CC BY
42
УДК 625.73
К. Ц. ГЛАВАЦЬКИЙ, В. М. ПРОСКУРНЯ (ДПТ)
ВИЗНАЧЕННЯ ВПЛИВУ ОПОРУ ПЕРЕСУВАННЮ I ПОВОРОТУ ГУСЕНИЧНОГО ТЯГАЧА НА ЗАГАЛЬНИЙ ОП1Р РУХУ ПРИЧ1ПНОГО КАТКА ТА ГЛИБИНИ ПРОС1ДАННЯ МАЛООПОРНО1 ГУСЕНИЦ1 ПРИ БУД1ВНИЦТВ1 ТА РЕМОНТ КОЛИ
Значения опору пересуванню i повороту гусеничного рушiя тягача грунтоущшьнюючо! машини, тдра-ховаш за запропонованою методикою, меншi приблизно удвiчi за Ti, що отриманi з використанням доввдко-вих рекомендацiй, оскшьки використтовуються уточненi данi.
Значения сопротивления передвижению и повороту гусеничного движителя тягача грунтоуплотняющей машины, подсчитанные по предложенной методике, меньше примерно вдвое от полученных с использованием справочных рекомендаций, поскольку используются уточненные данные.
Values of resistance to the movement and turn of tractor on the caterpillar motion of making more compact machine, calculated on the offered method, less approximately twice from got with the use of help recommendations, as refined data are used.
Постановка проблеми. При розрахунку грунтоущшьнюючих машин у склащ гусеничного тягача i причшного змшного робочого об-ладнання, зокрема, каткового типу, загальний ошр руху машини складатиметься з двох час-тин. При цьому, тягач може деформувати грунт на рiвнi з робочим обладнанням, особливо на початковш стади ущiльнення насипного грунту. Таким чином, доцшьно знати розподш опору руху мiж частинами грунтоущшьнюючо1 машини для аналiзу i прийняття рiшень щодо конструктивного виконання як ходового облад-нання тагача, так i виду робочого органу. Крiм того, гусеничний рушш сам по собi може вико-ристовуватись як грунтоущiльнюючий робочий орган, оскшьки ним оснащеш землерийнi i зем-лерийно-транспортнi машини, що готують грунт до ущiльнення.
Аналiз останшх дослiджень. Вiдомi досл> дження опору руху як гусеничних, так i пнев-моколiсних рушив, спрямованi на визначення енерги, що витрачаеться на деформащю грунту [1]. Але при розрахунку опору коченню, як правило, не враховуються: параметри рушiя i грунту, якi суттево впливають на кшцевий результат, зокрема, ширина гусениц чи коли; ве-личини коефiцiентiв опору зминанню грунту i його пружно! деформаци та сшввщношення мiж ними; а також ряд величин, що беруться з довщкових даних i мають досить приблизш значення, округленi, як правило, в бшьшу сторону, оскiльки вони отримаш експерименталь-ним шляхом i носять емпiричний характер. В
результат розрахунки, виконанi за запропоно-ваними i довiдковими формулами, вiдрiзняють-ся майже в два рази, що суттево, оскшьки при цьому можна значно уточнити потужшсть силового агрегату, що потрiбний для конкретное' машини в залежносп вiд и конструктивного виконання i комплектацп певними видами ро-бочих органiв.
Мета статть Визначення опору пересуванню i повороту гусеничного тягача та глибини просщання малоопорно1 гусеницi з використанням рашше отриманих залежностей для визначення коефiцiентiв опору руху, що припа-дають на пружну i пластичну деформацiю грунту, дозволить значно уточнити вiдомi методики, засноваш на використанш довiдкових даних i правильно розподшити потужнiсть базового чи запропонованого силового агрегату.
Основний матерiал. Знайдемо величину коефщента опору руху гусеничного рушiя трактора масою О , розмiром гусениць Ь х В (рис. 1, а). Вважаючи розподш тиску рiвномiрним, отримаемо:
q =
Gg 2BL
Глибина вминання гусениць
у = q / k2.
(i)
(2)
Робота, виконана силою тяжшня трактора при зануренш гусениць на глибину у i об'ем з1м'ятого матер1алу:
А = ^;
Уд = 2БЬу. Вiдносна робота зминання:
А = Од
Аот =
Уд 2БЬ
(3)
(4)
(5)
А = = °§у§и / Ь •
(7)
РУХУ ^см :
Ап = ™см°ё1п •
(8)
Прирiвнявши вирази (7) i (8), отримаемо складову опору перекочуванню гусеничного рушiя, що припадае на зминання грунту:
у д ^ =—=——
см Ь к2Ь
(9)
^кр = 0,5/кр
Б
(10)
де /кр - коефiцiент тертя ковзання гусенищ по rрунтовiй основi, що приймаеться рiвним кое-
фiцiенту зчеплення.
