Результаты испытаний отечественной и зарубежных шин для малогабаритной техники Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Литература

1. Теория и расчет тягового привода электромобилей / Под ред. Ефремова И.С. -М.: Высшая школа, 1984. -383с.

2. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. для вузов.- 2-е изл.перераб. и доп. -М: Энер-гоатомиздат, 2001. -704с.

3. Энергосберегающий асинхронный электропривод: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / И.Я. Браславский, З.Ш. Ишматов, В.Н. Поляков. Под ред. И.Я. Блаславского. -М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 256с.

4. De Doncker R.W., Novotny D.W. The universal field oriented controller // IEEE Trans. on Ind. Applications, vol. 30, Jan./Feb., 1994, pp. 92-100.

5. Тяговые электроприводы и устройства энергообеспечения автотранспортных средств / Е.М. Овсянников, Нгуен Куанг Тхиеу. -М.: Изд. «Палеотип», 2009. -244с.

Результаты испытаний отечественной и зарубежных шин для

малогабаритной техники

к.т.н. доц. Подрубалов В.К., Дмитриева Л. А., Подрубалов М.В.

МГТУ «МАМИ», МГУ Л

Аннотация. Рассматриваются результаты экспериментальных исследований на многофункциональном стенде характеристик трех моделей шин, используемых при комплектации квадроциклов. Дана оценка жесткостных параметров шин при различных внутренних давлениях. Подробно исследованы их тягово-сцепные свойства на жестком и деформируемом основаниях. Даны рекомендации по их применению.

Ключевые слова: шины для квадрациклов, технические характеристики, результаты испытаний

Создание мобильной малогабаритной техники (МГТ), удовлетворяющей потребителя по таким важным эксплуатационным показателям, как вибронагруженность, тягово-сцепные свойства и проходимость, невозможно без знания характеристик применяемых шин. Поэтому проведение экспериментальных работ в этом направлении является весьма актуальным.

В данном исследовании изучались выходные параметры отечественной (с размерами 25х11-12) и двух иностранных (25х12-10 и 22х8-10 фирмы Данлоп) шин. Параметры общего значения определялись при нагрузках и соответствующих им давлениях воздуха в соответствии с ТУ и проспектов фирмы Данлоп.

Технические показатели и параметры общего значения представлены в таблице 1 и графиками на рисунках 1 и 2.

Таблица 1

Технические показатели шин

№№ п/п Показатели Размеры и модель шин

25х11-12 25х12-10 Данлоп 22х8-10 Данлоп

1 Наружный диаметр D, мм 573 648 570

2 Ширина профиля В, мм 270 272 185

3 Ширина беговой дорожки в, мм 220 237 168

4 Число пар грунтозацепов, шт. - - -

5 Высота грунтозацепов по ц.б.д., мм 16 9 7

6 Высота профиля шины Н, мм 132,4 197 158

7 Средняя расчетная радиальная деформация, мм 15 39,4 30,3

8 Относительная деформация,. 0,11 0,20 0,19

9 Статический радиус, ^-.-.,, мм 271,6 284,6 254,7

10 Площадь по контуру отпечатка, 1 :и* 200 407 213,2

11 Площадь по выступам грунтозацепов -"в ■м* 28,8 - 50

12 Среднее условное давление (min), кПа 468 - 186

13 Среднее действительное давление (min), кПа 67 - 27

14 Масса шины в сборе с ободом, кг 16,9 12 9

15 Масса шины, кг - - -

16 Рисунок протектора Повышенной проходимости

17 Норма слойности 2 2 2

1,0 0.8 0.6 У ?

