автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Определение тягово-опорных показателей колесного лесопромышленного трактора и оценка параметров состояния грунта

Всероссийское- .научно-производственное объедпнели» лесной промышленности — ВНПОлеспром— (ЦНИИМЭ — головная организация)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯГ0В0-0П0РНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОЛЕСНОГО ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО ТРАКТОРА И ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ ГРУНТА

Специальность 05.21.01 —Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

PATH ЕР Игорь Семенович

УДК 630*377.44.001.4/.5

Химки 1993

Работа выполнена во Всераосийскам научна-.прдазвадот-веггном объединении лесной промышленности (ВНПОлес-ггром).

Научный (руководитель 1 — кандидат технических наук,

старший научный сотрудник ЕГОРОВ Л. И.

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор АНИСИМОВ Г. М„

кандидат технических наук, доцент НАУМОВ В. Н.

Ведущее предприятие — Онежский тракторный завод

Защита состоится « 'с » . . ^....... 1993 г.

в 10 часов на заседании Спецнализированного совета К 093.01.01 Всероссийского научно-производственного объединения лесной .промышленности (ВНПОлеопром) по адресу: 141400, г. Химки Московской обл.. уш. Московская, 21.

Просим Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями направлять по адресу: 141400, г. Химки Московской обл., ул. Московская, 21, ВНПОлес-п'ром, спецсовет. •

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНПОлеспрома.

Автореферат разослан

. . . 1993 г.

«

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук

С. В. Дмитриев

ОЕОАЯ характеристика РАБОТЫ

Актуальность том исследования. Широкое внедрение коле сного движителя для российских лесозаготовительных манил связ-вео з рв-венизм ррцз слохзшх научных и технических проблем, важнегсЕ":! из которых являются: I) определю© конструктивных параметров д »тките ле а и ходовых систем, обеспечиващих высокую проходимость лесных маиин в условиях переувлажненных лесных хрунтов, а таювэ минимизаций энергетических затрат и экологических послздстеж трэ-дав»нкя| 2) выбор тагацизмерз шин дат данноа мааша, огаачавдх условиям эксплуатации (грунтовал, климатически?«, рельефльл и т.д.) и приходящейся на готу верпиадьноа нагрузке) 3) оцеша состояния грунта при эксплуатации машины с цель» определения сколо-гчческих последствия ев работы.

Исследования по диссертационной работе были направлены за ре пение этих задач. Потребность в их проведении возникла при разработав ПО "013" нового сошястза колёсных лзсопроьаажганых траг-торов ТЛК-4 и ТЛК-6. Была поставлены слздукэд» задачи* I. Уда в а стадии проекг-фовання деть объективную оденяу суадствующм коест -руктивным схемам системы '^фанойиссия-дакатель" и принимаема* конструктивная решениям, яда чего разработать расчетные метода определзния тягово-опорных показателей колесного лесопромызланво-го трактора: распределения вертикальных нагрузок, касательных сил тяги и крутящих моментов по осям машины, глубину колеи, силу сопротивления ¡«чеши» и коэффьциент буксования при передвижении по типичным лесным грунтам. 2. <лценить стетнь воздействия движителя лесного колесного трактора (ЖГ) на герзувлажненныа лс-сноа грунт з зависимости от конструктивна параметров шины и приходятся на пев Е5е]тгикально2 нагрузки.

Конечным итогом явилась разработка автоматизированной (экспертной) система, вклячащея банк даиньл: го колесным лосопромьа-лэннии тракторам, сшциалшм лэсныя пашам и Физико-кеханическга пара;,гетрам лесных грунтов, а танже пакет прикладах гфогра-»1, обеспечивающий проведение вычислительных экспериментов на ЭВМ с целью оптимизации конструктивных параметров ходовой системы к движителя .ИХ и оценки состояния грунта.

Цель работы. Определение тягево-опорных показателе;? колесного лесопромышленного трактора и оценка параметров состояния грунта, выработка рекомендация по параметрам ходозоа системы, обеспечивающих повьшениэ эффективности ев работа и снаюв» воздействия

движителя кзеины на лэсеоз грунт.

¡¡&тоды исследования. Ери разрабогк» катекэгачоскоа модели воздействия движителя ЛКТ на хрунт- использовались катода кэханини грунтов. При реализации зтоа ¡¿одели применялись катода катейати-ческоа физики для аналитического реавиия в случае однородного грунта и мзтод конечных элементов для рээзнкя даскрэтизироваяноа задачи в общем случав. Кромэ того, иироко использовались численные катода ланэанов алгебры и математического анализа для рек-зния полученных систем уравнения, метода математической статистики дт обработки данных, а такта метода математической информатики при разработке экспертной системы.

