автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Повышение проходимости гусеничных машин по снегу за счет применения эластичных уширителей гусениц

Условные обозначения.

Введение.

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

2. Расчетно-теоретическое обоснование работоспособности эластичных уширителей гусениц.

2.1. Разработка математической модели и методики расчета деформации эластичных уширителей.

2.2. Алгоритм и программа расчета.

2.3. Исследование деформации эластичных уширителей, выбор рациональных геометрических и силовых параметров.

2.4. Выводы.

3. Расчетно-теоретическое исследование проходимости гусеничных машин по снегу.

3.1. Обоснование расчетной модели.

3.2. Выбор расчетных параметров снега.

3.3. Оценка проходимости гусеничных машин с эластичными уширителями по снегу.

3.3.1. Анализ сопротивления движению.

3.3.2. Анализ силы тяги.

3.3.3. Анализ проходимости машин с уширителями.

3.4. Выводы.

4. Экспериментальные исследования эластичных уширителей гусениц

4.1. Исследование физико-механических свойств снега.

4.2. Оценка достоверности расчетно-теоретических исследований

4.3. Разработка и испытания новых конструкций эластичных уширителей в условиях снежной целины

4.4. Выводы.

Актуальность темы. Повышение проходимости колесных и гусеничных машин при эксплуатации их в зимний период является актуальной проблемой в силу чрезвычайно суровых климатических условий нашей страны, когда около 90% территории России на длительный срок устойчиво покрывается снегом.

Одним из перспективных, на наш взгляд, путей повышения проходимости гусеничных машин является применение уширителей гусеницы. Идея применения уширителей не является новой. Они использовались с целью снижения давления на грунт, и, как следствие, повышения проходимости снегоходных машин, сельскохозяйственных и промышленных тракторов, гусеничных транспортеров.

Однако применяемые металлические уширители обладают существенными недостатками. При работе гусениц с такими уширителями возникают нежелательные побочные эффекты, связанные с изменением габаритных размеров и условий работы движителя.

Уширители, имеющие по целям использования значительный консольный вылет и высокую жесткость, не могут по очевидным причинам обладать достаточной прочностью. Они быстро выходят из строя при наездах на единичные дорожные (валун, пень и т.д.) или вертикальные боковые (дерево, стенка) препятствия. В этом случае возможно попадание обломков на беговую дорожку, что приводит к нежелательным последствиям (спад гусеницы, распор движителя, повреждение бандажей опорных катков и т.д.)

Тяжелые и громоздкие съемные металлические уширители создают большие затруднения при размещении их во время движения в обычных условиях.

В связи с этим возникла идея использования эластичных уширителей, выполненных из резины, армированной кордом.

Цель работы. Повышение проходимости гусеничных машин по снегу за счет применения эластичных уширителей.

Методы исследований. Для решения поставленных задач используются метод конечных элементов, численные методы решения систем нелинейных уравнений, методы математической статистики. Экспериментальные исследования выполнялись на серийных машинах, опытных образцах, ходовых макетах и стендах.

Объекты исследований. На разных этапах работы в качестве объектов исследований использовались гусеничные машины НГТУ-2901, гусеничные машины Заволжского завода гусеничных тягачей (ГАЗ-3403, ГАЗ-Э402, ГАЗ-3409), специальная гусеничная машина полной массой 12,5 т. Научная новизна работы

• Разработана математическая модель деформированного состояния эластичного уширителя гусениц в геометрически и физически нелинейной постановке;

• Составлены алгоритм и программа расчета прогибов эластичного уширителя гусениц, имитирующие как прохождение уширителем единичного препятствия, так и погружение в снежный покров;

• Представлено обоснование математической модели взаимодействия гусеничного движителя со снегом и правомерности решения квазистатической задачи в условиях снежной целины;

• Получены закономерности изменения силы тяги, силы сопротивления движению гусеничных машин различных весовых категорий в зависимости от состояния снежного покрова;

• Дано расчетно-теоретическое и экспериментальное обоснование работоспособности и эффективности применения эластичных уширителей гусениц для повышения проходимости гусеничных машин.