/ // Л4

// / / > Аа 0 ^

//7 / / / /

/// ; •V ^О/

// V/s / У

/У,

$

б)

в)

Рисунок 1 - Зависимости радиальной нагрузки от радиальной деформации шин при различных давлениях воздуха в шине. (МПа): а) - 25х11-12; б) - 22х8-10 Данлоп;

в) - 25х12-10 Данлоп

fvx10~4

700

600

500

400

300

200

100

11

Л/

У

/ у Fk -

Fk А cf

-й

>

Fe ___

' А € i

0.5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

м х10 г

Рисунок 2 - Зависимости контурной и по выступам ±Гв площадей контакта от радиальной деформации шины: 1 - 25х11-12; 2 - 22х8-10 Данлоп; 3 - 25х12-10 Данлоп

Как следует из таблицы 1 и графиков , шина отечественного изготовления 25х11-12 по техническим показателям уступает зарубежным. Так, ее относительная деформация меньше, чем шины 25х12-10 в 1,8 раза, площадь контакта в 2 раза, а удельное давление выше в 2,5 раза. В сравнении с шиной 22х8-10, которая на 3 дюйма уже, ее относительная деформация меньше в 1,7 раза, площадь контакта меньше в 1,1, удельное давление выше в 1,5 раза.

В таблице 2 приведены жесткостные показатели испытанных шин при расчетных деформациях. Значения сил, действующих на шины в опорной плоскости, при испытаниях ограничивались зоной упругих деформаций, где отсутствует заметное скольжение.

Таблица 2

Нормальная, тангенциальная, боковая жесткость шин

Шина G Рп bz Р, -л Ру <=v

кН МПа м кН/м кН м кН/м кН м кН/м

25х11-12 1,35 0,04 0,015 88,2 0,2 0,0005 400 0,2 0,0008 250,0

25х12-10 1,35 0,02 0,039 34 0,2 0,001 200 0,2 0,0034 58,8

Данлоп

22х8-10 0,83 0,015 0,030 27,7 0,2 0,0011 182 0,2 0,0068 29,4

Данлоп

Из таблицы 2 видно, что нормальная жесткость отечественной шины по сравнению с шинами зарубежного производства размеров 25х 12-10 и 22х8-10 больше в 2,6 и 3,2 раза, тангенциальная - в 2 и 2,2 раза, боковая - в 4,2 и 8,5 раз.

Тяговые характеристики шин определялись на многофункциональном стенде по разработанному методу тяговых испытаний шин /1/. Этот метод позволяет оценить тягово-сцепные показатели самих шин, выделить общий к.п.д. и его составляющие, что необходимо для инженерных расчетов и прогнозирования эксплуатационных качеств мобильной машины.

В качестве опорной поверхности использовалась гладкая цементная плита и грунт (суглинистая почва), по физико-механическим свойствам имитирующий типичные условия эксплуатации МГТ. После каждого прохода колеса с заметным буксованием (3-5%) поверхность плиты очищалась щеткой, т. к. в результате качения колеса образовывалась резиновая крошка в виде катышков, которые по мере их накопления существенно влияют на сцепные качества.

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. Грунт после каждого прохода колеса рыхлился ручным культиватором, а поверхность разравнивалась граблями с частыми зубьями. Тяговое нагружение колеса осуществлялось ступенчато в пределах от = ® (холостой ход) до = пая* (полное буксование). Нормальная нагрузка на колесо обеспечивалась грузами, устанавливаемыми на каретку стенда.

Характеристики грунта приведены в таблице 3.

Таблица 3

Физико-механические характе ристики грунта

Фон Горизонт, см Влажность, % Твердость,

число ударов ударником ДорНИИ

Грунт 0-10 17,9-18,2 6-7

По полученным экспериментальным данным строились базовые характеристики шины, состоящие из двух зависимостей:

Гк = ЫРкУ, (1)

Мк = №к{Рк). (2)

Абсолютные величины сил сопротивления качению 'У и момента сопротивления качению % определяются непосредственно из зависимости (2), а общий к.п.д. шины и его составляющие - к.п.д., учитывающий скоростные потери 5 и к.п.д., учитывающий силовые потери , вычисляются по известным из теории трактора формулам:

=

Мг

6 =

гъ■ ;

Пг =

(3)

(4)

(5)

(6)

Мк '

где: гк= - радиус качения колеса холостым ходом (^к ~~ 0 );

гк - радиус качения колеса, соответствующий данному значению ¿V* ^г). По установленной базовой характеристике строится с использованием формул (3) и (4) тяговая характеристика шины - графики в виде двух зависимостей:

т. = (7)

Л = 3(Рк\ (8)

которые наглядно и полно представляют тягово-сцепные качества шины.