При поворот машини на гусеничному ходу щодо центру одше! з гусениць, наприклад, на кут п /2, об'ем зiм'ятоl грунтово! основи:
Ь
1+
1 (2БК - В)2
8Ш2«
Ь2
ПУ 2
(11)
При перемщенш трактора на вiдстань Ьп об'ем зiм'ятого грунту:
УСм = 2ВуЬп . (6)
Робота, витрачена на зминання грунту на довжиш Ь :
Ь
; Вк - колiя гусениць.
де а = агСе-
2Бк + Б
Аналогiчно (7) знайдемо роботу на зминання грунту:
GgлL
А1 = Аот^ом = '
1+-
1
81па
(2БК - В)2 Ь2
32Б
У .(12)
Робота, необхщна для пересування трактора на вщстань Ьп при умовному коефiцiентi опору
Робота, необхщна для повороту гусениць на кут п/2 при умовному коефiцiентi опору ^см :
Ап =
Gg
Бф +
2Ь 81п ф 3ф
=^+4Ь ('3)
Залежнiсть ^см вiд коефiцiента к2 показана на рис. 1, б. Вщзначимо, що рекомендований коефiцiент опору перекочуванню для гусеничного ходу при грунтовш дорозi складае величину ^ = 0,05...0,1 [2]. В цьому випадку опiр перекочуванню вщ зминання грунту складае вiд часток вщсотка при «вiдмiнному грунт!» [3; 4] до половини вщ того, що рекомендуеться при дуже рихлому. Даш отримаш для трактора ма-сою О = 5250 кг з розмiрами гусеницi Б х Ь = 0,5 х 2,7 м; д = 27 кПа
Вiдзначимо, що формула (9) справедлива i для абсолютно жорстко! пластини (плити) пря-мокутного контуру при будь-якш схемi наван-таження; величина Ь при цьому визначаеться стороною, паралельною напрямку руху.
Для гусеничного ходу максимальну величину опору повороту навколо загальмовано! гусенищ рекомендуеться визначати з виразу [5]
GgЬ
Рис. 1. Розрахункова схема гусеничного рушш (а) \ залежнють глибини вминання грунту (1) \ опору перекочуванню, що припадае на зминання грунтово! основи (2) в1д коефщента зминання к2 - (б)
Ця формула отримана як добуток наванта-ження, що припадае на одну гусеницю, на шлях, пройдений центром прикладення наван-
8
№ =
см
2
таження однш 1 1ншо1 гусениць при и поворот на кут ф.
Прир1внявши два останш вирази, отримаемо:
пЬ
1 +
1
8т2 а
(2ВК - В)2
пВк 4Ь
- +
2 3п
16В I + —
(14)
1стотною вщмшшстю отримано1 формули вщ довщково1 е присутшсть в нш величини Вк - коли, вплив яко1 на зусилля повороту оче-видний. Другою ютотною вщмшшстю е наяв-шсть коефщента опору зминанню к2, вплив якого на ошр повороту також очевидний. Наяв-шсть в довщковш формул1 тшьки коефщ1ента тертя ковзання не завжди враховуе властивють грунтово1 основи повшстю. Наприклад, розво-рот на грунтовш основ1 з малим значенням к2,
але покритим сшгом може привести до абсолютно р1зних результат, отриманих за запропо-нованою 1 довщковою формулах.
При Вк = 1,6 м { даних, наведених вище, отримаемо ^см = 0,005...0,120 залежно вщ к2. Якщо прийняти коефщ1ент тертя м1ж грунтовою основою 1 гусеницями ^тр = 0,4, то за на-
шою методикою Wпов = (^тр + ^см ^ = 29...37
кН, а з довщково1 формули Жпов = 77 кН.
Дощльно також врахувати вплив глибини просщання малоопорно1 гусенищ, оскшьки, у цьому випадку, тиск на грунт передаеться нерь вном1рно, 1 максимальна величина просщання тд катками буде бшьшою, шж аналопчне зна-чення для багатоопорно1 гусенищ Отже, бу-дуть великими об'ем з1м'ятого матер1алу при пересуванш гусеничного тягача на задану дов-жину { ошр пересуванню вщ зминання матер1а-лу Грунтово1 основи.
Формулою (2) можна користуватися при ви-значенш просщання багато опорних гусениць. В мало опорних гусеницях тиск на грунт передаеться нер1вном1рно, тому максимальна величина просщання тд катками буде бшьше, шж значення для багато опорно1 гусенищ Отже, будуть великими об'ем з1м'ятого матер1алу при пересуванш, наприклад, екскаватора на довжи-ну Ь (6) { ошр пересуванню вщ зминання мате-р1алу грунтово1 основи.