Новые научные результаты. I. Разработана математическая модель работы ходовой системы ЛИГ, охватывающая машины с различными схемами подвески. Эта модель учитывает специфику работы трансмиссии многоосного (трех и четырехосного) полноприъ'.дного лесопро-кыаленяогг> трактора и позволяет определить его тягово-опорнда показатели: распределение вертикальных вагрузск, касательных сул тяги и крутящих моментов по осям ыашшы, глубину колеи, сщу сопротивления качению и коэффициент буксования при передвижении по типичным лесным грунтам. Проведен анализ влияния типа и конструктивных параметров ходовоа системы на неравномерность распределения верггихальаых нагрузок ш осям. Получены теоретические и экспериментальные данные о распределении крутящих моментов в трансмиссии трехосного полноприводаого лесопромышленного трактора, а также о влиянии вертикальной нагрузки и давления воздуха в шинах на формирование радиусов качения кагес. 2. Разработана аатемати-ческзя модель воздействия движителя транспортного средства ва водонасыщенныг грунт. При разработке модели использованы метода механик!', грунтов. Рассматривалась плоская задача уплотнения анизотропного (в общем сдучае) грунта произвольной вертикальной нагрузкой (в плоскости, перпендикулярной направления движения кашица). Модель реализована на ЭВМ методом конечных элементов. В случае однородного грунта получены аналитические выражения для начального распределения напряжений (вертикальных, горизонтальных к касательных): Модель позволяет оцзшгть напряжённое состояние грунта в зависимости от конструктивных параметров движителя и вида эпжры нагружения. Получены расчетные значения вертикальных Еагрюэниа (в Биде -танка уровня Функции двух переменных) от воздействия казины МЛ-58 с различными вина®!. Пройден сравнигельныа анализ влияния вида эпюры поперечного нагруавния на степень на-

лржвяного состояния грунта.

Практическая ценность работа. I. Подучены анзлзтпескко выражения для определения вертикальных нагрузок и крутгезя мокантов на оста ЛКТ с различными схемами подвески. На основа анализа этих выражения даны рекомендации по конструктивном способам снижения неравномерности распределения вертикальных нагрузок и крутят ткентов. 2, Мэтензптческая кодаль воздействия движителя транспортного средства на грунт позволяет судить о влшшин конструктивных особенностей двжклгеля и характера вертикальной нагрузки на стетань напрятанного состояния грунта (с учечои аш5зотропности свойств грунта). 3. Разработана эксизртяая система на ЭВМ, Функционально» назначена котороз состатг а следуюв^м: а) создзавэ, хранение и поддериаша информационных пассивов по специальным дэсньа шинаи, базовый ласотфоныгивная тракторам н фазико-мэхатгаскка шркгэтрам грунтов! б) опреде-зэниэ тягово-ошрных показателей и зон напряженного со сто як и грунта при работе лесноя кашки в заданных условиях эксплуатации. Зтз систеиа позволяет интенсй?ацкровать проведение НИкОКР по создании новых и совершенствования оугрствуэдвс -тесных машет.

Реадаэдия работы. Рекомендации по параметрам ходовой систе-ш ЛК1, обоснованные п диссэртационноз работе, использованы: з Головном етиидализированпо» бкро ПО "013" при разработке и доводке нового семейства ЛИ Т.ЛК-4 и ТЛК-8» при разработке лесного энергетического средства на база МТЗ дая обоснования применения на зтоа наиине специальная лесноа шины рззиерность» 30.5-33! при модернизации еинн 33*--33:тод.р134 для обоснования снижения внутреннего давления воздуха с 0,14 до 0,03 КПа. Пакет прикладных программ используется при расчетах в ГСНБ по "ОТЗ" и скб цшш,

Апробация. Основные положения работы докладывались на заседании Совета НТО ГСКБ ПО "ОТЗ", на кафедре тяговых и транспортных мзшин ШЛИ к на кафедре гусеничных мэзшн МПУ им.Баумана.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы дав печатные работы, пакет прикладных программ зарегистрирован в Государственной Фонда алгоритмов и программ.

Объем работа. Диссертация состоит, из введения, семи глав, загшгания, списка литературы (64 наиненования) и 8 приложений. Основное содержание изложено на 160 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок и 15 таблиц.

Содержание работы

й первом разделе дается анализ состояния и гсрсгоктив разви-'пш ЛКТ, указаны осноьтще направления НИйСКР» приведены результаты статкетичоскоа обработки параметров современных ЛКТ (80-80 гг.) западая &фк-производогелза (в приложении)» отазче-

пы конструктивные особенности спещилыш лесных ин, прздставлэа из тгтоздидркш ряд (в приложении)» содержится анализ исследования воздействия дзжигеля лэсноа машины на грунт» рассмотрены структура и способа построения &.атематчческих модема взаимодействия усыйсеого движителя с грунтом» отмечены особенности работа тдонсу.у.ссми шллощашпдаш малая.

Еслъшоя Фактический материал о конструктивных особенностях и условиях работы колесных лосощхяжшенных тракторов содержится в ;кстад')вгния1 сотрудников ЦЙИШ: В.А.Горбачевского, В.Н.Шитова, Г.К.Вшогорова, В.П.Кемдава, Л.А.Рогалвка, Л.И.Егорова, М.И.Анд-рйшка, 'О.И.Провоторова, Ю.Е.Рыонина, Д.И.Ееховцэва и др. Обзор судосгауизи конструкция ЛКТ показал разнообразие их обида конст-руктишых ржниа. Существуют различные по компоновке ходовой 45с:и, типу трансмиссии, типу подвески, а такта типу и размерам колесного движителя конструктивные схемы этих машин. В особенности ото касается многоосных (трех и четырехосных) машин. Результа-

тлгово - 51чс{^1уот£цг1ипных испыт£5и£ много и сныа нзшин

показали болыд® затрата мощности на буксование и качение при г-'Гвда'дяшй по типичетл* лесным грунтам. Наблюдается значительная ь:>рнвнокэрность в распределении вертикальной нагрузки и крутящх мошлтоз по осям, что служит причиной дополнительных потерь мощности в трансмиссии, перегрузки осеа и повышенного буксования М31Д21Ы. Для объективной оценки ходовоа системы машины нужно знать тягозо-о1*орЕие показатели: распределение вертикальных нагрузок, касательных см тяги и крутящих моментов по осям, глубину колеи, с:!лу сопротивления качению и коэффициент буксования при перодви-гвнии по типичным лесным грунтам. Эти ощнки желательно иметь уже на стадия проектирования машины.

