автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработка методики выбора конструкционных параметров движителей, обеспечивающих эффективность движения колесных машин по снегу

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА КОНСТРУКЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖИТЕЛЕЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ КОЛЕСНЫХ МАШИН

ПО СНЕГУ

Специальность 05.05.03 — Колесные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

31 ЯНВ 2013

Н.Новгород 2013

005048843

Работа выполнена на кафедре «Автомобили и тракторы» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Беляков Владимир Викторович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Наумов Валерий Николаевич, МГТУ им.Н.Э. Баумана

кандидат технических наук, доцент Колотилин Владимир Евгеньевич, НГТУ им. P.E. Алексеева

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «МГИУ»

Защита диссертации состоится «15» февраля 2013 г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.04 в Нижегородском государственном техническом университете им. P.E. Алексеева по адресу: 603950, г. Н. Новгород, ул. К.Минина, д. 24, ауд. 1258.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес ученого секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Автореферат разослан « »_2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Л.Н. Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При разработке транспортных машин для заснеженной местности проектировщик задается вопросом обеспечения необходимого уровня проходимости машины. Другим важным моментом при проектировании колесных машин (КМ) является расчет эффективности их движения по снегу. Под эффективностью следует понимать обобщающий показатель, характеризующий отношение результатов деятельности к затратам на их получение.

Повышение эффективности колесных машин при движении по снегу (автозимникам, снежным пустыням, подъездам к местам добычи полезных ископаемых) может быть достигнуто за счет усовершенствования конструкции как самой машины, так и её движителя.

Поэтому разработка методов выбора конструкционных параметров движителей, обеспечивающих эффективность движения колесных машин в условиях заснеженной местности, представляется важной исследовательской задачей, решение которой позволит модернизировать существующие и создавать новые КМ с более высоким уровнем эффективности.

Цель работы. Разработка методики выбора конструкционных параметров движителей на основе расчетной оценки эффективности движения колесных машин по снегу.

Научная новизна.

1. Разработана методика учета неравномерности распределения давлений в контакте шины с опорной поверхностью при расчете силы сопротивления от смятия снега.

2. Разработана методика выбора конструкционных параметров движителей, обеспечивающих эффективность движения колесных машин по снегу, с использованием результатов анализа экспериментальных исследований их взаимодействия с опорной поверхностью.

3. Разработана математическая модель движения полноприводной колесной машины (4x4) по снежному полотну пути, особенностями которой являются:

- возможность учета неравномерности распределения давлений при использовании любой модели контактного взаимодействия колеса со снегом;

- учет работы трансмиссии с блокированной межосевой и межколесной связью.

4. Экспериментально-теоретическими исследованиями установлено, что при обладании колесными машинами проходимостью в заданных условиях их эффективность может быть различной.

Объекты исследований.

На разных этапах работы в качестве объектов экспериментальных исследования использовались машины с колесной формулой 4x4 повышенной проходимости (УАЭ-3962), транспортные средства многоцелевого назначения (ВПК-233114 Тигр-М, ГАЗ-29651 «Каратель»), а также транспортные средства

на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления (ВТС «Тритон», «Ви-кинг»-2992).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Из теоретических разработок: алгоритм учета неравномерности распределения давлений в контакте шины с опорной поверхностью при расчете силы сопротивления от смятия снега.

2. Из научно-методических разработок: методика выбора конструкционных параметров движителей, обеспечивающих эффективность колесных машин при движении по снегу, с использованием результатов детального экспериментального анализа процессов их взаимодействия с опорной поверхностью.

3. Из научно-технических разработок: обоснованные по результатам исследований рекомендации по выбору параметров (по конструкции) движителей с целью повышения эффективности движения колесных машин по снегу.

Практическая значимость. Разработанные методики позволяют осуществить обоснованный выбор конструкционных параметров движителей, обеспечивающих повышение эффективности существующих и вновь создаваемых колесных машин при движении в условиях заснеженной местности.

Реализация работы. Результаты экспериментально-теоретических исследований по теме диссертации внедрены: в НИР по государственному контракту № 16.516.11.6023 от 21.04.2011 «Создание экспериментального образца специального транспортного средства северного исполнения на шинах сверхнизкого давления для работы на слабонесущих опорных поверхностях»; НИР по государственному контракту № 14.740.11.0972 от 05.05.2011 «Разработка методики оценки и обоснование путей повышения энергоэффективности транспортных средств на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления при движении по опорным поверхностям с низкой несущей способностью»; НИР по государственному контракту П2561 от 25.11.2009 «Создание энергоэффективных движителей транспортных средств на основе анализа процесса их взаимодействия с опорной поверхностью в различных дорожных условиях и на бездорожье»; НИР по государственному контракту П2094 от 03.11.2009 «Разработка теоретических основ процессов взаимодействия движителей транспортных средств с опорной поверхностью и оценка энергоэффективности движителей в условиях бездорожья»; НИЛ «Транспортных машин и транспортно-технологических комплексов»; ЗАО «Завод вездеходных машин»; учебный процесс кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ им. P.E. Алексеева. Результаты работы вошли в коллективную монографию «Моделирование движения автомобилей в Matlab/Simulink», изданную в 2012 году.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на: научно-технических семинарах кафедры «Автомобили и тракторы» (Н.Новгород, НГТУ им. P.E. Алексеева, 2011 -2012 гг.); на 71-й международной научно-технической конференции ААИ «Безопасность транспортных средств в эксплуатации» (НГТУ - Н.Новгород, 2010); на 79-й международной научно-технической конференции ААИ «Безопасность транспортных средств в эксплуатации» (НГТУ - Н.Новгород, 2012);

на 8-11-й международных молодежных научно-технических конференциях «Будущее технической науки» (Н.Новгород, НГТУ им. P.E. Алексеева, 20082011 гг.); на всероссийской молодежной научно-технической конференции «Авто-НН-2009»; на 13-14-й нижегородских сессиях молодых ученых (Н.Новгород, 2008 - 2009 гг.); на IX Всероссийской научно-технической конференции УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2011); на X Международной научно-технической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса» (УГЛТУ, 2012).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 20 научно-технических публикаций, в том числе 6 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из четырех глав, общих выводов, приложения, изложена на 218 страницах текста, содержит 137 рисунков, 21 таблицу, список использованных источников, включающий 205 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ произведен обзор работ по конструкции, описанию процессов взаимодействия пневмоколесного движителя с опорным основанием, а также эффективности функционирования колесных машин.