Момент сопротивления качению колеса определяется из зависимости

Мх = а сопротивление качению - по формуле:

п. _ %

Гк=

(9)

Для определения тягово-сцепных показателей сравнительные испытания отечественных и зарубежных шин проводились при различных нагрузках и соответствующих им давлениях воздуха в шинах. Перечень опытов представлен в таблице 4.

Таблица 4

Перечень опытов по тяговым испытаниям шин

Фон 25х11-12 25х12-10 22х8-10

Данлоп Данлоп

О, кН ,МПа О, кН ,МПа О, кН ,МПа

Бетон 1,35 0,04 1,35 0,02 0,85 0,015

Грунт 0,85 0,03 0,85 0,015 0,85 0,015

1,35 0,04 1,35 0,02 1,35 0,035

Результаты показывают (рисунок 3, таблица 5), что на бетонной поверхности увеличение нормальной нагрузки на шину 25х11-12 в 1,5 раза приводит к увеличению тягового уси-

лия в 1,77 раза, расширяет зону высоких значений к.п.д. (ЧЙ = и более) в 1,64 раза, увеличивает коэффициент сцепления на 3% и снижает буксование на 2% при неизменном значении к.п.д. (VI =0,93) и моменте сопротивления качению = кН м).

Таблица 5

Тяговые показатели шин. Фон - бетон

Шина Нагрузка, кН Давление Ри-, МПа Показатели при ^тан 1 Зона ■" ■ при ,кН ■1-: ." , кН Фтях кН м кН

■У кН %

25х11-12 1,35 0,04 0,93 0,91 3 0,16:1,19 1,25 0,92 0,019 0,071

25х12-10 Данлоп 1,35 0,02 0,93 1,02 2,2 0,18:1,3 1,32 0,97 0,02 0,06553

22х8-10 Данлоп 0,85 0,015 0,93 0,61 4,3 0,17:0,72 0,73 0,88 0,019 0,0748

Зарубежная шина 25х12-10 по сравнению с шиной 25х11-12 при одинаковых нормальных нагрузках G =1,35 кН имеет одинаковые максимальные значения к.п.д.

(4= =0,93),большее на 12% тяговое усилие при меньшем на 2,8% буксовании. Максимальное значение тягового усилия ее больше на 5%, зона высоких значений к.п.д. больше на 8 % и смещена в сторону больших значений тяговых нагрузок. В то же время момент сопротивления качению ее выше на 5 %.

П

1,0

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

О

5%

100

90 80 70 60 50 40 30 20 10

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4

Рк ,кн

Рисунок 3 - Тяговая характеристика шин. Фон - бетон: 1 - 25х11-12 отечественная, 2 - 25x12-10 Данлоп , 5^ =0,04 МПа, С=1,35 кН; 3 - 22x8-10 Данлоп, Р™ =0,015 МПа,

С=0,85 кН

Известно, что максимальные значения тягового усилия при буксовании ^ = 1''-' '■-■ ® могут неоднозначно характеризовать сцепные качества из-за неустойчивого процесса качения колеса (эффект «срыва»). Поэтому для более объективной оценки тягово-сцепных ка-

\ Л

У \

т

/ 3 1 2_

! ч

<1 ь

,1

1

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4

Рк ,кн

| 1

1 I1

3_ 2_

/

___ ■ - х-- --- __^ --

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. честв в таблице 6 приведены значения крюкового усилия и коэффициента сцепления при буксовании ^ = регламентированным ГОСТ 7057-81 как предельное при испытаниях

на почвенных фонах.

П

1,0

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

О

/ЖХ/, N \\ С=1,35кН ?-

Ж г \ о Д \л

( \ Л

/ С=0,85кН и IX 1А

±А \ \

зу \\\ \ »

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1

Рк, кН

Рисунок 4 - Тяговая характеристика шин. Фон - грунт: 1 - 25x11-12 отечественная,

2 - 25x12-10 Данлоп; 3 - 22x8-10 Данлоп

Приведенные данные дополняют таблицу с параметрами ТСК и еще раз подтверждают преимущество зарубежных шин.