Практическая ценность заключается в разработке методик расчетов, практических рекомендаций повышения проходимости машин по снегу за счет применения эластичных уширителей гусениц при создании новых и совершенствовании существующих конструкций.

Реализация работы. Результаты работы внедрены в Отраслевой научно-исследовательской лаборатории вездеходных (снегоходных) машин, Всесоюзном научно-исследовательском институте транспортного машиностроения, Заволжском заводе гусеничных тягачей. Отдельные результаты работы используются в учебном процессе на кафедре «Автомобили и тракторы» Нижегородского государственного технического университета.

Апробация работы. Отдельные этапы и основное содержание работы докладывались на всесоюзной научно-технической конференции «Повышение эффективности проектирования, испытаний, эксплуатации автомобилей и строительно-дорожных машин», г. Горький, 1988 г.; всесоюзном семинаре по колесным и гусеничным машинам, г. Москва, 1989 г.; международной научно-технической конференции «Развитие транспортно-технологических систем в современных условиях», г. Н.Новгород, 1997 г.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 6 печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложения. Изложена на 171 странице, включающих 58 рисунков, 1 таблицу и 2 приложения. Список литературы содержит 229 наименований.

Основные результаты и выводы

1. Разработана математическая модель деформированного состояния эластичного уширителя гусениц в геометрически и физически нелинейной постановке. Созданы алгоритм, вычислительная программа и методика расчета, имитирующая как прохождение уширителем единичного препятствия, так и погружение его в снежный покров. Сравнение результатов расчетно-теоретических исследований и стендовых испытаний показали адекватность разработанной модели расчета, как в части физической картины деформации, так и ее количественной оценки (максимальная погрешность не превышала 10%).

2. Получены зависимости прогибов уширителя от его длины и размеров поперечного сечения, числа слоев, типа и схемы укладки корда. Показаны рациональные пути получения требуемой жесткости уширителя за счет выбора геометрических размеров и применения армирующих материалов.

3. Проведено расчетно-теоретическое и экспериментальное обоснование работоспособности эластичных уширителей гусениц. В результате стендовых, дорожных и полевых испытаний установлено, что жесткость уширителей выбрана рационально. С одной стороны, при эксплуатации в реальных условиях, уширители не выходят из строя при наездах на единичные препятствия (пень, валун, дерево, стенка и т.д.), с другой,-воспринимают нагрузку со стороны опорной поверхности, что ведет к увеличению несущей способности системы «гусеница-снег» и, как следствие, к повышению проходимости гусеничных машин по снегу.

4. Обоснована математическая модель взаимодействия гусеничного движителя со снегом: показана правомерность решения квазистатической задачи при движении гусеничной машины в условиях снежной целины; проверена достоверность расчета силы сопротивления движению, силы тяги и проходимости гусеничных машин. Величины отклонений от теоретической кривой составляют 15-г26% .

5. Установлено влияние зазоров между уширителями на величину погружения гусеничного движителя в снежный покров; найдены конкретные значения коэффициента связности и коэффициента трения поверхности «снег-резина»; теоретически обосновано и экспериментально проверено уточненное выражение для определения упорной реакции снега, которое позволило повысить точность определения силы тяги, реализуемой в контакте движителя со снежным полотном пути на 14-г17%.

6. Выявлены закономерности изменения силы тяги и силы сопротивления движению в зависимости от состояния снежного покрова; рассмотрены особенности формирования силы тяги, реализуемой уширителем при взаимодействии его со снегом; теоретически и экспериментально доказана эффективность применения эластичных уширителей для повышения проходимости гусеничных машин различных весовых категорий по снежной целине.

7. Теоретические и экспериментальные исследования, методики расчетов, технические решения и практические рекомендации повышения проходимости машин по снегу за счет эластичных уширителей гусениц внедрены при создании новых и совершенствовании существующих конструкций в Отраслевой научно-исследовательской лаборатории вездеходных (снегоходных) машин, Всесоюзном научно-исследовательском институте транспортного машиностроения, Заволжском заводе гусеничных тягачей. Результаты работы используются в учебном процессе на кафедре «Автомобили и тракторы» Нижегородского государственного технического университета.