Этими исследованиями и разработками в разное время занимались российские ученые: Агейкин Я.С., Аксенов П.В., Антонов A.C., Антонов Д.А., Бабков В.Ф., Безбородова Б.Г., Бируля А.К., Бочаров Н.Ф., Брянский Ю.А., Бухарин H.A., Горячкин В.П., Гребенщиков В.И., Гуськов В.В., Забавников H.A., Кацыгин В.В., Кемурджиан Л.А., Кнороз В.И., Кошарный Н.Ф., Крагельский И.В., Крживицкий A.A., Кристи М.К., Ксеневич И.П., Кутьков Г.М., Ларин В.В., Летошнев М.Н., Литвинов A.C., Наумов В.Н., Петрушов В.А., Пирковский Ю.В., Платонов В.Ф., Полетаев А.Ф., Полунгян A.A., Семенов В.М., Скотников

B.А., Смирнов Г.А., Софиян А.П., Трембовельский Л.Г., Ульянов H.A., Фаро-бин Я.Е., Фалькевич Б.С., Хачатуров A.A., Чистов М.П., Чудаков Е.А., Шухман

C.Б., Яценко H.H. и многие другие.

Среди зарубежных ученых наиболее известны: М.Г. Беккер, Дж.Вонг, В.Диксон, Г. Крик, А.Риис, А.Солтынский, Р.Янг.

Значительный вклад в области разработки конструкции и исследований процессов передвижения транспортных средств высокой проходимости по снегу внесли ученые и исследователи «Нижегородской научной школы»: Аникин

A.A., Барахтанов Л.В., Беляков В.В., Веселовский М.В., Донато И.О., Кравец

B.Н., Куляшов А.П., Малыгин В.А., Молев Ю.И., Николаев Н.Ф., Панов В.И., Рукавишников C.B., Талантова З.И., Шапкин В.А. и их ученики.

В соответствии с поставленной целью и проведенным анализом состояния вопроса были определены следующие основные задачи исследования:

1) разработать математическую модель движения полноприводной машины с колесной формулой 4x4 по снегу с учетом неравномерности распределения давлений в контакте шины с полотном пути;

2) провести экспериментальные исследования по определению распределений нормальных давлений в контакте пневмоколесных движителей с опорной поверхностью;

3) разработать методику выбора конструкционных параметров движителей, обеспечивающих эффективность движения колесных машин по снегу;

4) провести расчетные исследования по оценке влияния параметров пневмоколесных движителей на эффективность движения машин по снежному покрову;

5) провести экспериментальные исследования для проверки теоретических разработок и оценки адекватности математической модели движения колесной машины по снегу;

6) практически реализовать результаты исследований при создании и совершенствовании существующих конструкций колесных машин.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ в соответствии с задачами, сформулированными в первой главе, разрабатывается математическая модель движения колесной машины (4x4) по снежному полотну пути: даны расчетная схема, уравнения динамики прямолинейного движения, модель привода колес машины в случае блокированной схемы трансмиссии. Подробно представлена программная реализация разработанной математической модели средствами Ма^аЬ^тиПпк.

Основными допущениями при разработке данной модели являются следующие: 1 - рассматривается прямолинейное движение полноприводного транспортного средства; 2 — опорно-рабочая поверхность движения — ровный и горизонтальный многослойный минерально-снежный покров на твердой подстилающей поверхности мерзлой минеральной или ледовой природы; 3 — влиянием микропрофиля подстилающей поверхности пренебрегаем ввиду большой сглаживающей способности снежного покрова; 4 — центр масс расположен в плоскости, проходящей через геометрическую продольную ось симметрии машины, перпендикулярно опорной поверхности; 5 — система симметрична относительно продольной оси, т.е. условия движения левого и правого бортов одинаковые; 6 - связь колес с корпусом машины является абсолютно жесткой во всех направлениях, исключение составляет относительное вращение колес; 7 — все внешние силы, действующие на базовую машину, лежат в плоскости движения; 8 - взаимосвязь между колесами описывается через параметры трансмиссии, а также через учет изменения условий качения задних колес; 9 — упру-годемпфирующие свойства элементов трансмиссии не учитываются; 10 - глубина колеи определяется с учетом максимальных значений давлений в контакте; 11 — в качестве характеристик двигателя колесной машины используются скоростные характеристики.

Расчётная схема автомобиля представлена на рис. 1. Дифференциальное уравнение движения корпуса машины имеет вид: ¿У

¿1

(1)

где ЕД,,,, - сумма продольных реакций на ведущих колесах машины; £/*/, - сумма сил сопротивления качению колес по снегу; Гдя - сила сопротивления, обусловленная взаимодействием со снежным покровом днища корпуса и элементов шасси; - сила тяги на крюке автомобиля; та - полная масса машины; V- скорость движения автомобиля.

Уравнение динамического равновесия ведущего колеса выглядит следующим образом:

-Тк'Кл

т1,

(2)

где Тк - момент, передаваемый колесу от двигателя через трансмиссию; и<к -угловая скорость вращения колеса; /к - момент инерции колеса; 7} - суммарный момент сопротивления качению колеса; гд ~ динамический радиус колеса.

Рис.

м /// ////// ;//////// /// ;///// ////;;//;/// м/ /;//// /// 1. Расчетная схема движения полноприводной колесной машины

Уравнения, описывающие трансмиссию, устанавливают связь между моментом двигателя, моментами, подводимыми к колесам, угловой скоростью вращения вала двигателя и угловыми ускорениями вращения колес. Данные уравнения не обладают высокой информативностью и в автореферате не представлены.

Сила сопротивления качению колеса складывается из - сопротивления качению колеса, обусловленного гистерезисными потерями в шине; силы сопротивления 1-)с, обусловленной деформацией снежного полотна пути колесом машины; /уэ6 - силы сопротивления от экскавационно-бульдозерных эффектов; /уф, - силы сопротивления движению от фрезерования настовой корки и внутримассивных ледяных прослоек:

Центральное место в теории взаимодействия движителя с деформируемой опорной поверхностью занимает вопрос о распределении напряжений в зоне контакта.

В результате проведенных экспериментальных исследований получены трехмерные эпюры распределений нормальных давлений в зоне контакта колес исследуемых транспортных средств с опорной поверхностью при различных внутренних давлениях воздуха в шинах (рис. 2, 3). Значения коэффициентов неравномерности распределения давлений для исследованных шин приведены в табл. 1.

q, МПа

Ч, МПа .

0.018

0.014 q, МПа 0.2

0.01 ' /

-0.3 0.006 | 0.02 0 . : Щ 0.1 - -, 0.3 1,м

WW,

Ь,м

Рис. 2. Эпюра нормальных давлений в контакте шины 1300x600-533 модели «ТРЭКОЛ» с опорной поверхностью (р. = 0,01 МПа)

Рис. 3. Эпюра нормальных давлений в контакте шины КИ-115АМ 12.00 R18 с опорной поверхностью (р. = 0,09 МПа)

В рамках данной работы необходимо стремиться к наиболее высокой точности определения силы сопротивления, обусловленного деформацией снежного полотна пути, так как она является причиной наибольших энергозатрат на передвижение машины. На рис. 4 представлена блок-схема алгоритма расчета сопротивления от смятия снега с учетом данных о неравномерности распределения давлений в зоне контакта шины с опорной поверхностью. Следует особо подчеркнуть, что данная методика предусматривает возможность использования любой математической модели взаимодействия пневмоколесно-го движителя с деформируемой опорной поверхностью. Данные о распределении давлений могут быть получены как экспериментальным, так и расчетным путем с использованием вычислительных систем, основанных на методе конечных элементов. Однако в рамках данной работы расчетный метод не рассматривается.

