автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.12, диссертация на тему:Расчет показателей проходимости пневматических шин на пластичном грунте

стра,

Введение

Глава I.Особенности процесса качения шины по деформируемому грунту.Оценка. проходимости /литературный обзор/.

1.1 Характеристики основных видов грунта.

1.2 Шины повышенной и высокой проходимости.

1.3 Особенности процесса взаимодействия пневматической шины с грунтом.

1.4 Оценка проходимости,как эксплуатационного свойства шины •

1.5 Оценка Проходимости автомобиля по параметрам контакта шины с грунтом.

Глава 2.Методы исследования взаимодействия шины с грунтом.

2.1 Основные методы аналитических исследований взаимодействия шины с грунтом.

2.2 Выбор метода для исследования влияния конструктивных и эксплуатационных параметров пневматической шины на проходимость.

Глава 3.Построение расчетной схемы для оценки проходимости шины на пластичном грунте.

3.1 Кольцо на упругом основании как модель шины. Определение характеристик кольца в зависимости от конкретной конструкции шины.

3.2 Грунт пластичный.Уравнения деформации грунта.

3.3 Система уравнений напряженно-деформированного состояния кольца, обжатого на пластичном грунте.Метод решения

3.4 Определение коэффициента сцепления.

3.5 Расчет коэффициента сопротивления качению.

3.6 Реализация разработанного алгоритма.

-33.7 Сопоставление расчетных данных с экспериментами.

Глава 4.Расчетный анализ показателей проходимости шины.

4.1 Влияние механических характеристик грунта.

4.2 Влияние радиальной нагрузки и внутреннего давления шины.

4.3 Влияние геометрических размеров шины.

4.4 Влияние конструкции каркаса на показатели проходимости.

4.5 Влияние механических характеристик резины на параметры контакта.

Проходимость автомобиля, т.е. совокупность свойств,определяющих возможность движения по деформируемым дорожным поверхностям и бездорожью, была и остается одним из важнейших его эксплуатационных свойств

Несмотря на непрерывный рост сети дорог с твердыми покрытия' ми, доля времени работы машин транспортного парка на таких дорогах, повидимому?не увеличивается. Не последнюю роль в этом играе непрерывное наращивание количества и создание новых типов машин для строительно-дорожных работ и сельского хозяйства.

Повышение эффективности использования таких машин определяется прежде всего их высокой проходимостью, а она в наибольшей степени зависит от характеристик пневматических шин.

В социалистический республике Вьетнам решение этого вопроса имеет особое значение. Во Вьетнаме ведется освоение новых эконо мических районов, интенсивное внедрение техники в сельском хозяйстве , создание промышленных центров. Но тропический климат с полугодовым сезоном дождей, отсутствие твердых дорог серьезным образом осложняет ход работ.

В настоящее время работы по повышению проходимости автотран спортных средств ведутся по трем основным направлениям:

- создание временных съемных средств(цепи и другие приспособления) для повышения проходимости стандартных автомобилей;

- усовершенствование конструкции шин повышенной проходимости;

- создание движителей специальных конструкций(пневмокатки, пневмогусеницы и т.п.).

Многолетние исследования показали, что мощным средством повышения проходимости автомобиля являются шины специальной конструкции такие,как шины с регулируемым давленная арочные шины, пневмокатки и другие. Эти щины отличаются увеличенным габаритом, малым внутренним давлением к наличием высокого про тектора с широкими канавками. В настоящее время эти шины нашли широкое применение во Вьетнаме, в Советском Союзе и других странах.

Основным условием, оцределяющим возможность движения автомобиля по деформируемой опорной поверхности, является .превышение максимальной силы сцепления, которая может быть развита шинами, над силой сопротивления движению автомобиля. Поскольку автомобили высокой проходимости движутся с небольшими скоростями и силы аэрО' динамического сопротивления малы,аналогичное условие возможности движения может быть принято и для шины. При этом необходимо учитывать, что основные затраты мощности идут на образование колеи, а не на внутренние потери в материале шины,

Обеспечение высокой силы сцепления и низкого сопротивления качению обеспечивается прежде всего созданием специальной констру ции шины, причем не только рисунка цротектора, но и всей формы шины.