Представимо розрахункову схему гусенищ м1ж двома опорними катками у вигляд^ пока-заному на рис. 2. Для виршення задач1 щодо визначення максимально1 величини просщання
гусенищ а скористаемося наступним набли-женим способом послщовних наближень. Рь шення тако1 задач1 в точнш постановщ навряд чи можливе: величина а - просщання тд катком { / - прогинання гусенищ в середиш про-льоту { в самому прольот взаемно залежш
Величину а для першого наближення ви-значимо як для жорстко1 пластини або багато опорно1 гусенищ з формули (2): а1 = q / к2.
Просщання гусенищ в другому наближенш знайдемо при наступних припущеннях: вважа-тимемо, що гусениця прогинаеться по синусо1-д1, тобто
у(х) = а - / 8т —;
(15)
тод1, наприклад, при х = I /2 у(х) = а - /, а при х = 0 або х = I у(х) = а .
Тепер з р1вност1 об'ем1в деформованого ма-тер1алу для першого \ другого випадюв (це ко-ректно, оскшьки залежшсть м1ж а \ q лшшна) отримаемо:
а = а1 + 2//п = q/к2 + 2//п . (16)
Рис. 2. Розрахункова схема гусенищ в прольоп мгж катками
З формули (16) видно, що в нш в явному ви-гляд1 вщсутне натягнення гусенищ ^ . Для його визначення спроектуемо сили, ддач1 на гусени-цю в прольот вщ реакци грунтово1 основи, { саму силу ^ на вюь X. Пюля елементарних перетворень отримаемо:
5 = ВА (а - 2 / / п).
2п/ ' '
(17)
Задавши / в частках а / = ап , де (п < 1), отримаемо замють (17):
q
w =
см
5 =
Ж/
2пп
(1 - 2п* / п). (18)
Залежнiсть мiж 5 i п показана на рис. 3. Тут же представлена крива залежност штенси-вност зростання 5 вiд п - dS /dn*. Неважко помiтити, що особливо iнтенсивно повинне
зростати натягнення гусенищ при п < 0,5. З
*
погляду натягнення очевидно, що величину п брати менше 0,5 недоцшьно.
Таким чином, за вщомими величинами В, к2, I, задавши п , можна визначити 5 за (18) або а по формула
а =
пд / к2 (п - 2п*). (19)
1пр = I - АсФк ,
(20)
де фк = 2агс81п(2д/а())к - а))/)к .
Рис.3. Залежшсть в1д сшввщношення прогинання гусенищ до заглиблення катка:
1 - натягнення гусенищ; 2 - штенсивносп наростання натягнення; 3 - заглиблення катка б при к2 = 6 МПа
[ к2 = 3 МПа
При визначенш опору на зминання матерiа-лу грунтово! основи у разi перемщення мало
опорно! гусеницi на вщстань Ьп , об'ем зiм'ято-го матерiалу можна знайти аналогiчно (6):
Усм = 2 БаЬп (21)
виконавши подальшi викладення аналогiчно вищенаведенш методицi•
Величина 5 у формулi (18) може бути про-контрольована по верхнш частинi гусеницi: якщо вщоме !! прогинання /х у середиш про-льоту, то:
т
5 =
^2
8/х
(22)
Значення а залежно вщ п при рiзних величинах к2 показанi на тому ж рис. 3.
В наведених вище формулах передбачалося, що радiус катка Лк =) /2 набагато менший прольоту I мiж ними. З урахуванням катка приведений пролгг мiж !х центрами:
де тгус -лiнiйна щiльнiсть гусеницi•
Висновки i перспективи дослiджень. Значення опору пересуванню i повороту гусеничного рушiя тягача грунтоущiльнюючо! машини, шдраховаш за запропонованою методикою i з використанням довщкових рекомендацiй вщр> зняються бiльше, нiж у два рази, тобто, при розрахунку за запропонованою методикою маемо менший результат, оскшьки користуемося уточненими даними. Завдяки цьому можна ефектившше використати енергоресурси та удосконалити параметри, зокрема, грунтоущ> льнюючих машин каткового типу.
Подальшi дослщження спрямоваш на сис-тематизащю отриманих результатiв i !х мето-дичне представлення у зручному для користу-вача виглядi•
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Ульянов Н. А. Теория самоходных колесных землеройно-транспортных машин. М.: -Машиностроение, 1969.- 520 с.
2. Экспериментальное определение коэффициента сопротивления перекатыванию гусеничного движителя / Варшавский А. М., Бондаренко В. Д., Бондаренко Л. Н. // Изв. вузов. Машиностроение, 1992. № 1-3. С. 84 - 86.
3. Тимошенко С.П., Войноровский-Кригер С. Пластинки и оболочки. - М.: Наука, 1966. -635 с.
4. Тимошенко С.П. Курс теории упругости. Киев: Наукова думка, 1972. - 501 с.
5. Александров М. П. и др. Справочник по кранам: В 2 томах. Т. 2 - Л.: Машиностроение, 1988. - 559 с.
Надшшла до редколегп 15.03.07.