Сила сопротивления, обусловленная деформацией снежного полотна пути колесом машины, вычисляется по зависимости:

Ffc = brh2mt

УК

rhmax + kqc.

(4)

где к - коэффициент, характеризующий неравномерность распределения давлений в зоне контакта шин с опорной поверхностью, Ь — ширина колеса; у - коэффициент начальной жесткости снега; /гтах - коэффициент, характеризующий величину деформации снега при давлениях, соответствующих максимальному уплотнению, уср — среднее давление колес на опорную поверхность.

Таблица 1

Обобщающие параметры колесных движителей__

Тип шин Параметры ч\ Шины с регулируемым давлением Шины сверхнизкого давления Сельскохозяйственные шины Грузовые шины

•• Фт о$с 01

Диапазон нагрузок, кгс. 1500-4500 400-1700 1000-5000 900 - 5000

Диапазон внутренних давлений, кг/см2 1-7,5 0,1-1 0,45-2,4 2 - 7,5

Наружный диаметр, м 0,9-1,4 0,9-1,7 0,9-1,7 0,9-1,4

Коэффициент ширины шины В/О 0,25-0,36 0,32-0,54 0,25 - 0,62 0,25-0,35

Коэффициент неравномерности распределения давлений,к 1,1-1,35 1,13-1,61 1,42-1,91 1,34-1,42

Наиболее рациональным критерием оценки эффективности колесных машин при движении по снегу является показатель, определяемый как отношение транспортной производительности к соответствующей входной мощности системы (потребной мощности двигателя):

, (5)

е

где m г - масса перевозимого груза; V - скорость транспортного средства; Ре - потребная мощность двигателя машины.

Данный показатель является наиболее удобным для оценки эффективности колесных машин, так как в нем отсутствуют трудноопределимые показатели расхода топлива.

На рис. 5 приведен пример результатов расчетных исследований для автомобилей ГАЗ 66 на шинах КИ-115А 12.00 R18 (рис. 5, а) и ЗВМ - 3966 СБХ «СИВЕР» на шинах ИЯВ-79 (21,3-24) 1400x540 (рис. 5, б). Полные массы автомобилей близки и находятся в пределах 5800 - 6150 кг. Представленные графики демонстрируют следующее: при выборе конфигурации движителя необходимо учитывать, что при обладании колесными машинами проходимостью в заданных условиях их эффективность может быть различной.

Модель взаимодействия колеса со снегом

Экспериментальное определение неравномерности распределения давлений

Расчетное определение неравномерности распределения давлений (МКЭ)

/Г' "X

| Определение коэффициента неравномерности распределения давлений 1с

Среднее давление в контакте «шин а-снег»

9„=в/т

Площадь поверхности контакта шины со енежиъш покровом Л(Н)

СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ СМЯТИЯ СНЕГА В общем виде:

МйУА

С учетом »равномерности распределения давлений:

ГГ. \ , \

Р/с = ьГЬ1г

У ^тах

-1п

Н,

УКхж + к9ср

Рис. 4. Алгоритм учета неравномерности распределения давлений в контакте шины со снегом при расчете

силы сопротивления от смятия снега

15000 10000 -5000

о

-5000 Рис. 5.

На рис. 6 представлена сформированная блок-схема методики выбора конструкционных параметров движителей на основе расчетной оценки эффективности движения колесных машин по снегу. В предложенной методике используется цикл со счётчиком (перебор), в котором базовые (диаметр и ширина) геометрические размеры колес изменяют своё значение от заданного начального значения до конечного значения с некоторым шагом, и для каждого соотношения размеров тело цикла выполняется один раз. Начальные значения параметров пневмоколесного движителя определяются из условия проходимости (наличия запаса силы тяги), а рациональные с точки зрения эффективности

- в результате решения задачи «поиска максимального элемента массива». В качестве элементов массива данных выступают значения эффективности колесной машины при движению по снегу, а в качестве индексов этих элементов

- параметры колес из заданного диапазона существующих и возможных для использования.

При разработке рекомендаций по выбору параметров движителя для работы на конкретных территориях необходимо опираться на данные гидрометеорологических станций. Зная статистические характеристики снега: плотность и глубину залегания в течение года, а также продолжительность и сроки начала сезона в разных районах рассматриваемой территории, можно получить все необходимые параметры, необходимые для оценки эффективности функционирования колесных машин.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ с использованием разработанной математической модели производятся теоретические исследования влияния параметров движителей на эффективность колесных машин при движении по снегу, а на основе методики, предложенной во второй главе, вырабатываются обоснованные рекомендации по выбору конструкционных параметров движителей, способствующих повышению эффективности движения колесных машин по снежному покрову.

ОБЛАСТЬ ЭФФЕКТИВНОГО у ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

, //, м

О 0,2 0,4 0,6 0,8

а б

я - ЗВМ - 3966 СБХ «СИВЕР»; в - автомобиль ГАЗ-66 Зависимости: а - запасов силы тяги сравниваемых машин от высоты снега; б -зателей эффективности сравниваемых машин от высоты снега

Рзап - Н

ПОКАЗАТЕЛЬ ЭФФЕКТИВНОСТИ

16 14 12 10 8 6 4 2

Я, М 0

ВХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Параметры колесной машины Статистические характеристики снежного покрова

Глубина снежного Плотность снежного покров« покрова

Определение возможных размеров

ко. (ее (О, 5) из условия наличии

запаса тятя

Ш

уш

\

М 0л2 'XI <М \м

Неравномерно стъ распределения давлений

т

Рис. 6. Блок-схема методики вычисления рациональных конструкционных параметров пневмоколесного движителя

Учитывая невозможность рассмотрения всего многообразия применяемых транспортных машин с колесной формулой 4x4 для исследования влияния параметров движителей на эффективность их движения по снегу, в рамках данной работы был сформирован ряд гипотетических образцов автомобилей со следующими основными параметрами:

1) полная масса та=2,5 т, максимальная мощность двигателя Ре=65 кВт;

2) полная масса та=6,5 т, максимальная мощность двигателя Ре=90 кВт;

3) полная масса та= 11 т, максимальная мощность двигателя Ре=\50 кВт;

4) полная масса та= 16 т, максимальная мощность двигателя Ре=210 кВт.

