CC BY
474
УДК 622.331.002.5 А.Л. Яблонев
РА СЧЕТ ДЕФОРМАЦИИ ПНЕВМА ТИЧЕСКОГО КОЛЕСА ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ЕГО С ТОРФЯНОЙ ЗАЛЕЖЬЮ
При взаимодействии пневматического колеса с торфяной залежью деформация шины либо не учитывается вообще, либо учитывается введением односложных коэффициентов. В то время, как при эксплуатации пневматических шин низкого давления, деформация оказывает существенное влияние на площадь контакта колеса с опорной поверхностью, удельное давление на грунт и сцепные свойства с грунтом. В статье описывается методика по расчету деформации пневматического колеса во взаимосвязи с давлением воздуха в шине, нагрузкой на колесо, просадкой колеса на торфяной залежи и коэффициентом упругости торфяной залежи.
Ключевые слова: торфяная залежь, пневматическое колесо, деформация, жесткость шины, просадка, коэффициент упругости, диаметр, ширина, давление воздуха в шине, нагрузка на колесо, площадь контакта.
Сопротивление качению колеса с пневматической шиной при его взаимодействии с торфяным грунтом, определяется работой, затрачиваемой на деформирование грунта и образование колеи. При этом деформация шины либо не учитывается вообще, либо учитывается введением односложных коэффициентов. Деформация шины во взаимосвязи с деформацией опорной поверхности изучена недостаточно и точных методик по ее оценке нет.
Деформацию шины, также как и деформацию торфяной залежи, можно вызвать работой, затрачиваемой на сжатие шины. Соотношение работ, затрачиваемых на деформацию грунта и сжатие шины может быть различным и зависит от плотности (прочности) грунта, давления воздуха в шинах, приложенных нагрузок и параметров шины.
Даже при качении колеса с пневматической шиной по недеформируемой поверхности определение нормальной деформации шины вызывает значитель-
ные трудности. Еще сложнее обстоит дело, когда деформации шины и грунта (осадка колеса на торфяной залежи) сравнимы. Между тем, деформация шины, особенно низкого давления, во многом определяет форму площади контакта шины с залежью и, следовательно, такие параметры, как давление на опорную поверхность, силу сцепления колеса с залежью и силу сопротивления передвижению колеса.
Давление Р1, с которым колесо воздействует на торфяную залежь равно давлению Р2, с которым торфяная залежь воздействует на колесо. форма эпюры давления Р1 идентична форме эпюры давления Р2. Иначе говоря, если колесо с приложенным к нему весом Q воздействует на торфяную залежь с силой F через площадь контакта S, то торфяная залежь воздействует на колесо точно такой же силой F через эту же контактную площадь S.
Давление Р2 воздействия торфяной залежи на колесо уравновешивается
внутренним давлением воздуха в шине Рк и жесткостью каркаса шины. Нагрузка, воспринимаемая колесами, полностью передается на опорную поверхность через площадь контакта и не зависит от давления воздуха в шине. Однако давление воздуха определяет величину нормальных напряжений на контактной поверхности [.
В момент первоначального контакта колеса с залежью всякая деформация отсутствует. В следующий момент можно говорить лишь о деформации залежи, так как прочность колеса значительно больше прочности залежи. При дальнейшем погружении колеса в залежь, залежь под колесом уплотняется, приобретая большую прочность, появляется незначительная заметная деформация колеса. И, наконец, при достижения состояния равновесия, когда погружение колеса в залежь прекращается, деформация колеса имеет наибольшее значение. Таким образом, последовательная работа по деформированию упругих элементов (торфяная залежь и пневматическое колесо) переходит в параллельную работу.
Универсальная формула для определения деформации шины может выглядеть следующим образом:
О
А = —, м, (1)
Г
р
где Q - нагрузка на колесо, кН; Ср - жесткость пневматической шины, кНм.
Жесткость шины для шин арочного профиля может быть определена по зависимости, предложенной В.М. Шпыне-вым (1):
‘V
кнм,
(2)
где О - наружный диаметр шины в продольной плоскости в ненагруженном со-
стоянии, м; Бп - диаметр шины в поперечной плоскости в ненагруженном состоянии, м; Рк - давление воздуха в шине, кПа.
Для шин всех остальных профилей диаметр Оп в этой формуле заменяется на ширину колеса В.
Максимальное давление, оказываемое шиной на залежь, может быть определена по зависимости:
(3)
та.г
где К - коэффициент упругости торфяной залежи, кН/м3; Н - максимальная просадка колеса на залежи, м.
Максимальная просадка колеса в залежи может быть найдена по формуле, предложенной М.В.Мурашовым [2]:
Н = □
(4)
где "л - коэффициент деформации пневматической шины. По данным М.В. Мурашова, для шин на торфяной залежи ^ = 0,8.
В случае, когда нормальное напряжение на контактной поверхности шины по площади контакта шины с залежью и максимальное давление, оказываемое шиной на залежь описываются соотношением
ст :
Р,>
(5)
деформации шины не возникает. Урав-нове шивание колеса на залежи достигается только просадкой колеса в залежи. Если
ст :
р„,<
(6)
то работа затрачивается как на деформацию залежи, так и на деформацию пневматической шины.
Зависимость макимальной деформации шины от нагрузки на колесе
60
5
2 5 10 15 20
Нагрузка на колесо О, кН
Рис. 1. Зависимость деформации шины от нагрузки на колесе
3 £ 70 60 - Ъ І 50 - 3 I 40 I 30 о. Ф »ависимость максимальной деформации шины от давления воздуха в ней
—•—Ряді -■-Ряд 2 —й^РядЗ К Ряд 4
^ 10-
30 50 80 100 120 180 Давление воздуха в шине Р^,, кПа
Рис. 2. Зависимость деформации шины от давления воздуха в ней
Переписав (5) в виде:
w
maxi
(7)
можно определить при каком максимальном давлении колеса на залежь начинается деформация. Если же иметь в виду, что:
Гтахі = КНг, (8)
то можно определить просадку колеса на залежи Н1, при которой начинается деформация пневматической шины и продолжается деформация залежи:
W
К
", м
(9)
Сила, затрачиваемая на полную деформацию торфяной залежи без деформации пневматической шины может быть найдена из зависимости (4), но без учета □, так как данный коэффициент как раз и учитывает взаимное деформирование шины и залежи:
Н пК%/ DDU
, кН.
(10)
Сила, затрачиваемая на деформацию пневматической шины £2:
где Q - общая нагрузка, приложенная к колесу, кН.
Тогда деформация пневматической шины, происходящая совместно с деформацией торфяной залежи:
м
(12)
На рис. 1 и 2 представлены зависимости деформации шины от нагрузки на колесо и внутреннего давления воздуха в шине. Данные получены для 4-х типов тракторных шин: 1 - 1000x400 мм; 2 -1420x500 мм; 3 - 1500x600 мм; 4 -1500x840 мм. Коэффициент упругости залежи принят 1000 кН / м3.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шпынев В.М. О связи коэффициента уп-
ругости основания и жесткости пневматиче-
ской шины / Механизация добычи торфа. - Калинин: КПИ, 1974. - № 17. - С. 35-37.
2. Торфяные машины / С.Г.Солопов, М.В.Мурашов, М.А.Миркин и др. Под ред. С.Г.Солопова. - М: Высшая школа, 1962. - 354 с. іі5и=і
Коротко об авторе
Яблонев А.Л. - кандидат технических наук, ООО «ОРТОМЕД», главный инженер, а^о-vich @ mail.ru