Тоорэтическил анализ работы системы "трзнсмиссия-движигель-грунт" значительно облегчается проведенными многочисленными исследованиями: а) СБ02СТВ лесных грунтов (В.Н.Йитов, Г.К.Вшого-роз, л.А.Гогалвк, д.и.Нйховдев и др.)) б) взаимодействия кол&сно-го движителя с грунтом (И.Н.Летошнев, Г.И.Покровский, М.Ееккер, Д.Вонг, В.В.Кадагиа, Я.С.Аге2кш, Л,¿.Рогатая и до.), в) работа

трансмиссии полнопривояных наша (Е. А. Чудаков, г.В.Зимелав, Н.И.Коротоношко, Н.Ф.Бочаров, Г.Л.Смирнов, В.Й.Гусез, В.М.Семенов, Ю.В.Пирновскиа, Л.В.Филюшкин, А.С.Антонов и др.).

Важнейшей на сегодняшня день остается проблема снижения воздействия двиэзтелеа ЛКТ на грунт и оденки его состояния после прохода машины. Естественно встает вопрос выявления факторов, влияющих нз деформацию и уплотнение грунта, и нахождения математических зависимостей кеаду ними. Существующие модели взаимодействия колёсного движителя с грунтом основаны как правило на одномерной функции распределения напряжения по глубине, которую получают обработкой результатов итамповых испытаний. При таком подходе невозможно оцзнить плоски и пространственные явления, в т.ч. распределение зон. уплотнения под колесом и краевые эффекта, вази-взвдие боковой выпор грунта. Кроме того, весь принцип построения модели основан на механическом переносе результатов штзкповш. испытанна на процесс качения колеса, он не отражает динамики явления, а усложнение кодеки введением поправочных кооф&иизкентов на геоаотрическиэ параметра пятна контакта и время приложения нагрузки не способствует повьшени» точности рзсения, т.к. га влияние на конечный результат сводится на нет осреднением нагрузки по Пятну ко.ггзкта и точность« получения характеристик грунта. Следовательно, нужно искать новш метода построения математической Подели, основанные на теории механики грунтов.

Будем рассматривать цель диссертационной работа в более широкой аспекте, как создание автоматизированной (экспортной) системы определения тягово-опорныз показателей колесного лесопро-иьшенного трактора и оценки параметров состояния грунта на основе локальных баз данных и пакета прикладных программ.

Поставленная даль достигается решением следующих задач:

1. Разработка общоа структуры экспертной систеш (раздел 2).

2. Организация локальных баз данных по лкт, специальным лесным шинам и лесным грунтам (раздел 3).

3. Разработка математической модели работы ходовой системы ЛКТ, т.е. установление Функциональных связей между объектами: грунт-движитель-машина и тягово-опорными показателями работы машины. Алгоритмическая и программная реализация модели, проведение расчетов на ЭЕМ. Проведение экспериментальных исследования работы ходовоа системы трехосного ЛКТ (разделы 4,5).

4. разработка математической модели воздействия транспортных средств на грунт, т.е. установление функциональных связей мвзду

сЗюктгки: гргнг-даиаигель-маши к параметрами состояния грунта, /огоригаическая и процззммная реализация коде ли, проведение расчетов на ЭВМ, сравнение с эксперимент. данными (разделы 6,7).

. Во втором раздела содержим описание сетевой модели экс-пзртной системы (ЭС), разработка которой проведено глтодаии кате-кзтическоя квфораатики (рис.1). Позиция?« сети в, а, с соответствуют опорные кнойества объектов: ЛКГ, специальная ¿зепзя иана,

V V V

лзсноа грунт. Позициям в, а, I) сООТБОТСТВУЭТ локальные Ог.зы данных, ули ультрамножестза над опорными шюжстбзми объектов в,а,р.

Опорный оператор с отображазт пространства исходных данных по трактору (у), шше (х) и грунту (г) в пространство (о) тягово-опорных показателей малины: нагрузки на оси, глубина кожи, сила сопротивления качения, суммарная сила тяги та сцепазни», коэффициент буксования и др. Этот оператор представлен «¡стеноп уравнения, описывающих работу ходовоа система Ж?. Ультраошратор контроля тягоьо-огарных показателей с определяется численными метода-ми решения алгебраических систем уравнении.