Современное конструирование основывается на широком применении расчетных методов, реализованных в виде црмрамм для электронных вычислительных машин. Расчет проходимости шин не должен быть исключением,однако до настоящего времени этот вопрос не получил полного решения.

Надо также отметить, что конструирование шин неразрывно связано с разработкой технологии их изготовления,поскольку элементы конструкции, которые обеспечивают необходимые механические свойства шины( в нашем случае проходимость) могут быть выбраны лишь такими, которые может обеспечить существующая или перспективная технология изготовления шин.

Все сказанное послужило причиной постановки данной работы, целью которой является создание метода расчета проходимости шин и расчетное исследование влияния конструкции шины,свойств материалов и режимов нагружения на показатели, определяющие проходимость шины.

Работа состоит из 4-х глав. В 1-ой главе( на основе литературных данных) рассматриваются особенности взаимодействия шины с деформируемой опорной поверхностью,обосновывается необходимость объединения для решения поста^еной задачи методов тес рии автомобиля, механики пневматических шин, и механики грунто! Во 2-ой главе описываются методы исследования взаимодействия шины с грунтом и обосновывается принятая в работе методика.

В 3-ей главе строится расчетная схема и математическая модель взаимодействия шины с пластичным грунтом. Разработанный алгоритм расчета реализован в виде цро1рамм для ЭЦВМ.Сопоставление результатов расчета с данными эксперимента,заимствованы-ми из литературы,оказалось вполне удовлетворительным.

В 4-ой главе описан машинный эксперимент,устанавливающий влияние на показатели проходимости свойств 1рунта,^режима нагр: жения,конструкции шины и механических характеристик материала. Его результаты обобщены в виде серии зависимостей показателей проходимости от величин,назначаемых конструктором шины.

Общие результаты работы прежде всего методики расчета и программы для ЭЦВМ, могут быть рекомендованы для применения npi конструировании шин высокой проходимости.

ОСНОВНЫЕ вывода

1.Впервые для исследования работы пневматической шины на деформируемом грунте использована математическая модель "кольцо на упругом основании",которая была разработана для анализа статической деформации и работы шины при качении по твердой поверхности.

2.В качестве критериев оценки проходимости приняты показатель проходимости /удельный запас силы тяги/ и коэффициент сопротивления качению.Эти показатели определяют нетолько возможность, но и эффективность /движение с меньшей затратой мощности/ прео-деления автомобилем бездорожья.

3.Установлено,что не возможно построить общую расчетную схему для исследования работы шины на грунтах разных состояний,т.к. каждое состояние грунта имеет свои особенности,пренебрежение которыми приведет к ошибочным результатам.Правильным путем является построение расчетных схем работы шины на типичных состояниях грунта: пластичное/всхапанное поле,глинистые грунты влажности до 35 %/tтекучее/переувлаженные грунты/,грунт с низким коэффициентом внутреннего сцепления /сухой песок/,и.т.д.

4.Построена расчетная схема работы шины на пластичном грунте. Разработан метод расчета большего количества параметров контакта шины с грунтом в зависимости от конструктивных параметров,режима нагружения шины и механических характеристик грунта.Разработана система программа на Фортране-ТУ" для ЭВМ,предназначенная для расчета коэффициента сцепления,коэффициента сопротивления каченш радиального прогиба шины,глубины колеи,распределения контактных напряжений в продольном направлении и других параметров.

5.Разработанная методика дает возможность оценить по проходимостз ту или иную конструкцию шины,тем самым найти резервы повышения проходимости автомобиля п^тем изменения конструкции шины и свойств ее материалов.

6.Проведены обширные машинные эксперименты по исследованию влияния отдельных механических характеристик грунта,основных конструктивных параметров и режима нагружения шины на показатели проходимости.Для подверждения основных выводрв привлечены резуль таты экспериментальных исследований,приведенных в работах других авторов.

7.Расчетный анализ показал,что с точки зрения повышения проходимости шины важнейщими фнкторами являются радиальная жесткость шины,зависящая от внутреннего давления,угла расположения нитей, конфигурации профиля,а также наружный диаметр и ширина профиля. Жесткостные характеристики рехины не оказывают существенного влияния на параметры контакта,но улучщение гистерезисных свойств резины положительно сказывается на проходимость автомобиля.

-118,

1. Литвинов А.С.Теория эксплуатационный свойств автомобилей.-М.: МАДЙ,1975,-176с.

