Разработка научных методов повышения проходимости по снегу особо легких гусеничных машин (11.10.2010)

Автор: Аникин Алексей Александрович

2) боковых поверхностей снег-снег по плоскости d c0b a – Fбок;

3) снег-движитель по боковой поверхности cd-Fcd,

4) снег-движитель по боковой поверхности da-Fda,

5) снег-движитель по плоскости с (основание грунтозацепа) – Fc.

Рис.1 Схема расчёта упорной реакции

1-трака с грунтозацепом; 2- уширителя гусеницы.

Таким образом, суммарная реакция со стороны снега, реализуемая единичным грунтозацепом (траком), равна: Fт=Fгор + Fбок + Fcd+ Fda + Fc

В работе «Снегоходные машины» (Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1986) получены выражения для определения этих сил. Вместе с тем, при определении силы тяги, авторы без каких-то обоснований говорят, что величинами Fcd, Fda , Fc можно пренебречь, т.к. их сумма не превышает 5%., т.е. оставляют две составляющие Fгор и Fбок.

вносят заметный вклад в формирование примерной реакции со стороны снега, который составляет 14(17%, в отличие от указанных в работе менее 5%.

Рис.2. Зависимости Fп и Fо от ширины трака

1 – q = 10кПа; 2 – q = 20кПа; 13 – q = 30кПа.

Аналогичные результаты получены для различных значений ширины трака. Теперь становится понятным появление постоянной ошибки при сравнении опытных и расчетных данных, выявленной при проведении экспериментальных исследований.

Дополнительно, при расчете силы тяги, необходимо учитывать конструктивные особенности гусеничного движителя. Так, в случае установки уширителей, необходимо включить в расчет дополнительные составляющие, обусловленные взаимодействием уширителя с полотном пути. Эти реакции определяются по следующим зависимостям:

где с – связность материала уширителя со снегом,

с? – связность снега,

tg? – коэффициент трения материала уширителя по снегу.

Таким образом, проведенный анализ показал, что при определении силы тяги, реализуемой при взаимодействии гусеничного движителя со снежным полотном пути, необходимо учитывать все пять составляющих суммарной реакции снега, и пользоваться выражением (2) в его полном, не усеченном виде.

Рис.3. Зависимость удельной силы трения от давления

Для оценки фрикционных свойств снега вводится понятие удельной силы трения ((=c( + q tg((, (c( – связность трущихся поверхностей кПа; tg((,– коэффициент трения, не зависящий от нагрузки) и строится график зависимости (( от q.(рис.3).

Используя данные В.И. Панова, С.В. Рукавишникова, З.И. Талантовой и работы автора, были получены следующие соотношения:

Для сухого свежевыпавшего снега:

углеродистая сталь ((=0,110+0,167q;

нержавеющая сталь ((=0,059+0,139q ;

дюралюминий ((=0,091+0,095q .

Для влажного перекристализованного снега:

углеродистая сталь ((=0,221+0,167q;

нержавеющая сталь и дюралюминий ((=0,121+0,115q .

Для сверхнизких температур:

углеродистая сталь фторопласт

t=-30°С ((=0,98+0,162q; ((=0,405+0,092q ;

t=-40 °С ((=1,203+0,187q; ((=0,502+0,116q ;

t=-54 °С ((=1,330+0,316q; ((=0,843+0,152q .

Проведено обоснование выбора расчетных параметров снега, определяющих сопротивление движению, тяговые свойства и проходимость машины в целом. Приведены зависимости нагрузка – осадка (рис.4), нагрузка – сдвиг (рис.5), и предлагаются численные значения для четырех типов снега:

? = 0,15 г/см3 ? = 20 кПа/м с = 0,5 кПа tg? = 0,25

? = 0,20 г/см3 ? = 30 кПа/м с = 1,0 кПа tg? = 0,30

? = 0,25 г/см3 ? = 50 кПа/м с = 2,5 кПа tg? = 0,33

? = 0,30 г/см3 ? = 100 кПа/м с = 5,0 кПа tg? = 0,36

Рис.4. Зависимость нагрузка – осадка Рис.5. Сопротивление снега сдвигу

В третьей главе рассматривается обоснование расчетной модели взаимодействия гусеничного движителя со снегом; распределение нагрузок по опорной поверхности гусеничного движителя; сопротивление движению гусеничной машины по снегу; образование колеи и составляющие сопротивления движению.

При движении по снежному полотну пути гусеничная машина как динамическая система испытывает возмущение, которым является снежный покров. Поскольку твердое основание, на которое ложится снег, является случайной поверхностью, то и поверхностью снежного полотна пути также является случайной поверхностью. Кроме того, снегоходная машина является динамической системой с обратной связью, т.к. в результате ее воздействия на возмущение оно изменяется (возникает колея). Решение такой сложной динамической системы выходит за рамки настоящей работы. Рациональный выбор математической модели зависит от постановки задачи. Поскольку в работе решалась конкретная научно-практическая проблема – повышение проходимости гусеничных машин по снегу, то было признано целесообразным, рассмотреть упрощенную модель. При этом были сделаны следующие основные допущения. Поверхность снежного покрова считается плоской, движение машины происходит по полотну пути с достаточной (но конечной) глубиной снежного покрова, т.е. влияние микропрофиля подстилающей поверхности не учитывается, и колебания корпуса отсутствуют, т.е. рассматривается квазистатическая задача. Для оценки данного допущения воспользуемся данными уникального эксперимента, проведенного в ОНИЛ ВМ. В силу ряда объективных и субъективных причин результаты эксперимента не были обработаны и опубликованы. Автору любезно предоставили мне возможность обработать и проанализировать данные испытаний. Суть эксперимента заключалась в следующем. Были выделены четыре трассы движения: ровные луга, малопересеченная местность, среднепересеченная местность и сильнопересеченная местность. В летних условиях на этих трассах были проведены экспериментальные исследования плавности хода ряда машин. Затем в течение зимних периодов по этим же трассам движения по мере выпадения снега проводились повторные заезды, в результате которых получены записи ускорений корпуса при различной глубине залегания снежного покрова. Автором настоящей работы были обработаны и проанализированы данные записи. На рис.6 представлена зависимость среднеквадратических значений ускорений корпуса от высоты снега. Графики наглядно показывают, что, начиная с некоторой глубины снежного покрова уровень ускорений корпуса, становится одинаковым для всех испытательных трасс, хотя среднеквадратическое значение высот неровностей на ровных лугах составляет 3,5см, а на сильнопересеченной местности 13,9см. Это показывает, что подстилающая поверхность (микропрофиль пересеченной местности) не влияет на движение машины по глубоким снегам и доказывает провомерность сделанного допущения.


загрузка...