Опорные операторы о и т = <т»,... ,т«> отображают пространства исходных данных г (параметры грунта) и р (эго>рз нагружэния от транспортного средства) в пространства V (горизонтальные и вертикальные дефпгл!Я7тии грунта) и и = <и».....(зоны напоров, давления и напряжения, а также зоны грунта с разрушенной структурой). Эти опорные операторы разработаны на основе теории механики грунтов. Опорный оператор е представлен системой дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих плоскую разномодуль-ну» задачу теории линейно деформируемое среда (в плоскости, перпендикулярной оси движения машины). Решение находягг методом конечных элементов относительно пэрэмещениа. Опорный оператор т = <т»,...т«> определяется системой линейных уравнений связи между деформациями и напряжениями. Ультра операторы контроля зон напря-

V V ^ V

¡«ения и деформация данной экспертной системы вит = <т»,...т.> определяется численными методами, реализующими метод конечных элементов и разрешающими уравнения связи между деформациями и

напряжениями.

V V V V

Обобщающие ультраогараторы с*. - • - и «». в» служат для формирования исходных данных. Датчики о*,....а«,... осуществляет связь мезду ¡предметной и информационной областями экспергаоа ся-стемы.

о к

л

J5

а

п

д

Б третьем разделе содержится описание локальных баз данных (ЛБД) по ЛКТ, специальным лесным шинам и лесным грунтам.

Матонатическоа моделью ЛБД является улътрэиножоство к:

V

X = РХ1ХХ

с реаеткоа понятий и и реавткоа достоверностеа р над опорным мно-жествон х. Рассматриваем элементарную решетку достоверностеа <р = = 1 (истина), р = о (лойь)>. Любую решетку поняли ь можно разло-яигь в произведен!» подеешеток и, 1 « I ;

и » п

V 1«1

Подретэтка с е терминах баз данных является атрибутом, а ее атомарная шкала (словарь) Шага* - доменом, т.е. значением атрибута. Доменом всей ЛБД является мала Ш рзаетки ь, представшая как объединение атомарных икал Ё, 1 е 1;

а = и шк - (I)

Индивидуальный номер шины соответствует точке <= а, где а есть опорное множества всех индивидуальных номеров.

Тагам образом, ЛБД "Шины" соответствует ультрамвожество

V

А = Рх1_хД

Любоа элемент решетки и выражается через элементы объединенной шкалы при помог»! операций пересечения, объединения и разнос-^ та. В сбой очередь элемента шалы (I) определяют через элемента составлявши* шкал Ш'. Например: - фирма, Ш* » <'А,...,'Я')|

типоразмер яины. И1 - = со-,.■-•»•/*,-я'»! - норма сложности, Ш* - = <*о-,^6* .■ев-,-но-> (буквенные индексы в Ш* служат для обозначения материалов корда, брекерэ и др. >, и т.д.

ЛБД -Лесной колесный трактор- соответствует ультрамнохество'

V

в « РхМхВ,

где в - опорное множество идентификаторов (номеров) лесных колесных тракторов! м - решетка понятий для в, разлагается в произведение годрэшеток: и* - фирма, Ш* = <'А'..,'Я'Я м*-модель, Ш*= ...'Я','<>' >1 «"-колесная формула, Ш* = <4к4,

бкб, 8я8> и т.д.

ЛБД -Грунты" соотазтетаует ультрзмножесгао

О « РхМхО,

где о - опорное множество идентификаторов грунта. Решеткг понятия м рэзлэгзется в произведение подреввток: н - п ^

где w* - Т;ш грузтэ, S* = где «-¿етж* ;vrr.,f-

Еок, -суглинок, ^з-ггаэ» - сдепленне грунта, ж т.д.

Для рзапоацЕЗ ультрзмнсжестЕепных кодзл?а поползогат

(ЗЗАЗЕ — СОВ^^СШГЛЭЯ СИСТ^ПЗ УПрЗЗЛ—ГС^Я - - "р^хг^З-"

ВСЛ тр;* „ЕД; "¡П11ЕЫ" , "ЛеСНО« КОЛ'^СИЫЗ ТрЗКГ-D" Л "JV-v-^tm" f

ESEhi в нвфоркацяонно-поясяову» скстену на ПЭВМ типа id«. сгсточз сбесшчиззэг создашэ, хрзнениэ и шддерхажэ язфоряаццонзого кассзша (его структура представлена в ультражскэственных тделях данного раздела), 2 тзаяэ оперативное гшучеяко сввдеша по запросам пользсззтзлзп.

В четвертом раздела представлены результата теоретических ксслэдовзнга рзбота ходовой системы ЖГ. Раеекотрэн, как ¡ийо-лее ойцка, случая дакшя трэхосного полнопркзодного тр&з&Бочного трз^сгорз■ Матекзи^^ская ^о^ль включает б

, А. Скстека уразненга статического равновесии I) дзз определения реакции пачки на трактор j 2) дхя определения вертикальных нагрузок на передут !;*оот и i^^^ciyj 3) т к&зьак нагрузок на осп тзздемзов танжм с продольна* качая:»;.! балансира. Рассмотрены дез схехм, отличащкеся кгаду собой кодст-рутешнум исполнением рэдукторэ балансира: типа Взлкзт 833 и гла Яяажо 833; 4) для определения ЕврпсшьЕЯ нырузок на заяш коста з "'аатор^ебкльнез" стеке подвеска с р&эктивнахи ш^нггми; 5) jra огвэдеденяя нагрузок аа оси в независимо.*! схеке подвески.

