилиндров, а равно и увеличению затрат мощности на осуществление поворота, увеличению массы машины и ухудшению ее компоновочных решений.
№ 7 (52)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2018 г.
Таким образом, возможности увеличения угловой скорости складывания секций шарнирно-сочлененной машины со способом поворота посредством силовых гидроцилиндров существенно ограниченны. У большинства шарнирно-сочлененных машин массой 14000 ^ 15000 кг максимальная величина подачи насосов ограничена 200 л/мин при максимальной величине давления 14,0 ^ 15,0 МПа и суммарном заполняемом объеме гидроцилиндров поворота 7,0 ^ 10,0 л. Тогда поворот секций машины из одного крайнего положения в другое (угол складывания порядка 90 ^ 100 град) будет происходить с угловой скоростью 35 ^ 45% при затратах мощности на поворот:
Котн = И + Ц
' пл кол жол>
Vо
B
(11)
(12)
при: V = 1 м/с и В =1м ^ юл = 1 рад/с ~ 58 град/с,
Юл = Юо п
б) ведущим является только переднее правое колесо
Ю0 =^пл/2В
Q P
N = ^min max « 67кВт. 450
Машина с бортовой схемой поворота
Угловая скорость поворота данной машины будет зависеть от разницы угловых скоростей вращения колес забегающего и отстающего бортов, а также разности направлений их вращения. При работе за счет разности направлений вращения колес угловая скорость поворота машины определится по формуле:
.Vk
в
(9)
при: V = 1 м/с и R = 1м ^ Ю0 = 0,5 рад/с ~ 29 град/с.
• Ведущим является задний мост, передняя полурама неподвижна:
а) колеса моста крутятся в разные стороны
ю з о = V/В;
(13)
б) ведущим является только заднее правое ко-
лесо
ю з о = V/2B.
(14)
• Поворот при помощи вращения в разные стороны колес обоих мостов (см. рис. 2):
а при повороте за счет разности скоростей вращения колес по выражению (ведущим является только одно переднее колесо):
■ Vk
2B
(10)
т 0 = ю п о + ю з о ;
V V V + V
Ш _ пп | зп _ пп зп .
0 _ в в ~ в '
при Vnn = Vзп
(15)
(16)
Тогда при Vпл = 1 м/с и В = 1м (исходные данные)
Ю1 = 58 град/с, Ю1 = 29 град/с.
Следует отметить, что увеличение частоты вращения колес машины ведет и к увеличению угловой скорости ее поворота. Таким образом, машины с бортовым способом поворота имеют большую угловую скорость поворота и большую угловую скорость складывания секций, чем шарнирно-сочлененные машины с поворотом посредством силовых гидроцилиндров. Кроме того, для осуществления поворота указанных машин не требуется применения специального механизма.
Шарнирно-сочлененная машина с предлагаемым способом поворота
Рассмотрим различные случаи поворота указанной машины:
• Ведущим является передний мост, задняя полурама неподвижна:
а) колеса переднего моста крутятся в противоположных направлениях (см. рис. 1)
глабс _глоты , г^пер
Vn _ V пл + V0 '
2¥
а)0 = —— = 116рад/с. В
При отключении внутренних колес:
V + V
_ пп зп .
ш ^ — -
при Vnn = Vm
2B
шо — — 58рад/с. B
(17)
Таким образом, возможная угловая скорость складывания секций машины с заявляемым способом поворота сравнима со скоростью поворота машин бортовой схемы и выше, чем у шарнирно-сочлененных машин со способом поворота посредством силовых гидроцилиндров.
Затраты мощности на осуществление анализируемых способов поворота
Бортовая схема поворота машины
Момент сопротивления повороту машины с бортовой схемой может быть приближенно выражен через приведенный коэффициент сопротивления
ША _
№ 7 (52)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2018 г.
повороту - как это принято в теории гусеничных машин [2]:
• поворот разностью направлении вращения колес
ИГ GL
Mп =-и
п 4
(18)
Mп = ^ 1,26Vm
(26)
где: О - вес машины.
Коэффициент ^ зависит от физико-механических свойств грунта и может быть определен по следующим зависимостям.
• Недеформируемая поверхность: • поворот торможением колес борта
R
U = Vmax (1-0,162 R);
(19)
колес
поворот разностью направлений вращения
Ц = 0,55^. (20)
Деформируемый грунт: поворот торможением колес борта
М = 1,15Ртак; (21)
поворот разностью направлений вращения
колес
(22)
Как показывает анализ зависимостей (19...22), максимальный момент сопротивления повороту машины на недеформированном грунте возникает в режиме поворота торможением колес отстающего борта, а максимальный момент сопротивления повороту на деформируемом грунте - при повороте разностью направлений вращения колес.