2. Хлебников А.М.,Кнороз В.И. ,НенаховБ.В. ,Шареквич П.А. Новые напрвления по созданию движителей колесного типа.-Автомобильная промышленность,1964,№ 1,с.7-9.

3. Бидерман В.Л.,Г>слицер Р.Л.,Захаров С.П. Автомобильные шинш -М.: Госхимиздат,1963,-383 с.

4. Кнороз В.И.,Племенников Е.Б.,Петров И.П. Работа автомобильной шины.-М.: Транспорт,1976,-238 с.

5. Цукерберг С.М.,Гордон Р.К.,Нейнкирхн Ю.Н.,Прашикин В.Н. Пневматическая шина.-М.: Химия,1973,-264 с.

6. Бабков В.Ф. Качение автомобильного колеса по грунтовой поверхности. -Труды МАДИ,-М.: ЬВД1,1953,вып. 15,с.50-68.

7. Бочаров Н.Ф.,Гусев В.И.,Семенов В.М. Транспортные средства на высокоэластичныи движителях.-М.:Машиностроение,1974,208с»

8. Цукерберг С.М. Шины для автомобилей высокой проходимости. -М.: Госхимиздат,I960,

9. Армадеров Р.Г.,Бочаров Н.Ф.Движители транспортных средств высокой проходимости.-М.: Транспорт,1972,-104 с.

10. Хлебников А.М.,Кнороз В.И.,Петров И.П. Средства повышения проходимости колесных машин.-В сб.труды НАМИ,-М.,1973,вып. 142,с.4-37.

11. Селезнев И.И.,Ковалев Н.М. Оценка эксплуатационная характеристик тракторных шин типа Р.Каучук и резина,1969,№ 3, с.42-44.

12. Степанюк П.Н. ,Швейсер Б. Я.Испытание шин типа Р на тракторах "Белорусь".-Тракторы и сельскохозяйственная машина, 1967,№ I,c.I3-I5.

13. Летошнев М.Н. Взаимодействие конной повозки с дорогой.ОНТИ 1929. '

14. Вабков В.Ф.,Бируля А.К.,Сиденко В.М. Проходимость колесных машин по грунту.-М.: Автотраниздат, 1959г/,180 с.

15. Агейкин Я.С.Исследование работы шин переменного давления на деформируемом грунте.-В сб. Проблемы повышения проходимости колесных машин.-М.: АН СССР,1959,с. 74-82.

16. Бируля А.К. Деформация и уплотнение грунта при качении колеса.-В сб. труды ХАДИ.-Харьков,1950,вып.10,с. 21-30.

17. Агейкин Я.С. Проходимость автомобилей.-М.: Машиностроение, 1981,-230 с.

18. Вонг дж. Теория наземных транспортных средств.(Пер. с англ) -М.: Машиностроение,1982,-284 с.

19. Маршак A.JI. О форме поверхности пневматических колес при контакте их с почвой.-Сельхозмашина,1956,№ 3,с.22-23.

20. Цукерберг С.М.,Захаров С.П. ,Ненахов Б.В. Шины,повышающие проходимость автомобиля.-М.: Автотрансиздат,1959,-44 с.

21. Кнороз В.И.,Петров И.П. Оценка проходимости колесных машин.-В сб. труды НАШ.-М., 1973,вып. 142,с.66-76.

22. Строев С.С. Критерии оценки проходимости автомобиля.-Челя-Бинск,ЧПИ,1972,с.I08-II5.

23. Чудаков Е.А. Теория автомобилей.-М.: Машгиз,1950,-343 с.

24. Бабков В.Ф. Учет грунтовых условий при испытаниях колесных автомобилей.-В сб. труды МАДЙ.-М.,1958,вып.22,с.238-247.

25. Кнороз В.И.,Шарикян Ю.Э. Проходимость автомобиля и её оценка. -Автомобильная промышленность,1958,№ 3,с.8-10.

26. Безбородова Г.Б.,Кошарный Н.Ф.,Задорожный В.й. К определению сопротивления качению колес многоосных автомобилей по сминаемым грунтам.-В сб. Автомобильный транспорт.-Киев,1968,Р 5,с.24-28.