3. .Систему уравшшгз, накладазащях огрэшкения за ратсусн качения колес и иозффкщзвга буксования при хэстаог бзздк'френ-цнзльЕоа схеме трансмиссии.

В. Сшяшу ураввениз, обвсючивакдос условия тягового баланса и устойчивости движения. Зту систему догалтквт ур'-г^ш^ячи сзязез кеяду констругпизнаяя napaaeipassi колесного де^.-'Ж^^, фкззио-неханическкки парвкэтраяи трунта и тягозо-ошрш-ки якша-телямя работы каашЕЫ.

Снстены А, Б, В образует полную замкнугу*» систему ypssEwEK*, из которой определяют тягово-опорные показатели мэекщ.

Получены аналитические выражения лая определения ввргккадь-ных нагрузок и крутящих моментов на осях .ЛКГ с различными схемами подвески. На рис.2,3 показано влияние эксентрисигета (расстояния кеаду осью балансира и линией, проходящеа через оси колее телея-ки) и передаточного отношения редуктора балансира на ко&мициент перегрузки хп - <№Гя,)/а. который характеризует- неравномерность распределения вертикальных нагрузок по осям тележки.

1г

Гкс.З Влияние зксентрисигетз с на коэффициент трзгрузкн ьп. г.? - момент, подводамыа к тележэ: а - тележка типа Валжт-вбв» б - теж-ака типа Дохоко-933

Рж.З Блияниз передаточного отеоизеия редактора балансира ир на коэффициент перегрузки кп. мР - аомент, подводжыа к тележке: а - тележка типа взлйет-8661 б - тележка типа /лкоко-ЗЭЗ

3 пятом раздэле представлена организация негодных данных я результатов расчета тятово-опорных показателя маиины.

Спорна охерзтор с отображает пространство исходных данных в пространство тятово-опорных показателей (рис.1):

Cl XxfxZ ■* Q.

Оз представлен системоа уравнения, списывающих работу ходовой системы Ml (раздал 4).

х - пространство конструктивных параметров взгаы: иирина профиля швы, дааматр, наскЕенностъ рисунка протектора, давление воздуха в ниве»

y - пространство конструктивных параметров ЛКТ: масса машины, продольная база, координаты центра тяжсти маетны и др.

г- пространства параметров грунта: несущая способность, грунта, модуль деформации, внутреннее сцепяэиив, угод внутреннего трения и др.

а - пространство тятово-опорных показателей ааиины: нагрузки ва оси, глубина кожи, сила сопротивления качению, суммарная шэ тяги по ецзшзни», коэффициент буксования.

. Программная реализация математической модели выполнена на языке программирования тш-ьо Pascal. В работе содержится описание программных модулеа и взаимодействия мезду ними. Приведены также результаты расчетов тягово-опорных показателей лесного энергетического средства (ЛЭС) на базе трактора МТЗ (рис.4), из которых следует, что сорпментовоз типа 4к4 на базе ЛЭС, оснаденныа „тесо-2озязстЕенныйа_ ¡¡кнаяи 30.5l-32 код. Ф-Г79 при работе на лесной

и \ 1 1 ■

s| Тч чг 1

\

\ 7

/

г

* £ О "Я

Bis.4 йгме&ен» тягово-опорных ппказзтежа лэс от влажности грунта: т<=< - суетарная сига тяга по сцепаэнио» рг - ciu3 с0пе0_ тааления качениэ, q= - несущая способность грунта

цминэ, распояожэнЕон на суглинистоа грунте, без тдтнаюцз'к, моя, в интервала относительных влажностез от 40 да 855

располагает избытком касательной силы тяги по сдапланио, т.к. пересечение кривоа суммарной силы сопротивления качения (яг) и суммарной силы тяги по сцешвни» (тсц> происходит при несущзз способности грунта (р=> далеко за предэлааш практического использования колесных лесотранспортных кэша.

Экспериментальные исследования проводились с целью проверки адекватности математической модели работы ходовоз систаш полноприводного трехосного трактора, определения распределения щзутя-сгих мокеятов по его осяа в широком диапазоне тяговых и вертикальных нагрузок, получения данных по влиянии вертикально:: нагрузки к давления воздуха в шинах на Формирование радиусов качения колес и коэффициентов тангенциальной эластичности вин.

Исследования проводились на пзредвшном стенде, основой которого послужил экспериментальны® образец трехосной машины для трелевки хлыстов и деревьев МЛ-34. Это карнирно-сочлененная маик-аа, выполненная на базе трактора Т-157 с балзисярноа тандекног тележкой типа Лакомо 833. Шрьыа этап исследовании включал заезда по бетонированная опорное поверхности. Варьировалась вертикальная нагрузка на трактор и давление воздуха в ¡¡зшах.. На второй этапе исследовании яровод!!лись тяговые испытания на грунтовых участках. При этом варьировалась как вертикальная нагрузка, так и тормозящая горизонтальная сила.

Для замерз величины крутящего комента на колесах тандэкной тележки были изготовлены тензометрическкэ оси-ступкцы. Тарировка датчиков крутяярго момента проводилась нагружениэм шдвеЕенлого колеса через рычаг. Усилие замерялось образцовым динамометром сжатия ДОСМ-З. Трансмиссия в момент тарировки хестко задавлена.