Определим их численные значения для рассмо т-ренных нами размеров машины (Ь и В) и грунтовых условий.
Примем массу машины равной: О = 14000 кг.
1. Асфальтобетон сухой (фтах = 0,8).
• поворот торможением борта
M п = — U = —?тах (1-0.162 R),
п ^ Г ^ Х ß
(23)
где: Я - минимальный радиус поворота, определенный ранее для данного случая (Я = 6 м), тогда Мп = 5757 кг.м;
• поворот разностью направлении вращения колес
М =-•
п 4
тогда Мп = 6160 кг.м;
2. Снежная целина (фтах = 0,8): • поворот торможением борта
С!
Мп = С! .1,15^*,
тогда Мп = 6440 кг.м;
(24)
(25)
тогда Мп = 7056 кг.м.
Таким образом, максимальная величина момента сопротивления повороту машины с неповоротными колесами достигается при повороте разностью вращения колес и составляет ~ 7056 кг.м.
Шарнирно-сочлененная машина со способом поворота посредством силовых гидроцилиндров
Рассмотрим теперь величину момента сопротивления повороту шарнирно-сочлененной машины с Ь= 4 м, В = 2 м, 1\ = 12 = 2 миО = 14000 кг при минимальном радиусе поворота (Я = 5,3 м ^ в = 50°). Момент сопротивления повороту шарнирно-сочле-ненной машины в движении определяется путем решения системы уравнений динамического равновесия каждой секции с учетом величины реакции в шарнире и соотношения абсолютных ускорений центров мостов (рис.3) и окончательно имеет вид:
Mп =
Хв + Y sine + Z Ф.ш :
(27)
где
х = шт (V - V cos в)+4 (V cos в - v )+
+j
2
V л V2 —cose+—
ш
Л
V ш1
J,
2 У
V1 V2 —+—cose
V ш ш
2
(28)
Z =
Y = ШШ2gfnp (1 - cose)(lx -¡2) + '■
+ у- gfnp (ш+ Ш2 cos в) -1
- т2 2 (т cose+m2); l2
rydgfnp [m? (lf + cos в) - Ш2 (f + cos в) + l1 l2
(29)
mm cos2 в({2 - l2) + sin2 в(щ J2 + m2J)
l1l2
(30)
l, U sin2 в
_ 1 _L 2 _L
»'1
Ф = 20080 + 11 + 12 + ^^(02 -2т£2 -2т/2). (31)
4 I ^ да
где: т = (тг + т2 ) - масса машины;
г т Я2 ,2Ч = — — ^ ) - момент инерции; / - той секции
машины относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести секции; Уг и У2 - линейные скорости центров мостов машины; гуд - радиус траектории качения колеса, при котором ^пр/г = 2 ;
/ J кр
/пр и /кр - коэффициенты сопротивления прямолинейному и криволинейному качению.
l
№ 7 (52)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2018 г.
Исходные данные для расчета
Режим равномерного установившегося поворота: Юо = 0, т1 = 8000 кг; т2 = 6000 кг; /р = 0,018 асфальтобетон сухой, /пр = 0,3 снежная целина; VI = V2 = 1 м/с; § = 9,81 м/с2.
Тогда
• асфальтобетон: Мп = 128,0 кг.м;
• снежная целина: Мп = 2860 кг.м.
Результата вычислений подтверждают значения
Мп, полученные экспериментальным путем для машины 4К4 (Ь = 3,2 м, В = 2 м, О =14500 кг) [4]:
Движение по
• твердой песчано-гравийной дороге /= 0,06): Мп = 540 - 630 кг.м;
• пасечному волоку /= 0,13): Мп = 1070,0 кг.м;
• лесосеке /= 0,17): Мп = 1200 кг.м.
Повороты на месте
• твердая песчано-гравийная дорога: Мп = 4000,0 кг.м;
• лесосека (колея): Мп = 6000,0 кг.м.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что момент сопротивления повороту шарнирно-сочленен-ной машины ниже (на асфальтобетоне ~ в 10 раз, на снежной целине ~ в 2,5 раза), чем Мп для машин с бортовой схемой поворота. Сделанный вывод о моменте сопротивления повороту шарнирно-сочле-ненной машины имеет силу как для машины с существующим способом поворота, так и для машины с заявляемым способом поворота, т. к. принципиально схемы складывания секций машин одинаковы, отличаются лишь способы их осуществления. Однако возможность реализации потребного Мп для шарнирно-сочлененных машин с существующим способом поворота и машин с бортовой схемой поворота разная по следующим причинам.
