ВЛИЯНИЕ ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА В ШИНЕ НА МАКСИМАЛЬНОЕ КОНТАКТНОЕ ДАВЛЕНИЕ НА ОПОРНОЕ ОСНОВАНИЕ Шевцов В.Г.,Лавров А.В.,Годжаев З.А.,Русанов А.В.

Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства


Номер: 10-5
Год: 2015
Страницы: 213-220
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

сельскохозяйственный трактор, пневматическое колесо, шина, вертикальная нагрузка, внутреннее давление воздуха, максимальное контактное давление, agricultural tractor, pneumatic-tyre wheel, tyre, vertical load, inflation pressure, maximum contact

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Основным параметром, характеризующим уровень экологического воздействия движителей трактора на почву, является максимальное контактное давление. Авторами статьи предложена методика определения и регулирования максимального контактного давления колесного движителя на опорное основание. В статье проведен анализ изменения максимального давления на почву для различных вариантов внутреннего давления в шинах и вертикальной нагрузки на колесо. Представленная методика позволяет задавать параметры для систем контроля и регулирования максимального давления на почву путем измерения прогиба шины и регулирования его с помощью изменения внутреннего давления воздуха.

Текст научной статьи

Проблемы повышения технического уровня и обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственных тракторов связаны между собой и постоянно рассматриваются [1, 2]. Однако ряд вопросов, связанных с оценкой воздействия колесного движителя на почву, остается открытым [3]. Так, установлено, что максимальное давление на почву служит определяющим параметром, характеризующим уровень экологического воздействия движителей на почву [4]. Вместе с этим в указанном документе рекомендации по расчетному методу определения внутреннего давления воздуха в шине, соответствующего допустимому давлению на почву, не приведены. Исходя из схемы деформации шины при статистических испытаниях (рис. 1) предлагается разработать методику расчета максимального контактного давления колесного движителя с использованием приведенной в [5] универсальной характеристики шины: , (1) где: - вертикальная нагрузка на колесо, [кН]; - постоянные для данной шины коэффициенты; - прогиб шины, [м]; - внутренне давление воздуха в шине, [кПа]. Рис. 1. Схема деформации пневматического колеса при статических испытаниях Универсальная характеристика шины была предложена в работе [6] в виде номограммы, состоящей из трех квадрантов, однако алгоритм расчетов и примера расчета при этом не рассматривались. С целью систематизации материала приводится описание номограммы по работе [6]. В квадранте I располагается семейство зависимостей , рассчитанных для конкретной шины, исходя из формулы (1): . (2) С уменьшением давления крутизна зависимостей прогиба от вертикальной нагрузки возрастает. В квадранте II располагается одна кривая, представляющая связь для данной шины между прогибом f (ось ординат) и контурной площадью контакта , рассчитанной по формулам, предложенным в работе [7]: , (3) в которой где: D, B - наружный диаметр и ширина профиля шины, [м]; d - посадочный диаметр обода, [м]; H - высота профиля шины, [м]; n - норма слойности, [м]. В квадранте III представлено семейство гипербол, описывающих изменение максимального контактного давления на почву в зависимости от контурной площади и нормальной нагрузки на колесо : (4) где: - коэффициент продольной неравномерности распределения давления; - коэффициент приведения площади контакта шины колеса к условиям работы на почвенном основании, зависящий от диаметра колеса [8]. Чем меньше нагрузка , тем ближе проходит гипербола к центру координат 0. Номограмма, представляющая универсальную характеристику шины (1) в виде соответствующих уравнений (2), (3) и (4), приведена на рисунке 2. В соответствии с универсальной характеристикой шины (1) представленная номограмма позволяет наглядно рассматривать влияние нагрузки и внутреннего давления воздуха в шине на величину максимального контактного давления. Так при постоянной нагрузке снижение внутреннего давления воздуха в шине от до позволяет уменьшить максимальное давление на почву от (см. линия -·--·-) до (см. линия ·····). При постоянном внутреннем давлении воздуха увеличение вертикальной нагрузки от (см. линия - -··-) до (см. линия -----) максимальное контактное давление увеличивается от до (индексы при максимальном давлении: первая цифра - уровень вертикальной нагрузки , вторая цифра - уровень внутреннего давления воздуха в шинах . Практическая применимость предложенного способа оценки и регулирования максимального контактного давления колесного движителя на опорное основание рассмотрена на примере универсально-пропашного колесного трактора тягового класса 1,4 (Беларус 82.1), являющегося в тракторном парке Российской Федерации наиболее массовым [9], при его оснащении двумя типами шин для задних ведущих колес (табл. 1). pw1> pw2> pw3 Рис. 2. Номограмма для определения влияния внутреннего давления воздуха в шине и вертикальной