Для регистрации сигналов, поступающих от датчиков, использована элзкторонная измерительная аппаратура ЭМА.-П (Ш-153).

Обороты колес отмечались индукционными датчиками оборотов, вмонтированными в ртутно-амальгамированные концевые токосъемники ТРАК-8 и регистрировались осциллоц>афом К-12.

Нагружениэ вертикальной нагрузкой осуществлялось строительными плитами. Перед каздоя серией опытов производилось взвешивание переднего и заднего модулей трактора.

Согласно црограмиз и методике исследования производалось шесть заездов по твердой опорной поверхности для каждой величины вертикальной нагрузки и давления воздуха в ашнах (три с выключен-

ным нередким постом и три с включенным).

Определяем величину приведенного радиуса качения переднего моста по следующая формуле:

Г*я + Гхп

где r>cj, цг«п - соответственно'радкусы качения левого и правого колеоз. Они определяются по Формуле:

s

г" " ~ г*п • '

где s - путь, прсаденЕй колесом за п-оборотов.

Для получения зависимости приведенного радиуса качения моста от крутящего мокента (я) принимается гипотеза линейной регрессионной модели: г» = г«о - х~м, согласно котороа определяем приведенная радиус качения моста в ведомом режиме движения г-о и приведенный коэффициент тангенциальной эластичности моста х«.

Для получения зависимости радиуса качения колеса в ведзмом режиме движения г*о от нагрузки на колесо g* и давления воздуэ а в шине я«: г «о = f(G«,Pw>, решается задача выравнивания результатов измерения. Принимаем

_. , го'Ри +

F(vt,taí я г«о = го— '—, . , -,

' го'Ри Ь'З'С*

где го - свободный (без нагрузки) радиус колеса.

Определим значения параметров « и « из условия минимизащз!

i=n

величины: ¿=1t,r<«'v,) " Yi:1*>

где yí - значение г ко в i-м опыте.

В результате для колес переднего моста (шина 720*685) имеем:

V. = 0.0273 см~*| VI = 0.031ь см~*.

По результатам измерения то =.87.ьз см. Таким образом

г " b7-6s 87.н-ри + 0.031ьсс tcm5'

Приведенный коэффициент тангенциальной эластичности переднего моста х- определим по формуле:

' = = 4-.

где х-; получено при обработке 6 опытов при Фиксированных значениях с* и р*. В результата инеем х» = э,гов7 мм/нН».

ДЛЯ шины 720=665 x = ехм » 6,4173 мм/кН-м.

Аналогично получаем доя шины 610x665 тележки: « = = о.оггь см-1» ^ = о.огзз caf'i х = 1,898* мм/кН-М.

В таблица I представлены вычисленные по Формулам раздела 4 значения суммарных крутящих моментов на колесах переднего моста и

тележки и значения коэффициента перегрузки вдтви трансмиссии:

где идах - максимальный крутявда ыоаеат в трансмиссии. Момент, падеодимыа к раздаточной коробке па = о,91 кН-к. Борвыа диапазон первая передача. Передаточные числа ветвеа трансмиссии: = ьо.392-, ш = 1<?. Отклонения от экспериментальных

денных не превшаж 1%

Таблица I

Распределение крутящих моментов

1 воздуха Нагрузка, кН Крутяциа момент, КозФФиця-

« ы^'с.ИХз кН-м ект трэ-

I ноет ■кнажка I мост ташка I мост ташка грузки

О, 1Е 0,12 0,12

0,11 0,11 0,11

ь<?,во

74,63 76,8*»

81», 15 109,85 1аа,оо

г,317 3,186

з.зго

15,13 14,за 1<»,01

1,30 1 ,23

1 ,го

В работе представлены графические зависимости: приведенного радауса качения переднего моста и обобщенного рэдаса качения тодшл в ведомом режиме даишния от нагрузки и давления Еоздуха в айнах» приведенного рздадса качения переднего каста и обобщрк-ного радиуса качения телепат от крутядего момента» распределения крутядего момента между передним мостом н тележкой от нагрузки на тележку и от давления воздуха в винах» тяговых показателей от силы тяги на крэке при" заезде на двух типах участков грунтовой поверхности при массе машина 15335, 18450 и 19894 кг.

Зкспэрииеэтзлъные исследования подтвердили выдвинутые теоретические предпосылки: основное влияние на рздаус качения колеса в ведомом режиме движения оказывает нагрузка и давление воздуха в кие» распределен!» крутящих моментов подчиняется полученным в разделе 4 зависимостям. При моделировании работа блокированной трансмиссии необходимо учитывать следующие параметры дакиггеля: свобода» диаметры колес» коэффициента тангенциальной эластичности шкя» коэффициенты и, », определяащй радиус качения колеса в ведомом реже» конструктивяу» схему и гаредаточные числа ветвей трансмиссии от раздаточной коробки до колес.

В шестом разделе содержатся результата теоретических исследований воздействия транспортных средств на водонасыщенныа грунт.