Рис. 7. Поверхность, характеризующая Рис. 8. Поверхность, характеризующая из-изменеиие эффективности ч^ машины менение эффективности |?>фф машины (т„= 11 т) в зависимости от диаметра коле- (та=6,5 т) в зависимости от диаметра колеса D и коэффициента ширины шины B/D са D и коэффициента ширины шины B/D при движении по снегу высотой Я=0Д5м при движении по снегу высотой Я=0,5м («снег-3») («снег-1»)

На рис. 7-9 представлены примеры поверхностей, характеризующих изменение эффективности в зависимости от диаметра колеса при разных коэффициентах ширины шины. Данный подход позволяет охватить весь диапазон возможных конструкционных параметров пневмоколесных движителей.

На основании анализа данных поверхностей предложены рекомендации по выбору рациональных с точки зрения эффективности конструкционных параметров движителей для рассматриваемого ряда гипотетических образцов колесных машин.

Рис. 9. Поверхность, характеризующая изменение эффективности //,фф машины (та=6,5 т) в зависимости от диаметра колеса D и коэффициента ширины шины B/D при движении по снегу высотой Н=0,7 м («снег-1»)

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ представлена методика экспериментального определения распределения нормальных давлений в контакте иневмоколесного движителя с опорной поверхностью; описан комплекс проведенных экспериментальных исследований по определению параметров взаимодействия колесных машин со снежным полотном пути для оценки адекватности разработанной математической модели. Описаны методы определения физико-механических свойств снежного покрова.

Общие виды основных объектов экспериментальных исследований пред-

ав ь в

Рис. 10. Полноприводные машины с колесной формулой 4x4:

а - ВПК-233114 Тигр-М; б - «Викинг»-2992 4x4; в - УАЭ-3962

Схема соединения измерительно-регистрирующей аппаратуры, используемой при определении распределений давлений в контакте «шина - опорная поверхность» представлена на рис. 11.

Рис.11. Структурно-функциональная схема соединения измерительно-регистрирующей аппаратуры: 1 - аккумуляторная батарея; 2 - инвертор напряжения, 5 - генератор сигналов; 4 - пневматическая шина; 5 - датчики определения давления в зоне контакта колеса с опорной поверхностью; б - блок анализа сигналов; 7 - интерфейсный преобразователь; 8 - персональный компьютер с установленной программной оболочкой «Анализатор сигналов»

Фрагменты испытаний, проводившихся в рамках выполнения НИР (в НГТУ им. P.E. Алексеева) совместно с исследователями из Научно-исследовательской лаборатории транспортных интеллектуальных систем (НИЛ ТИС НГТУ) и ООО «Военно-инженерный центр», по определению параметров взаимодействия многоцелевых транспортных средств ВПК-233114 Тигр-М и «Каратель» со снежным покровом представлены на рис. 12. ШНИ^КМ В результате прове-

ны значения максимальной

НН биля и силы сопротивления

ватности теоретических разработок также использовались результаты замеров глубины колеи, образуемой Рис. 12. Фрагменты испытаний колесных машин пневмоколесным движите-«Тигр-М» и «Каратель» на снегу лем. На рис. 13 приведены

результаты и фрагменты проведения замеров глубины колеи автомобиля «Ви-кинг»-2992 на шинах 1300x600-533 модели «ТРЭКОЛ» при различном давлении воздуха.

Результаты оценки адекватности математической модели подтвердили правомерность её использования для исследования эффективности движения колесных машин по снегу.

0.24

0 0.02 0.04 0.06

р.. Ш7а

а б

Рис. 13. Исследования глубины колеи автомобиля «Викинг»-2992: а - глубина колеи при разном давлении воздуха в шинах (сравнение расчета с экспериментом); б - фрагменты проведения замеров

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе экспериментально-теоретических исследований разработана математическая модель прямолинейного движения полноприводной машины с колесной формулой 4x4 по снегу с учетом неравномерности распределения давлений в контакте шины с полотном пути.

2. Получены пространственные эпюры распределения нормальных давлений в зоне контакта колес различных по назначению и грузоподъемности машин с опорной поверхностью. Значения коэффициентов неравномерности распределения давлений в зоне контакта шины с опорным основанием могут принимать значения от 1,134 до 1,91 в зависимости от конструкционного исполнения и эксплуатационных параметров шины. Расхождения между расчетной величиной сопротивления от смятия снега без учета неравномерности распределения давлений в контакте шины с опорной поверхностью и результатом расчета сопротивления с учетом полученных коэффициентов неравномерности могут составлять от 25 до 70%.

3. Разработана методика выбора конструкционных параметров движителей на основе расчетной оценки эффективности движения колесных машин по снегу. В качестве критерия оценки эффективности колесных машин при движении по снегу выбран показатель, определяемый как отношение транспортной производительности к соответствующей потребной мощности двигателя.

4. Проведены расчетные исследования по оценке влияния параметров пневмоколесных движителей на показатели эффективности машин при движении по снегу, по результатам которых выданы рекомендации по выбору целесообразных геометрических параметров с точки зрения повышения эффектив-

Масса машины, т Высота снега, м Наружный диаметр, м Коэффициент ширины ВЮ Показатель эффективности, г\ эфф

2,5 0,20-0,25 0,85...1,1 0.25...0,35 2,5...2,8

0,45-0,50 >1,2 >0,35 1,2...1,4

6,5 0,20-0,25 <1,2 <0,35 6,2...6,4

0,45-0,50 1,1...1,6 0,30...0,40 2,2...2,5

0,65-0,70 >1,4 >0,38 1,2...1,4

11 0,20-0,25 <1.1 <0,25 7,2...7,4

<0,40 1,1...1,25 0,25... 0,40 3,0...3,2

0,50-0,55 >1,15 0,28... 0,3 8 2,0...2,2

0,65-0,70 >1,30 >0,35 1,4...1,6

16 <0,40 1...1Д5 0,25...0,35 5,3...5,6

0,50-0,55 I... 1,40 0,25... 0,40 3,6..3,8

0,65-0,70 >1,30 >0,30 2,0...2,2

Установлено, что для каждого из исследуемых классов КМ существует высота снежного покрова Н, после которой увеличение размеров шины ведет к повышению эффективности фф, т.е. при данной высоте снега большей эффективностью обладает колесная машина с более высокими показателями проходимости. Причем наблюдается некоторая закономерность смещения этой высоты снега в сторону увеличения при уменьшении плотности снега и при увеличении массы машины.

5. Экспериментальные исследования подтвердили хорошую сходимость предложенных теоретических разработок и математической модели. Расхождение значений показателей, полученных в результате выполненных расчетов, с экспериментальными данными не превышает 16 %.