нагрузки на максимальное контактное давление Таблица 1 Принятые исходные данные по трактору тягового класса 1,4 для расчета максимального контактного давления (Беларус 82.1) Наименование показателя, обозначения Размерность Значения показателя Масса трактора эксплуатационная кг 4000,0 Размер задней шины 15,5R38 16,9R38 Вертикальная нагрузка на заднюю шину, F кН 15,0 Внутреннее давление воздуха (в задней шине), кПа 150,0 Посадочный диаметр обода, d м 0,965 0,965 Наружный диаметр, D м 1,570 1,675 Ширина профиля, B м 0,394 0,429 Высота профиля, Н м 0,303 0,355 Норма слойности м 8 8 Статический радиус, м 0,730 0,750 Допустимый статистический прогиб, м 0,055 0,088 Нормы нагрузок и давление в шинах 15,5R38 и 16,9R38 [10] (табл. 2), позволяют представить наглядно совмещение нагрузки шин с исходным рабочим режимом при (рис. 3). Рис. 3. Нормы нагрузок и давлений в шинах 15,5R38 и 16,9R38 Таблица 2 Нормы нагрузок и давлений в шинах для выбора режима работы шин при различных условиях эксплуатации Обозначения шины Норма слойности Нагрузка на шину, кН (кгс) при скорости до 30 км/ч, при давлении, кПа 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 15,5R38 8 13,92 (1420) 14,90 (1520) 15,88 (1620) 16,81 (1715) 17,74 (1810) 18,38 (1875) 19,36 (1975) 20,14 (2055) 20,78 (2120) 16,9R38 8 12,74 (1300) 14,70 (1500) 16,66 (1700) 17,74 (1810) 18,82 (1920) 19,29 (2030) 20,97 (2140) 22,00 (2245) 23,08 (2355) 24,16 (2465) 25,24 (2575) Для определения постоянных коэффициентов и , входящих в формулу (2), в соответствии с рекомендациями [7] построены универсальные характеристики выбранных шин (табл. 3, рис. 4) в диапазоне изменения внутреннего давления воздуха от 160 кПа (точки ), = до 90 кПа (точки ). При расчете универсальных характеристик использованы следующие соотношения: (при в расчетах принимаются ). , где - статистический радиус [10]. Таблица 3 Универсальная характеристика шин 15,5R38 (точки ) и 16,9R38 (точки ) Показатель Размерность Тип шины 15,5 16,9 1,50 2,12 3,06 4,38 2,42 3,68 4,27 6,0 Рис. 4. Универсальные характеристики шин 15,5R38 и 16,9R38 Постоянные коэффициенты, входящие в формулы (2) и (3), представленные в таблице 4, позволяют в соответствии с предложенной структурой номограммы (рис. 2) произвести расчетное определение прогиба шин и соответствующих значений максимального контактного давления (табл. 5, рис. 5). Рис. .5 Зависимость изменения максимального контактного давления и прогиба шины от внутришинного давления в шинах 15,5R38 и 16,9R38 при постоянной вертикальной нагрузке Таблица 4 Значения постоянных коэффициентов для определения прогиба шин (формула 2) максимального контактного давления с учетом формулы 3 Наименование показателя Размерность Обозначение шины 15,5R38 16,9R38 1,45 3,06 0,478 0,765 кПа 51,50 48,95 - 1,655 1,666 - 1,1 1,1 В случае применения шины 16,9R38 максимальное давление уменьшается до , т.е. на 10,4%, причем допустимые нормы соответственно смещаются из диапазона влажности почвы 0,7 НВ - 0,8 НВ в диапазон свыше 0,8 НВ [7]. На практике представленный метод расчета максимального контактного давления на почву должен учитывать, что при изменении вертикальной нагрузки на колесо изменяются устойчивость движения мобильного энергосредства и комфортность условий работы оператора [11, 12]. Таблица 5 Изменения прогиба шины и максимального контактного давления в зависимости от внутреннего давления воздуха в шинах 15,5R38 и 16,9R38 при постоянной вертикальной нагрузке Показатель Размерность Внутреннее давление воздуха кПа 150 140 130 120 110 100 15,5R38 м 0,068 0,069 0,071 0,072 0,0738 0,076 кПа 135,07 133,22 129,84 128,21 125,46 122,09 16,9R38 м 0,1024 0,1054 0,1071 0,1100 0,1127 0,1164 кПа 83,88 81,90 80,77 78,96 77,32 75,18 ВЫВОДЫ Полученные диапазоны уменьшения максимального контактного давления свидетельствуют о возможной применимости предложенного метода использования универсальной характеристики шины для определения и регулирования максимального контактного давления с целью обеспечения требований [4], определяющих экологически допустимый уровень максимального давления на почву движителей мобильной сельскохозяйственной техники (тракторы, комбайны, транспортные средства, сельскохозяйственные машины и другие виды техники, имеющие собственные движители), используемой на полях, лугах и пастбищах. Представленная номограмма при наличии экспериментально определенных для конкретной шины коэффициентов , и (либо рассчитанных по рекомендациям [6]) и установленным в соответствии с [4] максимальным допустимым давлением (см. рис. 2, линию ---) позволяет создать информационное поле для разработки системы контролирования и регулирования максимального контактного давления колесного движителя на почву путем измерения прогиба шины и регулированием его с помощью изменения давления в шинах. Наглядный характер представления универсальной характеристики шины позволяет рекомендовать разработанную номограмму для использования ее в учебном процессе при изучении экологических характеристик колесного движителя.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.