Рассматривается плоская задача уплотнения воденасыденного анизотропного (в общем случае) грунта (в плоскости, юрпендику-

лярнол направленна движения мзиины). кз теории кеханики грунтоь следует, что при мгновенном пражжених ¡»рпяалъяоа нагрузки начальные распределения напряжная и 5?ды в грунте врте-мтся через их значения в состоянии талюЛ стабяяизади. Поэтому условно предполагается, что величина нагрузки ге изменится до нзступяэния этого состояния, вызывая лздегзш (относительно нагрузки) деформации хрунта. Связь между начальными и устэногде&н-кися значения?« напряжения определяется следует®® уравнениями:

1 , » «.

С. == -—-—I Г '\ - Ста )

ечго = —-— \с-= - сух ) *

Т«о = Тха .

Здесь о», о»в и т»«в - горизонтальные, вертикальные и касательные напряжения•• о*Т «*и »■■' - эти же величины в состоянии полной стабилизации. Таким образом, в начале реоэется азоская разномодульная задача теории линейно деформируемой среда. Эта задача описывается системой дифференциальных урэъкегая в часта« производных, известных из курса теории упругости:

д^* дтхз п

аГ~ — * * = 0 +2=0

Д(сх+са)=----

1-1»

где х и г - составляв^® объемных сил! V - козффицкент Пуассона» д- оператор Лапласа. Решение находят методом конечных элементов относительно пгремег»эЕия. Затем определяют установившиеся и начальные значения напряжение, а такие значения максимального угла отклонения, полного вектора напряжения е»,«*.'

В случае изотропной среда начальная Функция напоров но удовлетворяет уравнению Лапласа: дно = о. граничные условия: на водопроницаемых участках граничной поверхности значение напорноз функции равно нули: н « о, * « г. На вопонегроницзеьшх участках значение градиента напора нулевое: ^

— * * г-

Кроме этого в случае уплотнения неоднородного грунта должны выполняться условия сопряжения на границе смежных сред:

дН ЯМ

и,<».0„ - на(м.»)|в| -

Поставлена и решена шрвая краевая задача: дно = о,

z=0, и е D Но = q(x)/r - НЭПОрНаЯ ФУНКЦИЯ, п * D Но = 0| к -* ±а>, z •* Но = О.

Пол/чоны аналитические выражения для начальных значения

напоров:

а

Но(х,г) --I- Í g (О 7 -—dï

J-a (и-Г ) * i

давлений :

а

Po(x,z> =-è-fq(ï>--—-5-di

- J-a (x-Ç) + г

напряжен!га:

а

гро г Г /с S (»4 )' -

с'хо = г — ~~ qtf)-1-'—i-inr -

dz " J-a C(x-í) + * 3

crzo в - crxo

â

«ЭРо _ 1 fn„\ Sz(x-Ç)

-a L ) ^ ¿ J

Здесь q - распределенная вертикальная нагрузка, приложенная на интервале с-а.ал g = q '/г, где г - удельный вес грунта.

Исходными данными в этой математической модели является пословные значения модуля деформации, коэффициента Пуассона, сцзп-дения со и угла внутреннего трения Условие: отах = означает, что массив грунта находится в состоянии предельного пластического равновесия. Результаты расчетов представляются как линии уровня Фуикции двух переменных на экране дисплея. Обда вид Функции вертикальных напряжений хорошо согласуется с представленными в работе экспериментальными данными.

В седьмом разделе представлена организация исходных данных и результатов расчёта зон напряженного состояния грунта.

Опорный оператор g (рис.1) отображает пространство исходных данных в пространство перемещений:

gl ГхР ■» v.

Он представлен системой дифференциальных уравнений в частных производных относительно напряяений для обшеа модели линейно деформируемой среда и уравнениями связи мезду напряжениями и дефор-

нациями (раздел 6)|

г - пространство наборов параметров грунта: количество слоев грунта, модуль деформации 1-го слоя, коэффициент Пуассона, сцепление грунта, угол внутреннего третей.

р - пространство сеточных Функция, задмвдс зпяру нагрудная от транспортного средства. Эпкра нагрзаения определяется сшзг-ноя, который строится по значениям удельных в*ртжзльных нагрузок з поперечном сечении контакта шины с дорогой.

V - пространство сеточных Функций, -задающих вергпйсадки» и горизонтальные перемещения.

Опорные операторы ......т= отображает прозтржстоо угловых

перемещения V в сеот&зтствуудке подпространства сеточных ¡-у^клг;'? и.,...,и., задаадмс начальные и установившиеся имя напршяяа, давлений» а такав углов максимального отклонения полного вектора напр;® нага.

Модель реализована методам конечных элементов. протравная реализация выложена на языке программирования тигьо Ра>гса1. Б работе содержится описание программных модулей и взаимодействия между ними. Представлены также результаты расчетов (в виде легла уровня Функции двух переменных) зон вертикальных напряженна от воздействия маигаы МЛ - 56 для разных типов ийн:вз.1-гь; ззи-згпз* (рис.5)» эзи-згр^п (рис.8)1 71х^7-гэ|1 сверхшрокопрофильные

79x57-26.]

Моделируется передвижение на суглинистом грунте. Грунт состоит из двух слоев: слабый толщиной 30 см на более плотном основании . Относительная влажность грунта ео%. Харакл-эристики грунта представлены в таблице 2.

Таблица ?.

Характеристики грунта

Модуль Коэффициент Внутреннее •Угол внутреннего

деформации Пуассона сцепление трения

Е, МПЭ V со, кПа р», град.