27. Бируля А.К. Исследование взаимодействия колес с поверхностьюкачения как основа оценки проходимости.-В сб. Проблемы повышения проходимости колесных машин.-М.: АН СССР,1959,с.S3-32.

28. Зб.Шарикян Ю.Э. Исследование влияния давления воздуха в шинах на проходимость колесных машин.Автореф. канд.дисс.-М.,НАМИ, 1959,-24 с.

29. Гребешиков В.И. Исследование проходимости автомобиля по мяг-j ким грунтам.Автореф. канд. дисс.-М.,МАМИ,1952,-24 с.

30. Малышев А.А. Качение колеса с пневматической шиной по деформирующейся грунтовой поверхности с образованием колеи.-В сб. труды МАДИ,-М., 1958,вып.22,с.226-237.

31. Рогалюк Л.А. Исследование качения ведомого пневматического колеса по деформируемому грунту.-В сб. труды 1ЩИМЗ ,-Химки ,1965,вып.62,с.47-68.

32. Шехоцев Д.И. Исследование деформации шины на сопротивление качению по грунту при образование колеи.-В сб. труды ЦНИИМЭ. -Химки,I97I,№ 121,с.49-58.

33. Кнороз В.И.,Петров И.П.,Хлебников A.M. Взаимодействие арочной шины с деформируемым грунтом.-В сб. труды НАШ.-М. ,1970, вып.120,с.3-25.

34. Ульянов Н.А. Теория самоходных колесных землеройно-транспортных машин.-М.: Машиностроение,1969,-520 с.

35. Брюховец Д.Ф. Исследование взаимодействия ходовой системы колесного трактора на пневматических шинах.-В сб. Проблемы повышения проходимости колесных машин.-М.: АН СССР,1959,-520с

36. Ульянов Н.А.,Михайлов Б.И. Работа ведущего эластичного колеса , на деформируемом грунте.-Автомобильная промышленность, 1960,№ 5,с.25-30.

37. Бабков В.Ф. Качение автомобильного колеса по грунтовой поверхности.-В сб. труды МАДЙ.-М.,1953,вып.15,с.50-68.

38. Каипов А.Н. Исследование качения колес с пневматическими шинами в условиях селького хозяйства.-Автореф. канд. дисс. -М.,Московский институт механизации и элеетрификации сельского хозяйства,1951,-16 с.

39. Малышев А.А. Взаимодействие пневматического колеса с грунтовой поверхностью.-В сб. Проблемы повышения проходимости колесных машин.-М.: АН СССР,1959,с.49-57.

40. Безбородова Г.Б.,Кошарный Н.Ф. Экспериментальное исследование сцепления шин с грунтом при буксовании.-Автомобильная промышленность,1966,Р 4,с. 30-33.

41. Бидерман В.Л. Критическая скорость качения пневматической шины.-В сб. Расчеты на прочность.-М.:Машгиз,1961,вып.7.

42. Мухин О.Н. Расчет жесткостных характеристик автомобильныхшин типа Р.-В сб. Расчеты на прочность.-М.: Машиностроение,! 1970, .вып. 15, с. 58-87.

43. Бидерман В.Л.,Бухин Б.Л. К рсчету шин с меридиональным расположением нитей корда в каркасе.-В сб. Расчеты на прочность. -М.: Машгиз,1963,вып.9

44. ВЬ'хЯт F- Мeckanifc Дез au^tehei^ms. Туь<%т,сеи-г-Archly,

45. Fnewk- F. (лшпсС^ш aua ЪслесУъшпс^ скю, Seitftifx-aungs-knnfehim Шь fcifen. К<щЫиА und Qummi (Carv^tstbjfc } №6 , ±<3

46. Бухин Б.Л. Теория безмоментных сечатых оболочек врашения и её приложение к расчету пневматической шины.-Докт.дисс. -М.,МВТУ,1971.

47. Николаев И.К. Математическая модель и численный метод для расчета шины на неосиметрическую нагрузку.-Препринты международной конференции по каучуку и резине.-Киев,1978,В-19.

48. Растеряев Ю.К.,Кваша З.Н.,Прусаков А.П. Расчет крупногабаритной шины диагонального строения на действие внутреннего давления и местные эксплуатационные нагрузки.-Препринты международной конференции по каучуку и резине.-Киев,1978,В-20.