6. Теоретические разработки, методики расчетов, результаты экспериментальных исследований, технические предложения, практические рекомендации повышения эффективности колесных машин по снегу внедрены в НИР по государственному контракту № 16.516.11.6023 от 21.04.2011 «Создание экспериментального образца специального транспортного средства северного исполнения на шинах сверхнизкого давления для работы на слабонесущих опорных поверхностях»; НИР по государственному контракту № 14.740.11.0972 от 05.05.2011 «Разработка методики оценки и обоснование путей повышения энергоэффективности транспортных средств на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления при движении по опорным поверхностям с низкой несущей способностью»; НИР по государственному контракту П2561 от 25.11.2009 «Создание энергоэффективных движителей транспортных средств на основе анализа процесса их взаимодействия с опорной поверхностью в различных дорожных условиях и на бездорожье»; НИР по государственному контракту П2094 от 03.11.2009 «Разработка теоретических основ процессов взаимодействия движителей транспортных средств с опорной поверхностью и оценка энергоэффективности движителей в условиях бездорожья»; НИЛ «Транспортных машин и транспортно-технологических комплексов»; ЗАО «Завод вездеходных машин»; учебный процесс кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ им. P.E. Алексеева. Результаты работы вошли в коллективную монографию «Моделирование движения автомобилей в Matlab/Simulink», изданную в 2012 году.

Публикации с изложением основных положений диссертации

1. Зезюлин Д.В. Влияние параметров движителей на показатели эффективности колесных машин при движении по снегу / Д.В. Зезюлин, У.Ш. Вахидов, B.C. Макаров, В.В. Беляков, // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 5; URL: http://www.science-cducation.ru/105-6927

2. Зезюлин Д.В. Исследования взаимодействия пневмоколесного движителя сверхнизкого давления со снежным полотном пути / Блохин А.Н., Зезюлин Д.В., Горелов В.А., Беляков В.В. // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. - 2011. Выпуск 8, http://technomag.edu.ru/doc/214145.html

3. Зезюлин Д.В. Распределение давлений в контакте шины с дорогой/ В.В. Беляков, А.Н. Блохин, Д.В. Зезюлин, A.A. Алипов // Вестник Ижевского государственного

технического университета. -2011. - №1(49). - С. 15-18.

4. Зезюлин Д.В. Определение нормальных усилий в контакте шины сверхнизкого давления с опорной поверхностью / А.Н. Блохин, В.В. Беляков, Д.В. Зезюлин, A.A. Алипов // Журнал ААИ. Журнал автомобильных инженеров. - 2011. - №2(67) -С.ЗО-ЗЗ.

5. Зезюлин, Д. Моделирование движения автомобилей в Matlab /Simulink: монография/ Д. Зезюлин, В. Макаров, В. Беляков, - Германия: Издательский дом "Lap Lambert Academic Publishing", 2012. - 93 с.

6 Зезюлин Д.В. Определение характеристик микропрофиля дорог, предназначенных для движения транспортно-технологических машин /, B.C. Макаров, К.О. Гончаров, В.В. Беляков, Д.В. Зезюлин, A.M. Беляев, A.B. Папунин, A.B. Редкозубое // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 5; URL: http:/Avww.science-edueation.ru/105-r7111

7 Зезюлин Д.В. Расход энергии транспортного средства с электроприводом при движении в городских условиях/ А.Н. Блохин, В.В. Беляков, Д.В. Зезюлин // Вестник Ижевского государственного технического университета. - 2012. - №1(53). - с. 2125

8. Зезюлин Д.В. Оценка эффективности специальных транспортных средств при движении по снегу / В.В.Беляков, Галкин Д.А., Зайцев A.C., Д.В. Зезюлин, Кудряшов Е.М., Макаров B.C. // Труды НГТУ им. Р.Е.Алексеева. - 2012. № 2 (95).- С. 156-166.

9. Зезюлин Д.В. Экспериментальные исследования поворота многоосных колесных машин / JI.B. Барахтанов, В.В. Беляков, Д.А. Галкин, A.C. Зайцев, Д.В. Зезюлин, B.C. Макаров // Труды НГТУ им. Р.Е.Алексеева. - 2012. № 4 (97).

10. Зезюлин Д.В. Экспериментально-теоретические исследования опорной проходимости многоосных колесных машин / JI.B. Барахтанов, В.В. Беляков, Д.А. Галкин, A.C. Зайцев, Д.В. Зезюлин, B.C. Макаров // Труды НГТУ им. Р.Е.Алексеева. - 2012. № 3 (96).

11. Зезюлин Д.В. Оценка эффективности использования колесных машин при движении по снежному покрову / Д.В. Зезюлин, B.C. Макаров, В.В. Беляков // Тезисы докладов XI Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». - НГТУ им. P.E. Алексеева.- Н.Новгород, 2012. - с. 107108

12. Зезюлин Д.В. Разработка и исследование пространственной модели криволинейного движения транспортных средств / Д.В. Зезюлин, A.M. Носков, С.А. Багичев, P.A. Мусарский. - Сборник материалов 71-й международной научно-технической конференции ААИ «Безопасность транспортных средств в эксплуатации»: НГТУ. -Н.Новгород, 2010. - с. 29-31.

13. Зезюлин Д.В. Экспериментальное определение распределения нормальных давлений в зоне контакта пневматической шины сверхнизкого давления с опорной поверхностью / A.A. Алипов, В.В. Беляков, А.Н. Блохин, Д.В. Зезюлин, A.M. Носков // Сборник материалов 71-й международной научно-технической конференции ААИ «Безопасность транспортных средств в эксплуатации». - Н.Новгород: НГТУ. - 2010-С.113-116.

14. Зезюлин Д.В. Моделирование атласа карт подвижности наземных транспортно-технологических машин на примере Нижегородской области / В.В. Беляков, A.M. Беляев, К.О. Гончаров, Д.В. Зезюлин, B.C. Макаров, A.B. Папунин, A.B. Редкозу-бов, A.B. Федоренко // Сборник материалов 79-й международной научно-технической конференции ААИ «Безопасность транспортных средств в эксплуатации», НГТУ им. P.E. Алексеева.- Н.Новгород, 2012,- с.135-139.

15. Зезюлин Д.В. Выбор типоразмера шин для обеспечения требуемой эффективности колесной машины при движении по снегу / В.В. Беляков, A.M. Беляев, У.Ш. Вахи-дов, Д.В. Зезюлин, B.C. Макаров, A.B. Редкозубое // Сборник материалов 79-й меж-

дународной научно-технической конференции ААИ «Безопасность транспортных средств в эксплуатации» / НГТУ им. P.E. Алексеева - Н.Новгород, 2012.- с.143-144.

16. Зезюлин Д.В. Комплексная оценка показателей опорной проходимости колесных машин средствами имитационного моделирования/Д.В. Зезюлин, B.C. Макаров,

A.M. Носков, В.В. Беляков // Тезисы докладов IX Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». - НГТУ им. P.E. Алексеева.- Н.Новгород, 2010.- с.129-131.