1. В первом случае необходим свой, отдельный механизм складывания с соответствующими затратами мощности на его привод. Кроме того, величина плеча действия силы гидроцилиндра складывания ограничена требованиями конструктивной компоновки машин кгц ~ 0,35 - 0,40 м, причем с ростом угла складывания в - величина кгц падает (в ~ 45°, кТц = 0,20 м).
При этом для реализации Мп = 2860 кг.м; Ргц должна составлять 11500 кг, что при давлении Ргц = 200 кг/см2 соответствует диаметру исполнительного цилиндра Б = 8,6 см, а с учетом режима поворота на месте, где Мп достигает ~ 7000 кг.м и выше, Б = 21,1 см.
2. Поворот машины с бортовой схемой осуществляется при помощи уже существующей трансмиссии машины, т. е. необходимость в отдельном механизме складывания; но кажущаяся вследствие этого видимость снижения затрат мощности двигателя компенсируется увеличением потребной силы тяги, состоящей из суммы силы тяги на передвижение машины (прямолинейное) и силы тяги на поворот машины. Касательные силы тяги в данном случае
выполняют роль поворачивающих сил, при этом они действуют на большем плече, чем у шарнирно-сочлененных машин, и это плечо в процессе поворота
остается неизменным (к = В = 1м в нашем случае).
При к = 1 м и Мп = 7056 кг.м, ^потр = 7056 кг.
Поворот разностью направления вращения колес бортов
^ левый - Рклев = 3530 кг
^ правый - Ркправ = 3530 кг, в самых тяжелых дорожных условиях (рыхлый снег).
Сила тяги, потребная на передвижения машины в данных условиях (/ = 0,3), равна:
Р/ = О./= 4200 кг при ограничении по сценлешпо (ф = 0,4), Рф = 5600 кг.
Тогда РкЕ = 11260 кг > Рф —потр = 112,6 кВт , V = 1 м/с).
То есть поворот машины в данных условиях невозможен по сцеплению, что подтверждает сделанный ранее вывод.
Поворот торможением одного борта (снежная целина)
Мп = 6440 кг.м. при Я = 6,0 м
Тогда рпотр = 1088 кг - реализуется одним бортом.
Сила тяги на передвижение машины Р/ = О./ = 2100 кг при Рф = 2800 кг.
Тогда 3188 кг и незначительно —потр
31,9 кВт превышает Рф,и возможность поворота торможением колес одного борта в данных условиях существует.
При повороте на асфальтобетоне (/= 0,018, ф = 0,8):
• поворот разностью вращения колес Р} = Р + Рпотр = 6412кг < Р = 11200кг,
1 f
Nn0Tp _ 64,1кВт
т. е. поворот возможен;
• поворот торможением колес борта
Р* = р + РЛотр = 1080кг < Рр = 5600кг, ^„тр = 10,8кВт т. е. поворот возможен.
Шaрнирно-сочлененная машина со способом поворота посредством силовых гидроцилиндров
Снежная целина (/ = 0,3; ф = 0,4).
РкЕ = р = 4200кг или ^р, = 42кВт, ¥ = 1м/с
V
N^ _ Mпш_ Mп V - 5,7кВт
№ 7 (52)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2018 г.
Тогда NLp = 47,7кВт
Асфальтобетон (/= 0,018; ф = 0,8)
ЛПОтр = 8,5кВт
Как уже указывалось, принципиально кинематические схемы поворота шарнирно-сочлененной машины и существующей не отличаются друг от друга. Отсюда равны между собой и величины потребных дня осуществления поворота моментов складывания, различие будет лишь в способе их реализации.
Таким образом, все сделанные ранее выводы по величинам моментов сопротивления повороту, мощности потребной на поворот и суммарной мощности, потребной на движение с поворотом для шарнирно-сочлененных машин со способом поворота посредством силовых гидроцилиндров будут справедливы и для машин с заявленным способом поворота.
Полученные результаты сведем в таблицу 1.
Анализ данной таблицы и проведенные здесь расчеты показывают, что по маневренным свойствам (минимальный радиус поворота, габаритная полоса движения) машины с бортовой схемой поворота имеют преимущество по сравнению с шарнирно-сочлененными машинами. По величине момента и, соответственно, мощности, потребных для осуществления поворота машин, машины с бортовой схемой поворота уступают шарнирно-сочлененным машинам. Особенно ярко это проявляется на твердых опорных поверхностях и нивелируется при переходе на рыхлые грунты, причем при одинаковых радиусах поворота (Кш.с = 5,3 м и Кб.,х = 6.0 м) величины потребных мощностей Жпотр близки друг к другу:
Л^отр ш с = 47,7кВт; № , = 32,0кВт
П°тр Ш.С 5 5 потр б.с.х '
Таблица 1.