49. Вухин Б.Л. Выходные характеристики пневматических шин.-Тем. обзор, сер. Производство шин. -М. :ЦНИИТЗйефтехим., 1978, -82 с.

50. Ульянов Ф.Г. Повышение проходимости и тяговых свойств колесных тракторов на пневматических шинах.-М.: Машиностроение,! 1964.

51. Гуральник В.Е.,Бражник Б.М.,Цукерберг С.М. Влияние конструкции грунтозацепов на сцепление шин высокой проходимостис деформируемыми грунтами.-Каучук и резина, 1974,№ 3,с.44-48. бЗ.Березин И.С.,Жидков Н.И. Метод вычислений.-М.:Физматиз,1962,т. 2,-639 с.

52. Шаманский В.Е. Нелинейные краевые задачи и задачи на собственные значения для дифференциальных уравнений.-Киев:АН УССР 1966,-244 с.65,Бахвалов Н.С. Численные методы.-М.: Наука,1975,т.1,-631 с.

53. Мухин О.Н. Применение потокового варианта метода прогонки i к расчету спирально-армированного резинопроволочного кольца. -В сб?:Механика эластомеров.-Краснодар,1981.

54. Генних M.S'.Сцепление автомобильного колеса с деформирунмым грунтом.-В сб.Проблемы повышения проходимости колесных машин.-М. АН СССР,1959,с.58-66.

55. Говорущенко А.П. Сцепление автомобильного колеса с грунтом. -В сб. труды ХАДЙ,-Харьков,I960,вып.22,с.39-46.

56. Шарикян I0.S'.,Вольский С.Г, Сцепление шин при движении автсу-мобиля по сухому песку.-Автомобильная промышленность,1967,5,с.23-24.

57. Еируля А.К. К теории уплотнения грунтов.-В сб. труды ХАДИ, -Харьков,1959,вып.20,с.3-18.

58. Пирковский Ю.В.,Чистов М.П. Расчетное определение энерги-тических параметров,характеризующих качение колеса по деформируемому грунту.-Известия вузов,сер. Машиностроение. -M.s Машиностроение,1972,№ 9,с.98-104.

59. Голованенко C.JI. ,Сиденко В.М. Исследование сопротивления движению пневматических колес в зависимости от состояния грунта.-В сб. труды ХАДЙ.-Харьков,1959,вып.20,с.II7-I28.

60. Лазарев В.В.,Синицин С.С. Анализ процесса колеиобразования при качении пневматического колеса по деформируемому грунту, -Известия вузов,сер. Машиностроение.-М.: Машиностроение, 1983,№ 5,с.84-87.

61. Пирковский Ю.В.,Чистов М.П. Затраты мощности на образование колеи.при качении жесткого колеса по деформируемому грунту. -В сб. труды НАШ.-М.,1971,вып.131,с.73-78.

62. Еидерман В.Л.,Левин Ю.С. ,Слнщиков Л.Д.,Упорина Л.А. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на износ,сцепление и сопротивление качению автомобильных шин.-Тем.обзор^ сер. Производство шин.-М.: ЦНИИТЭнефтихим.

63. Горская Л.П.,Цугин В.А. Расчет потерь энергии в элемента* катящейся шины.-Препринты международной конференции по каучуку и резине.-Киев,1978,B-I4.

64. КW.W. T-htowtCMfi Paeo6te"km 0| Test Ул^лЬй Effcsts, TwcUtdirQ Twin- Ro^s, 07v totttru^ Resistance-Ж TeoA . рьрег ScMes } 90D088,

65. Присс JI.С. Динамические свойства резин при режимах нагружен ния,характерных для эксплуатации.-Препринты международной конференции по каучуку и резине.-М.,1984,B-I6.

66. Табадцор Ф.,Кларк С.К.,Додж Р.Н. Характеристики вязкоупру-гих потерь в резино- кордных композитах.-Препринты международной конференции по каучуку и резине.-М.,1984,В-9.

67. Грош К.А. Сцепление и износ шин.-Препринты международной конференции по каучуку и резине.-М.,1984,B-I.

68. Юрковски Б. Влияние конструктивных параметров на сопротивление качению.-Каучук и резина,1966,Р II.

69. Рекитар М.И.Влияние слойности каркаса на потери мощности в шине при качении.-Каучук ирезина,1968,№ 7,с.47-49.