Верх, слоя 10 о.э ■ 21 I*

Еиж.слоа 37 0.3 60 18

На рис.5 выделены зоны грунта с разрушенной структурой, следовательно, можно игмдэтъ интенсивного колееобразования при про-

Рис.5 Зоны начальных вертикальных напряженна, кПз хЮО Екны 33и-32р134

а.« «.я

о.а е.*

->4 1 -43 -И £ 1 кЪ Н> 41 1*1 /!;шШт\\\

1Щ / ¡М 1К /]11 / / ! 1'У ' 1Г 1\ у/ 11 »■<*> »•<* АЬААжЬойе*«»»« / , I / р- |||1 и \ 1 \\\ \ \ « ,11 , И \ \ „

Рис.6 Зоны начальных вертикальных напряхиниа. кпя хтпо , Шины 331---&?р134п

ходах иапины с шинами зги-з^з^ в результате вертикальных деформация в грунте и бокового Еыпорз, вызванного перемещением рззру-ненного грунта з зоны с.нулевыми и отрицательными (т.е. растягивающими) вертикальными напряжениями. в этом проявляется плоские явления математической модели.

Сравнивая рисунки 5 и в ножно отметить отсутствие зон грунта с разрушенной структурой в случае применения шины зз^-ззмод.гшм с внутренним давлением воздуха 0,08 МПА (см.рис.в). Это объясняется изменением Формы эпиры нагрухения при снижении внулре.шего давления воздуха с 0,14 до 0,03 мпа.

Наблюдается значительное снижеш» напряженного состояния грунта с применением сверхширокопрофильных шин.

Основнье результаты, выводы и рекомендации

1. Разработана математическая модель работы ходовой системы лесного колесного трактора, охватывающая мазпшы с различными С1е-ками подвески. Эта модель учитывает специфику работы трзнсмиеста многоосного (трех и четырехосного) псшоприводаого лесопромьшши-пого трактор* и позволяет определить его тягово-опорнке показатели: распределение вертикальных нагрузок, касательных сил тяги л ярутягоа моментов по осям нааины, глубину колеи, силу сопротивления качении и коэффициент буксования при шредвкйэнки по типичным лесным грунтам. В схеме подвески, вклачащэа тандапше тележки с продольнш качанием балансира, имеет место перегрузка заднего моста тележки. Более равномерному распределению нагрузки способствует уменьвеньшение эксентрисигета тележки, а также выбор конструктивной схеяш редуктора балансира. Схема типа Локомо 933 находятся в более выгодном положении, чем схема типа Валмет 868, особеняо при выборе передаточного отношения редуктора близким к еданкцз. В "автоисбйльЕоа" схеме подвески можно значительно снизить неравномерность распределения нагрузок уменьшением наклона реактивных етэнг.

2. Взрззнсигряость распределения крутящего момента по осям кшйсвоа малины с яйсткоа бездайеренциалъноа схемоя трансмиссии Бызванэ кинематическим несоответствием замкнутого силового контура. Основная факторами, вызывающими кинематическое несоответствие, являются: несогласованность в передаточных отношениях ветвей трансмиссии» различная вертикальная нагрузка на моста» разница кеаду свободными диаметрами еин> разница между давлением воздуха

в eih-эх.

3. Разработана математическая модель воздействия движителя транспортного средства на водонасьш^нвый грунт. Модель позволяет оценить напряженное состояние грунта при заданных конструктивных пзр-экзтрзх движителя и приходящейся на него вертикальной нагрузке. Значительное влияние на степень наряженного состояния грунта оказывает вид поперечной' гпюры нагружения. При одних и тех ш средних давлениях в контакте наименьшее воздействие на грунт оказывает параболическая форма эпюры нагружения, характерная для вин с пониженным внутренним давлением воздуха. Модель может служить основой при разработке методов прогноза уплотнения грунта, интен-сивносгги колоеобразования, а также экологических последствий работы лесных машин.

4. Разработана ькспоргиая система на ЭВМ, Функциональное назначен® которой состоит в следующем:

ai создание, хранение и поддержание информационных массивов по специальным лесным шинам, базовым лесопромышленным трзиторам и Физико-механическим параметрам грунтов)

б> определение тягово-опорных показателей и зон напряженного состояния грунта при работь данной лесной машины, оснащенной данными вшами в заданных условиях эксплуатации

5. Экспертная система позволяет интенсифицировать проведение конструкторских и научно-исследовательских работ по созданий новых и совершенствованию существующих лесных машин. Метод моделирования кз основе теории математической информатики mosso рекомендовать цри разработке ¿экспертных систем в других областях исследования.

Список работ, опубликованных по ' теме диссертации

I. Ратнер И.О. Определение характеристик взаимодействия многоосного колесного двикителя с грунтом //Труды ВДИИМЭ. - Химки, 1987, с.56

?.. Ратнер U.C. Программа определения характеристик взаимодействия каяэсного движителя с грунтом //ГОСФАП. - № 5Q3700QI283. - 1887.

3. Ратнер И.О. К вопросу определения конструктивных параметров ходовой системы колёсного лесопромышленного трактора //Совершенствование тракторных конструкций и узлов (НПО НАТИ, ВДКХ СССР): тез. докл. Есесоюзног н.-тех. конф.-Москва: 1987, с. I6S.