17. Зезюлин Д.В. Оценка энергоэффективности колесных машин при движении по снегу / Д.В. Зезюлин, A.C. Зайцев, B.C. Макаров, А.Н. Блохин, В.В. Беляков // Сборник материалов IX Всероссийской научно-технической конференции - УГТУ-УПИ.- Екатеринбург, 2011. - с.97-101.

18. Зезюлин Д.В. Оценка эффективности использования колесных машин при движении по снежному покрову / Д.В. Зезюлин, B.C. Макаров, В.В. Беляков // Тезисы докладов XI Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». - НГТУ им. P.E. Алексеева,- Н.Новгород, 2012. - с. 107108

19. Зезюлин Д.В. Новый подход к моделированию движения колеса автомобиля по деформируемой опорной поверхности / A.M. Носков, Д.В. Зезюлин, К.Е. Николаев,

B.C. Макаров, В.В. Беляков // Сборник материалов IX Всероссийской научно-технической конференции - УГТУ-УПИ.- Екатеринбург,2011. - с.160-162.

20. Зезюлин Д.В. Оценка уровня энергозатрат на качение пневмоколесного движителя сверхнизкого давления по слабонесущим опорным поверхностям / Д.В. Зезюлин, А.Н. Блохин, В.В. Беляков. Тезисы докладов X Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». - НГТУ им. P.E. Алексеева.- Н.Новгород, 2011. - с. 128-129.

Подписано в печать 15.01.2013. Формат 60x84 '/1б. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 29.

Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева.

Типография НГТУ. Адрес университета и полиграфического предприятия: 603950, г. Нижний Новгород, ул. К. Минина, 24.

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. Алексеева

04201355135

Зезюлин Денис Владимирович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА КОНСТРУКЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖИТЕЛЕЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ КОЛЕСНЫХ МАШИН

ПО СНЕГУ

Специальность 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Беляков В.В.

Н.Новгород 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

Глава 1. Обзор ранее выполненных исследований и постановка задач 9

1.1. Модели опорных оснований 10

1.2. Взаимодействие колесного движителя со снегом 22

1.2.1. Способы аппроксимации линии контакта колеса с опорной поверхностью 22

1.2.2. Исследование моделей контактного взаимодействия

колеса с опорной поверхностью 24

1.3. Выбор критерия эффективности движения колесной машины

по снегу 36

1.4. Задачи исследования 44 Глава 2. Разработка методики выбора конструкционных параметров движителей, обеспечивающих эффективность движения колесных

машин по снегу 45

2.1. Математическая модель движения колесной машины по снежному полотну пути 45

2.1.1. Математическая модель движения одиночного колеса

по снежной целине 47

2.1.1.1. Характеристики шины 47

2.1.1.2 Физико-механические характеристики снега 50

2.1.1.3. Распределение давлений в контакте шины с опорной поверхностью 52

2.1.1.4. Экспериментально-теоретические исследования контактного взаимодействия пневмоколесного движителя со снежным полотном пути 55

2.1.1.5. Математические модели взаимодействия пневмоколесного движителя со снегом 59

2.1.2. Расчет сопротивления качению колеса 67

2.1.3. Сцепление колеса с опорной поверхностью 76

2.1.4. Уравнения движения колесной машины по снегу 77

2.1.5. Математическое моделирование характеристик привода колес машины в случае блокированной схемы трансмиссии 83

2.1.6. Программная реализация математической модели движения машины 85

2.2. Проходимость колесных машин по снегу 92

2.3. Основы методики выбора параметров шасси, обеспечивающих эффективность движения колесных машин по снегу 95

2.4. Основы методики выбора параметров пневмоколесного движителя, обеспечивающих эффективность движения машин

по снегу 98

2.5. Выводы по главе 107 Глава 3. Теоретические исследования влияния параметров движителей на эффективность движения колесных машин по снегу 109

3.1. Соотношения между параметрами конструкции колесных

машин 109

3.2. Обоснование показателя эффективности 112

3.3. Оценочные параметры пневмоколесных движителей 115

3.4. Исследования влияния физико-механических свойств снега на эффективность колесных машин

3.5. Исследования влияния размеров шин на эффективность движения колесных машин по снегу 117

3.6. Выводы по главе 145 Глава 4. Проведение экспериментальных исследований 147

4.1. Выбор объектов исследований 147

4.2. Цель экспериментальных исследований 147

4.3 Объем и содержание исследований 147

4.4 Экспериментальные исследования распределения давлений в

зоне контакта пневматических шин различных конструкций с

опорной поверхностью 148

4.5. Определение показателей опорной проходимости машин 153

4.6. Обработка результатов исследований 161

4.7. Выводы по главе 164 Основные результаты и выводы 165 Список использованных источников 168 Приложения 184 ПЛ. Обоснование необходимости развития методов оценки эффективности движения колесных машин по снежному полотну пути 190 П.2. Основные технические параметры некоторых колесных машин 191 П.З. Определение параметров снежного покрова 197 П.4. Программа обработки результатов экспериментальных исследований 212 П.5. Распределения нормальных давлений в контакте шины с опорной поверхностью при различных давлениях воздуха 218

Введение

Актуальность темы. При разработке транспортных машин для заснеженной местности проектировщик задается вопросом обеспечения необходимого уровня проходимости машины. Другим важным моментом при проектировании колесных машин (КМ) является расчет эффективности их движения по снегу. Под эффективностью следует понимать обобщающий показатель, характеризующий отношение результатов деятельности к затратам на их получение.

Повышение эффективности колесных машин при движении по снегу (автозимникам, снежным пустыням, подъездам к местам добычи полезных ископаемых) может быть достигнуто за счет усовершенствования конструкции как самой машины, так и её движителя.

Поэтому разработка методов выбора конструкционных параметров движителей, обеспечивающих эффективность движения колесных машин в условиях заснеженной местности, представляется важной исследовательской задачей, решение которой позволит модернизировать существующие и создавать новые КМ с более высоким уровнем эффективности.

Цель работы. Разработка методики выбора конструкционных параметров движителей на основе расчетной оценки эффективности движения колесных машин по снегу.

Научная новизна.

1. Разработана методика учета неравномерности распределения давлений в контакте шины с опорной поверхностью при расчете силы сопротивления от смятия снега.

2. Разработана методика выбора конструкционных параметров движителей, обеспечивающих эффективность движения колесных машин по снегу, с использованием результатов анализа экспериментальных исследований их взаимодействия с опорной поверхностью.

ш

3. Разработана математическая модель движения полноприводной колесной машины (4x4) по снежному полотну пути, особенностями которой являются:

- возможность учета неравномерности распределения давлений при использовании любой модели контактного взаимодействия колеса со снегом;

- учет работы трансмиссии с блокированной межосевой и межколесной связью.

4. Экспериментально-теоретическими исследованиями установлено, что при обладании колесными машинами проходимостью в заданных условиях их эффективность может быть различной.

Объекты исследований.

