Влияние конструктивных параметров гусеничного движителя на проходимость Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

электронное научно-техническое издание

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Эя № ФС 77 - 30569. Государственная регистрация №0420900025. ISSN 1994-0408

Влияние конструктивных параметров гусеничного движителя на проходимость

# 09, сентябрь 2010

авторы: Аникин А. А., Барахтанов Л. В.

УДК 629.113

ГОУ ВПО Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева

[email protected]

Поиск путей повышения проходимости гусеничных машин по снегу необходимо проводить на основе всестороннего анализа влияния конструктивных параметров движителя как на количественные показатели силы сопротивления движению, погружения машины, силы тяги, так и на сам характер взаимодействия движителя со снежным покровом. Расчетно-теоретические исследования, экспериментально-конструкторские работы показали, что проходимость гусеничных машин на снегу может быть повышена за счет количественного изменения геометрических параметров ходовой части (ширины гусеницы, базы, дорожного просвета) и качественного изменения характера взаимодействия движителя со снежным покровом (выравнивание эпюры давления и увеличение активной длины опорной поверхности гусеничного движителя) и применения дополнительных устройств.

Рассмотрим последовательно эти направления повышения проходимости. Влияние ширины гусеницы на проходимость машины по снегу весьма сложно и неоднозначно и проявляется в двух аспектах: изменение сопротивления движению и изменение силы тяги, реализуемой в контакте движителя с полотном пути. Изменение ширины гусеницы влияет на

сопротивление движению по разному. С одной стороны, увеличение ширины гусеницы снижает давление движителя на снег и, как следствие, уменьшает величину деформации снежного покрова катками и величину удельной (по ширине) силы, затрачиваемой на деформацию снега в межкатковом пространстве. С другой стороны, возрастает объем снега, деформируемый под катками и в межкатковом пространстве, что дает тенденцию к увеличению сопротивления движению. Данное противоречие и определяет общее изменение сил сопротивления.

АР,

кН

9,8

7,6 5,4

3,2 1,0

РА .

Р£2></

РГ4

к м

0,4

0,3

0,2

0,1

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Н, м

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Н, м

Рис. 1. Зависимость сопротивления движению от высоты снега

Рис. 2. Зависимость погружения от высоты снега

На снегах небольшой глубины с увеличением ширины гусеницы Ь сила сопротивления изменяется незначительно (рис. 1) (графики построены для значений Ь=0,4; 0,5; 0,6 и 0,8м). На глубоких снегах решающую роль начинает играть касание днищем поверхности снега, определяемое погружением машины. В этом случае при увеличении ширины гусеницы снижается погружение движителя в снег, происходит движение машины без касания днищем снежного покрова, и сила сопротивления уменьшается. Приведенные на рис.1,2 зависимости силы сопротивления движению машины и погружения от ширины гусеницы наглядно

иллюстрируют данное положение. Так, при глубине снега Н=0,8 м и ширине гусеницы Ь=0,4м происходит движение машины с погружением днища в снежный покров. С увеличением ширины гусеницы (с 400 до 500 мм) уменьшается погружение движителя в снег, которое становится меньше дорожного просвета (рис.2), и сопротивление движению в целом такжеснижается (рис.1). Такая же картина наблюдается и при движении машины по снегу с большей глубиной (например, с Н=1,2м), только в этом случае эффективность изменения ширины гусеницы начинает сказываться при большем значении Ь .

Влияние ширины гусеницы на величину силы тяги, реализуемую в контакте движителя со снежным полотном пути, также не является однозначным. При движении по неглубоким снегам, когда не происходит касания днищем машины снежного покрова, сила тяги незначительно растет с увеличением ширины гусеницы. Так, при увеличении ширины гусеницы в 2 раза сила тяги возрастает только на 10.. .15% (рис.3).

Р1' кН I I I I I

----7--

Р^ ргэ

8"1 -

7. 3__\

6. 4----V--

5.5 -----

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Н, м

Рис. 3. Зависимость силы тяги от высоты снега для различных значений Ь

/ Р14 Р13 ^ /

/ ^ Рй

Аналогичная картина наблюдается у всех исследованных машин. Слабое влияние ширины гусеницы на силу тяги объясняется тем, что при движении машины по снежному покрову большая часть силы тяги определяется процессами, связанными с трением. В силу малой связности снега часть тяги, обусловленная этой характеристикой, мала и её рост за счет увеличения ширины гусеницы незначителен. Составляющая тяги, связанная с трением, практически не зависит от ширины гусеницы и, поэтому, в целом, сила тяги, реализуемая в контакте движителя со снежным полотном пути, несущественно изменяется с ростом ширины гусеницы. При движении по глубоким снегам увеличение ширины гусеницы ведет к существенному росту силы тяги. В этом случае при увеличении ширины гусеницы вдвое сила тяги возрастает на 40 - 70% (рис.3). Это объясняется тем, что с уменьшением ширины гусеницы увеличивается погружение движителя в снежный покров, которое на глубоких снегах превышает дорожный просвет машины, и происходит перераспределение нагрузки с опорной поверхности гусеничного движителя на днище, что и ведет к падению силы тяги.

Проанализировав изменение сопротивления движению и силы тяги, реализуемой в контакте движителя с полотном пути, можно перейти к оценке влияния ширины гусеницы на проходимость машины по снегу в целом. В результате расчетно-теоретических и экспериментальных исследований установлено([1,2,3])., что сохраняется устойчивая тенденция, чем меньше давление движителя на снег, тем больший эффект дает уширение гусениц.