Сравнительные характеристики анализируемых машин по маневренности и суммарным затратам мощности на поворот Ь = 4 м, В =1,0 м, в = 50°, V = 1 м/с
Тип опорной поверхности Тип способа поворота Маневренность ^Млов, кг.м Затраты мощности
Rmin, м т, град/с NnOB, кВт Nдвиж, кВт N, КВт
Сухой асфальтобетон f = 0,018 ф - 0,8 Посредством силовых гидроцилиндров 5,3 35+45 128,0 5.7 2,8 8,5
Предлагаемый способ 5,3 58+116 128,0 5,7 2,8 8,5
Бортовой, торможением борта (1=0) 6,0 29 5757 9,4 1,4 10,8
Бортовой, разностью направления вращения колес (1=1) 1,0 58 6160 61,3 2,8 64,1
Снежная целина f = 0,3 ф - 0,4 Посредством силовых гидроцилиндров -5,3 35+45 2860 5,7 42,0 47,7
Предлагаемый способ -5,3 58+116 2860 5,7 42,0 47,7
Бортовой, торможением борта (1=0) 6,0 29 6440 10,9 21,0 31,9
Бортовой, разностью направления вращения колес (1=1) 1,0 58 7056 70,6 42,0 112,6
Примечание. Поворот по Рф возможен при всех способах поворота, кроме последнего, по снежной целине.
Анализ таблицы показывает также, что наиболее эффективным, с точки зрения маневренности шарнирно-сочлененных машин, является предлагаемый способ поворота при той же величине Ятш; величина возможной реализуемой угловой скорости складывания секций существенно (в 2-3 раза) выше, чем при способе поворота посредством силовых гидроцилиндров. Все это позволяет уменьшить величину потребного на поворот времени, что особенно важно для машин циклического действия, работающих в режиме постоянного маневрирования (погрузчики, трелевочные тракторы и т. д.).
Предлагаемый способ поворота характеризуется более низким по сравнению с бортовой схемой поворота и сравнимыми с существующей схемой поворота шарнирно-сочлененных машин величинами затрачиваемой на осуществление поворота мощности. Однако предлагаемый способ поворота шарнирно-сочлененных машин по сравнению с существующими эффективнее, т. к. не требуется установки на машину дополнительного механизма складывания с автономной гидросистемой, упрощается конструкция машины, снижается стоимость ее изготовления, затраты на обслуживание и ремонт и, главное,
№ 7 (52)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2018 г.
исключаются потери мощности двигателя на работу дополнительной гидросистемы машины (потери на привод насосов, объемный к.п.д. гидросистемы, трение в различных соединениях и т. д.), снижая тем самым общие затраты мощности двигателя, необходимые на поворот шарнирно-сочлененной машины. Кроме того, в предлагаемом способе поворота относительный поворот-складывание секций машины осуществляется посредством уже существующей мо-торно-трансмиссионной установки и ходовой системы машины, что существенно повышает потенциальную величину реализуемого момента пово-
рота как за счет увеличения плеча действия складывающей силы, так и за счет ее больших возможных значений.
Вывод. Предлагаемый способ поворота шарнирно-сочлененных машин позволяет достичь поставленной цели - повышения их маневренности и снижения затрат мощности на поворот, является более эффективным по сравнению с существующим и может быть рекомендован к использованию при создании новых шарнирно-сочлененных машин различною назначения.
Список литературы:
1. А. с. №1772035, МКИ В 62D 53/02. Шарнирно-сочлененное транспортное средство / А.М. Кочнев, Г.М. Анисимов, H.J1. Синицын (СССР). 4 с.
2. Брянский Ю.А. Исследование процесса поворота колесных тягачей с неповоротными колесами: Автореф. дис. канд. техн. наук. М.: МАДИ, 1962. 13 с.
3. Брянский Ю.А. Колесные тягачи с бортовой схемой поворота /Строительные и дорожные машины: Сб. ЦИН-ТИМАШ. М., 1961 №6. С. 21-26.
4. Оценка режимов работы и нагруженности гидросистемы рулевого управления трактора ТКЛ-1: Отчет о НИР / Северо-Западный филиал НАТИ. Д. 11/90-2186, № ГР 01910031618. Вырица, 1990. 183 с.