На разных этапах работы в качестве объектов экспериментальных исследования использовались машины с колесной формулой 4x4 повышенной проходимости (УАЗ-Э962), транспортные средства многоцелевого назначения (ВГЖ-233114 Тигр-М, ГАЗ-29651 «Каратель»), а также транспортные средства на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления (ВТС «Тритон», «Викинг»-2992).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Из теоретических разработок: алгоритм учета неравномерности распределения давлений в контакте шины с опорной поверхностью при расчете силы сопротивления от смятия снега.

2. Из научно-методических разработок: методика выбора конструкционных параметров движителей, обеспечивающих эффективность колесных машин при движении по снегу, с использованием результатов детального экспериментального анализа процессов их взаимодействия с опорной поверхностью.

3. Из научно-технических разработок: обоснованные по результатам исследований рекомендации по выбору параметров (по конструкции) движителей с целью повышения эффективности движения колесных машин по снегу.

ш

Практическая значимость.® Разработанные методики позволяют осуществить обоснованный выбор конструкционных параметров движителей, обеспечивающих повышение эффективности существующих и вновь создаваемых колесных машин при движении в условиях заснеженной местности.

Реализация работы. Результаты экспериментально-теоретических исследований по теме диссертации внедрены: в НИР по государственному контракту № 16.516.11.6023 от 21.04.2011 «Создание экспериментального образца специального транспортного средства северного исполнения на шинах сверх-низкого давления для работы на слабонесущих опорных поверхностях»; НИР по государственному контракту № 14.740.11.0972 от 05.05.2011 «Разработка методики оценки и обоснование путей повышения энергоэффективности транспортных средств на пневмоколесных движителях сверхнизкого давления при движении по опорным поверхностям с низкой несущей способностью»; НИР по государственному контракту П2561 от 25.11.2009 «Создание энергоэффективных движителей транспортных средств на основе анализа процесса их взаимодействия с опорной поверхностью в различных дорожных условиях и на бездорожье»; НИР по государственному контракту П2094 от 03.11.2009 «Разработка теоретических основ процессов взаимодействия движителей транспортных средств с опорной поверхностью и оценка энергоэффективности движителей в условиях бездорожья»; НИЛ «Транспортных машин и транспортно-технологических комплексов»; ЗАО «Завод вездеходных машин»; учебный процесс кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ им. P.E. Алексеева. Результаты работы вошли в научно-учебную коллективную монографию «Моделирование движения автомобилей в Matlab/Simulink», изданную в 2012 году.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на: научно-технических семинарах кафедры «Автомобили и тракторы» (Н.Новгород, НГТУ им. P.E. Алексеева, 2011 - 2012 гг.); на 71-й международной научно-технической конференции

и

ААИ «Безопасность транспортных средств в эксплуатации» (НГТУ -Н.Новгород, 2010); на 79-й международной научно-технической конференции ААИ «Безопасность транспортных средств в эксплуатации» (НГТУ -Н.Новгород, 2012); на 8-11-й международных молодежных научно-технических конференциях «Будущее технической науки» (Н.Новгород, НГТУ им. P.E. Алексеева, 2008-2011 гг.); на всероссийской молодежной научно-технической конференции «Авто-НН-2009»; на 13-14-й нижегородских сессиях молодых ученых (Н.Новгород, 2008 - 2009 гг.); на IX Всероссийской научно-технической конференции УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2011); на X Международной научно-технической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса» (УГЛТУ, 2012).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 20 научно-технических публикаций, в том числе 6 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из четырех глав, общих выводов, приложения, изложена на 218 страницах текста, содержит 137 рисунков, 21 таблицу, список использованных источников, включающий 205 наименований.

Глава 1. Обзор ранее выполненных исследований и

постановка задач

Исследованиям процессов взаимодействия движителя с деформируемым опорным основанием, в том числе и со снегом было посвящено множество работ. Особенно следует отметить работы, которые выполнили отечественные ученые: Агейкин Я.С. [1, 2], Аксенов П.В. [7], Антонов A.C. [4, 6], Антонов Д.А. [5], Бабков В.Ф. [9], Безбородова Б.Г., Белоусов Б.Н., Бируля А.К.[10], Бочаров Н.Ф.[52, 143], Брянский Ю.А., Бухарин Н.А.[121], Вирабов Р.В., Водяник И.И.[24], Вольская Н.С.[26, 27], Горячкин В.П., Гришкевич А.И., Гуськов В.В., Добромиров В.Н., Забавников Н.А.[42], Зимелев Г.В., Кацыгин В.В., Келдыш М.В., Кемурджиан Л.А.[34, 109, 111, 112], Кнороз В.И.[50,122], Колесников К.С., Кошарный Н.Ф., Крагельский И.В., Крживицкий А.А.[58, 59], Кристи М.К.[47], Ксеневич И.П., Кутьков Г.М., Ларин В.В.[65, 66], Летошнев М.Н.[68], Литвинов A.C.[69, 70], Ляско М.И., Медведков В.И., Наумов В.Щ103, 104], Петрушов В.А.[110], Пирковский Ю.В., Платонов В.Ф.[31, 113], Полетаев

A.Ф.[115], Полунгян А.А.[52, 116-120], Саакян С.С., Семенов В.М.[130, 143], Скотников В.А.[131], Смирнов Г.А.[132], Софиян А.П., Степанов А.П., Троицкая М.Н., Ульянов Н.А.[145, 146], Фаробин Я.Е.[70, 148], Фалькевич Б.С.[147], Хачатуров A.A., Чистов М.П., Чудаков Е.А.[150], Шуклин С.А.[110], Шухман С.Б.[140], Яценко H.H. и многие другие.

Среди зарубежных ученых наиболее известны: М.Г. Беккер [15, 155], Дж. Вонг[28, 156, 161, 162], Г. Крик, А.Риис[158], А.Солтынский[159, 160], Р.Янг.

Значительный вклад в области исследований процессов передвижения транспортных средств высокой проходимости, а также процессов взаимодействия движителей со снегом внесли ученые и исследователи «Нижегородской научной школы»: Аникин A.A. [8], Барахтанов Л.В. [12, 13, 14, 134], Беляков В.В. [3, 13, 14, 16, 17, 22, 78-93], Веселовский М.В., Донато И.О. [3, 37-39], Кравец

B.Н. [13], Куляшов А.П. [22, 33 , 62, 63, 134], Малыгин В.А. [95], Молев Ю.И.

[100], Николаев Н.Ф., Панов В.И. [108], Рукавишников C.B. [127, 128], Талан-това З.И., Шапкин В.А. [151] и их ученики.