я

Рис. 4. Зависимость погружения штампа от давления Зависимости погружения штампа в снег от давления (рис.4) отчетливо показывают, что на различных участках кривой одинаковым изменениям давления соответствуют разные изменения осадки. Это, в свою очередь, ведет к тому, что при увеличении ширины гусеницы у одних машин происходит существенное уменьшение погружения движителя в снег и, как следствие, повышается проходимость машины, у других - данное конструктивное мероприятие не вызывает значительного повышения проходимости. Проведенные для ряда машин (с общей массой от 1 до 25 т) расчетно-теоретические исследования показали, что нельзя дать однозначных рекомендаций и определить «оптимальную» ширину гусеницы для любых машин, работающих в условиях снежной целины, как это пытались сделать некоторые авторы (например, [4,5]). На снегах с очень низкой несущей способностью (р < 0,20г/см3) увеличение ширины гусеницы незначительно влияет на проходимость. Даже при увеличении ширины гусеницы вдвое преодолеваемая высота снежного покрова увеличивается не более, чем на 20%. С повышением несущей способности увеличение ширины гусеницы начинает давать эффект, который будет различным для разных машин (рис.5 - ^=45кПа, рис.6 - ^=85кПа).

АР,

кН

7

6 5 4

3 2 1 0 -1

N

АР4

> / АР2

X \ , \

/ \\

АР1 ^ V \ N

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Н, М

Рис. 5 Зависимость запаса силы тяги от высоты снега для различных Ь

АР, кН 10

8 6 4 2

0 -1

-АР4 —

^АРз

АР2 \ у АРтХ \\

\\ \

0,2 0,4

0,6

0,8

1,0 Н, М

Рис.6 Зависимость запаса силы тяги от высоты снега для различных Ь

В целом, увеличение только ширины гусеницы не является радикальным способом повышения проходимости машин по снегу, так как существенное повышение проходимости может быть достигнуто при 1,5 - 2,5 кратном увеличении ширины гусеницы, что, с одной

стороны, нельзя считать рациональным решением, а, с другой стороны, оно часто вообще неосуществимо из-за ряда накладываемых на конструкцию машины ограничений (например, габаритных). Данное конструктивное мероприятие может быть признано рациональным только для специальных снегоходных машин, например, машин для прокладки лыжных трасс, у которых отсутствует ряд требований и ограничений, накладываемых на многоцелевые машины. В этом случае гусеничный движитель может занимать значительную часть габарита машины по ширине, обеспечивая тем самым низкое давление на снег и проходимость машины.

В отличие от ширины гусеницы, дорожный просвет практически однозначно влияет на проходимость машины по снегу, чем больше, тем больше дорожный просвет, при прочих равных условиях, проходимость машины. С увеличением дорожного просвета движение машины происходит без касания днищем снежного покрова, а значит, не происходит резкого увеличения силы сопротивления движению (рис.1) и падения силы тяги, реализуемой в контакте гусеничного движителя с полотном пути (рис.3). Повышение проходимости машины за счет увеличения дорожного просвета не происходит только в случае ограничения проходимости по сцеплению, однако, как было показано выше, такое ограничение при движении гусеничных машин по снегу не является определяющим. Следует иметь ввиду, что точно также, как ширина гусеницы дорожный просвет не может быть увеличен в значительных пределах из-за ряда требований, предъявляемых к машине в целом. Проанализировав возможности повышения проходимости за счет количественного изменения параметров ходовой части, перейдем ко второму направлению повышения проходимости, связанному с изменением характера эпюры распределения давления гусеничного движителя на снежное полотно пути. Расчетно-теоретические исследования показывают, что выравнивание эпюры давления и увеличение активной длины опорной поверхности гусеничного движителя значительно снижает сопротивление движению (рис.7) и, как следствие, существенным образом повышает проходимость машины по снегу (рис.8). Графики построены для значений 3=15; 22,5; 30; 37,5 и 45кПа.

Рис.7. Зависимость сопротивления Рис.8. Зависимость запаса силы тяги от

движению от высоты снега высоты снега

В целом, проведенные расчетно-теоретические и экспериментальные исследования показали, что к наиболее существенным параметрам, определяющим проходимость машин по снегу, относятся - ширина гусеницы, дорожный просвет и максимальное пиковое давление.

Список использованных источников

1. Снегоходные машины /Л.В. Барахтанов, В.И. Ершов, С.В. Рукавишников, А.П. Куляшов. - Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1986.191 с.

2. Барахтанов Л.В. Повышение проходимости гусеничных машин по снегу: Дисс... докт. техн. наук: 05.05.03. - Горький, 1988 г. - 352 с.

3. Аникин А.А., Барахтанов Л.В., Донато И.О. Проходимость гусеничных машин по снегу. - Н.Новгород.: Изд-во «Омега» 2009. - 362с

4. Маевский А.П. Исследование процесса движения гусеничного трелевочного трактора по снежной целине: Дис. .канд. техн. наук. - Иркутск, 1964. - 233 с

5. Ширков А.С. Исследование проходимости трактора ДТ-54 по снежной целине: Дисс. .канд. техн. наук: 05.05.03. - Алма-Ата, 1961. -233 с.