На грунте при нормальной нагрузке 0= 0,85 кН шина фирмы Данлоп 25х12-10 по сравнению с отечественной 25х11-12 имеет большее на 10% максимальное значение к.п.д. при большем на 23 % крюковом усилии и практически одинаковом буксовании (16,8% и 16,6%). Зона высокого значения к.п.д. больше на 66%, а максимальное значение крюкового усилия и коэффициент сцепления выше на 11% при меньшем моменте сопротивления качению.

При нагрузке на шины 0= 1,35 кН тягово-сцепные показатели зарубежной шины также выше.

Так, максимальное значение к.п.д. больше на 8% при большем на 12% крюковом усилии и одинаковом буксовании (18,9% и 18,8%). Зона высокого к.п.д. также больше на 26% при меньшем на 2% максимальном тяговом усилии и коэффициенте сцепления. Больший

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. момент сопротивления качению шины 25х11-12 по сравнению с шиной 25х 12-10 можно объяснить большими потерями на деформацию грунта из-за большей ширины беговой дорожки и больших удельных давлений в пятне контакта.

Таблица 6

Значения крюкового усилия и коэффициента сцепления при буксовании ^ " ЗФ^ь

регламентированным ГОСТ 7057-81

Шина На- груз ка, кН Давление Ри-, МПа Показатели при ^гави: 1!! Зона■4 при т? = 0.8 * ^ , кН ■"у. ■ ■■; , кН Спта- кН м кН При а = зт , кН

-'к,кН %

кН <£>

25х11-12 0,85 1,35 0,03 0,04 0,55 0,58 0,304 0,555 16,6 18,8 0,21:0,36 0,3:0,71 0,529 1,001 0,619 0,74 0,06 0,087 0,220 0,324 0,36 0,68 0,423 0,503

25х12-10 Данлоп 0,85 1,35 0,015 0,02 0,61 0,63 0,374 0,623 16,8 18,9 0,17:0,42 0,25:0,77 0,588 0,973 0,69 0,72 0,053 0,076 0,176 0,250 0,41 0,7 0,482 0,518

22х8-10 Данлоп 0,85 1,35 0,015 0,035 0,57 0,56 0,31 0,50 17 17,4 0,2:0,37 0,28:0,57 0,493 0,87 0,58 0,64 0,046 0,071 0,177 0,272 0,37 0,57 0,435 0,422

Таким образом, приведенные экспериментальные исследования по оценке жесткостных показателей и тягово-сцепных свойств, на твердом и деформируемом основании отечественной 25х11-12 и зарубежных 25х12-10, 22х8-10 шин показали, что отечественная шина существенно уступает зарубежным по эластичности и обладает худшими тягово-сцепными свойствами на твердом и деформируемом основаниях.

Литература

1. Отчет НАТИ « Разработка и внедрение комплексных методов исследования характеристик шин». Москва.1978 г. Арх. № 21142. ВНТИЦ № Б721227.

Влияние ведущего режима качения колеса на формирование опорной

поверхности движения

к.т.н. доц. Сергеев А.И. МГТУ "МАМИ (495) 223-05-23 доб. 1527

Аннотация. В статье рассматривается влияние плоского движения колеса в ведущем режиме на формирование опорной поверхности движения. На основе разработанной математической модели определяется передаточная функция, учитывающая связь выходных и входных параметров, а также амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик движения системы "колесо-опорная поверхность". Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».

Ключевые слова: колесо, режим качения, опорная поверхность, передаточная функция, амплитудно-частотная характеристика, фазочастотная характеристика

Плоское движение колеса представляет сложное физико-механическое явление, совершаемое под действием одного или нескольких силовых факторов. В общем случае плоское движение может быть представлено параметрическими уравнениями (1)

X0 = М); ¿0 = /2(г); ( = fъ(t). 0)

Эти уравнения представляют плоское движение колеса, при котором величины Xм, ^м, ( , меняются с течением времени [1]. Поэтому они являются однозначными, непрерывными и дифференцируемыми функциями.

В рассматриваемой схеме (рисунок 1) реализуется система с тремя степенями свободы,