Изучению физико-механических свойств опорных поверхностей, необходимых для создания математических моделей взаимодействия машины со средой, определения тягово-сцепных свойств и проходимости машины в целом, уделялось большой внимание во многих работах. Физико-механические свойства грунтов хорошо изучены с точки зрения оценки тягово-сцепных качеств и проходимости вездеходных транспортно-технологических средств. Опубликовано большое количество работ по характеристикам грунтов с низкой несущей способностью, особенно по сопротивлению сжатию. Полученные зависимости нагрузка-осадка и сопротивление сдвигу позволяют описать различные модели опорных оснований, в том числе и снег.

1.1. Модели опорных оснований

Необходимо отметить множество зависимостей предлагаемых исследователями для описания модели деформируемости грунта. В таблице 1.1 представлены некоторые из них.

Таблица 1.1. Зависимость погружения штампа от нагрузки [16, 22]

№ Расчетная зависимость Принятые значения Автор

1. _ ZEPsK 2Ehr + TzabJQlps ^ д) Е - модуль деформации; р5 - несущая способность; К - деформация грунта; Ь - ширина штампа; J - коэффициент, учитывающий соотношение длины и ширины штампа; а, - параметры грунта. Я.С.Агейкин [1]

2. , Лл Q{ I i О h = Н 1 — —--н-+ ...Н-- L h [Q, Q2 Qj (1.2) Н - высота снежного покрова; Qo - начальная плотность снега; Ql - послойная плотность сжатого снега. А.С.Антонов [4]

3.

Для случая текучести:

А =—

Вп

1-^1 V В у

Для случая уплотнения:

Р2ту

(1.3)

V

р = ~г

I В

к

к2

(1.4)

т У

В - ширина штампа; В0 - характерная ширина; рт, Ит - постоянные интегрирования к0 - характеристика, выраженная через коэффициент линейного изменения соответствующей переменной (к или р).

А. Ассур [154]

Р = Ро+Сг

(1.5)

р0 - начальное сопротивление;

С2 - константа грунта.

В.Ф.Бабков

[7]

5.

Я = {ске+увкЛ^\ (1 + с„-к'т)

(1.6)

с - сцепление; у - объемный вес грунта; к - деформация грунта; в - ширина штампа; к' - скорость внедрения штампа в грунт; кс, к9, сп, т - эмпирические коэффициенты._

А.Ф.Батанов, Н.А.Забав-ников,

A.В.Мирошн и-ченко,

B.Н.Наумов [123]

6. Р = И"

(1.7)

Ъ - ширина штампа; ку, кс - модули трения и сцепления, соответственно;

п - константа, зависящая от грунта._

М.Беккер [15]

7.

= с4к

(1.8)

к - погружение; с - константа грунта.

Р.Бернштейн [40]

8.

(1-9)

к - погружение; Ь - ширина штампа; И - диаметр; с - коэффициент осадки; (I - характеристика свойств грунта_

А.К.Бируля [18]

г = г„

с м

1 - ехр ~ Р

КР» )

(1.10)

р - давление; г - осадка;

г*, Рм> ~ параметры грунта, величина которых определяется экспериментально.

Д.Вонг, М.Гарбер, Д.Престон-Томас [162]

10. р = С-к (1.11) С - коэффициент постели; к - погружение штампа. Э.Винклер, Н.И.Фусс [59]

11. р = 2 (ИХ : "77 (1-12) \сН ) Н - высота снежного покрова; в,с, п - коэффициенты, определяемые опытным путем. ГГИ [59]

12. к = 4 9р , (1.13) V 4Ь2ИС2 ; В - ширина колеса; £) - диаметр колеса; С - сопротивление грунта вдавливанию. Герстнер [59]

13. Г{ к = ^•П-^'+^о-^-Я4 с) (1.14) У8 - объемный вес грунта; У0 - скорость деформирования грунта; У„ - скорость распространения пластической деформации; с - опытный коэффициент. Гуэнь-Ди-Хуа [19]

14. СП , Р = — (1.15) с - эмпирический коэффициент; £> - диаметр. К.Е. Егоров [12]

15. р = (К + КуГ)к" (1.16) К, Ку - опытные коэффициенты. Е.В. Иванов [25]

16. р = (с + с^г)-г (1.17) С, С„ - коэффициенты пропорциональности; 2 - погружение. А.Ю. Ишлинский [45]

17. Р = Р5+[^ + Ку (1-18) кс, ц - эмпирические коэффициенты; ръ - начальное сопротивление. Л. Карафанз [25]

18. И = Д (1.19) V А к, А - коэффициенты, определяемые опытным путем. Д.К. Карельских, М.Н.Кристи [47]

19. р^р^И^.И (1.20) Ро к — погружение; к0 - коэффициент объем-| ного сжатия. В.В. Кацыгин [99]

20. P = (p0+CV0)tzK°+m^h Po +cVo (1.21) С, т - опытные коэффициенты; У0 - скорость вертикальной деформации. В.В.Кацыгин Е.С.Мельников [99]

21. P = Npgf> + N2pg-h (1.22) р - плотность грунтов; g - ускорение силы тяжести; N1, N2 - опытные коэффициенты. А.Л. Кемурджиан [112]

22. (1.23) 2 • 2c\]R • 6 • ß Р - константа; с - коэффициент пропорциональности; Я - радиус колеса; Ь - ширина колеса. A.C. Кондратьева, А.Ю. Ишлинский [461

23. г M /> = />„ 1-е' (1.24) v J Ро - несущая способность грунта; Ь - константа; к - погружение. С.С. Корчунов [131]

24. р={к+кв<ту о-25) кс, т, \х. - параметры грунта, определяемые экспериментально; В - ширина штампа. Н.Ф. Кошарный [46]

25. ¿> = c-/z" (1.26) с; п - константы грунта; к - глубина погружения. М.Н. Летошнев, В.П. Горячкин [25]

26. P = -тл (L27> Е - модуль деформации; О, - коэффициент, учитывающий форму штампа; Р - площадь штампа; ц - коэффициент Пуассона. М.Н. Летошнев Н.Н.Иванов [29]

27. h = ^ + k2 (1-28) P Р - давление; к!, к2 - эмпирические коэффициенты. А.П. Маевский [71]

28. p = xlb + x2+xJh (1.29) Ь - ширина штампа; хь х2, х3 - эмпирические коэффициенты. H.H. Маслов [98]

29. h = - q r i Ï ) \ max / (1.30) tf + y q - давление; у - коэффициенты начальной жесткости снега; ктах - предельное погружение. В.А. Малыгин [95]

30. Ро 7 - погружение; с - константа грунта. В.И. Новочихин [106]

31. P=l,n(l-S)bL (L32) Е - модуль деформации; Ъ - ширина штампа; |х - коэффициент. Ф.А.Опейко, А.Г.Гинзбург [571

32. p = Г 1 T1 C, + 4(C2C3)2 • D"1 + 8C3 • D"2 -h (1.33) Си С2, С3 - параметры грунта; £) - диаметр. Пастернак [96]

33. + (1-34) С (Ps~ P)Po Ро - давление, соответствующее начальной пл