автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка методов уточненной оценки давления пневмоемкостного движетеля на почву

г~ Г\ л

^ 3

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА. ТРУДСВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИМ)

На правах рукописи

ШУБНИКОВ Авдрей Геннадьевич

УДК 631.3.02.5:531.5

РАЗРАБОТКА МЕТОДА УТОЧНЕННОЙ ОЦЕНКИ ДАВЛЕНИЯ ПНЕВМСК ОЛЕСНОГО ДВИЖИТЕЛЯ НА ПОЧВУ

05.20.01 - Механизация сельского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в лаборатории минимизации воздействия ходовых систем на почву Всесоюзного научно-исследовательского института механизации сельского хозяйства (ВИМ).

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник

РУСАНСВ В.А.

- доктор технических наук, заслуженный изобретатель БССР, профессор БОЙКОВ В.П.

- кандидат технических наук, доцент СЕНКЕВИЧ П.Н.

- научно-исследовательский институт крупногабаритных шин (НИИ КГШ), г. Днепропетровск

Защита состоится "/О " 1992 года в часов

на заседании специализированного совета Д.020.02.01 по адресу: 109428, г.Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5, ВИМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан "4-О"

1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат технических наук Л.В.Мамедова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

^^" Актуальность темы. Проблема воздействия движителей сельско-¡сбровдйб^венной техники на почву в нашей стране начала приобретать возрастающую актуальность с 60-ых годов, когда были созданы колесные тракторы с высокой нагрузкой на единичный движитель. В дальнейшем более тяжелые типы техники были созданы и в классах технологических и транспортных машин. Увеличение размеров создаваемых шин не решило проблемы, поскольку было неадекватным росту нагрузок, в связи с чем возросло давление на почву указанных шшин и напряжения, возникающие во всех и особенно в подпахотных ее слоях. Как установлено многочисленными исследованиями, выполненными в нашей стране и в ряде стран с высокоразвитым сельским хозяйством, это приводит к снижению не только эффективного, но и потенциального плодородия почвы, а для полного восстановления ее характеристик требуется 2...3 года и более даже при использовании интенсивной обработки.

В последние годы работами ВИМ, НИИ КШ и других институтов показано, что для существующей техники возюжно создание шин, обеспечивающих допустимое воздействие ее на почву, однако это требует создания улучшенных средств оценки таких шин и, в частности, уточненных методов и средств определения их давления на почву.

Целью работы является разработка метода уточненной оценки давления пневмоколесного движителя на почву с контролируемой и поддающейся минимизации погрешностью.

Объекты исследований - измерительная система "датчик давления - протектор пневмоколеса - опорное основание" и ряд пнев-мошин сельскохозяйственного назначения различных конструкций и типоразмеров.

Методика исследований включала:

- теоретическое исследование функции распределения давления в контакте пневмоколес с опорным основанием с установлением компонент погрешности ее экспериментального выявления;

- теоретическое исследование процесса качения колеса по упруго-пластичному опорному основанию и получение зависимостей, позволяющих оценить площадь, размеры и форму поверхности контакта;

- экспериментальные исследования работа датчиков контакт— ного давления с различными характеристиками, устанавливаемыми

в протектор пневмоколеса;

- экспериментальные исследования по установлению характеристик распределения давления пневмошин различных типов на опорные основания с различными дефорштивными свойствами.

Научную новизну представляют теоретически обоснованные рекомендации по выбору параметров датчиков, определению обобщенной ошибки измерения давления в контакте пнёвмоколес с опорным основанием и ее минимизации, а также полученные уточненные аналитические зависимости, позволяющие оценить площадь, размеры и форму поверхности контакта пневмоколес с опорным основанием расчетным.путем.

Птактическую ценность имеют:

- предложенная конструкция датчика контактного давления с деформируемым элементом, обеспечивающего, по сравнению с применением известных типов датчиков, существенное уменьшение погрешности измерения давления в контакте пневмэколес с опорным основанием;

- методика измерения давления пневмоколес на различные опорные основания с контролируемой погрешностью;

- результаты экспериментального определения коэффициентов неравномерности распределения давления на почву различных групп пневмошин, которые могут быть использованы при расчетном определении давления, в частности, по ГОСТ 26953-86;

- рекомендации, использованные при создании опытных образцов шин для трактора Т-15СК и тракторного прицепа 2ПТС-4, обеспечивающих снижение давления на почву этих объектов до допустимого уровня и существенное улучшение их эксплуатационных показателей.

Апробация результатов исследований. Основные, результаты исследований доложены на Всесоюзной конференции "Современные проблемы земледельческой механики" 20...22.06.89 г.Мелитополь, на Всесоюзной научно-практической конференции специалистов по проблеме воздействия ходовых систем на почву 14...15.11.89 ВИМ, Москва и на совещании специалистов Шведской Королевской сельскохозяйственной академии, сентябрь 1990, г.Упсала.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы

■> /

в 4 печатных работах, на конструкцию датчика контактного давления, особенности которой явились предметом изобретения, получено положительное решение патентной экспертизы (А.З. № 4915836/10/ /019488 от 04.03.91).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и содержит 166 страниц шшинописного текста, 14 таблиц и 33 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ критериев оценки негативного воздействия ходовых систем сельскохозяйственной техники на почву и существующих методов определения давления в контакте пневмоколес с опорным основанием, который показал, что для оценки происходящих в почве под воздействием движителей машин изменений необходимо знать величины шксимального и среднего давлений на почву движителей, а также площадь и размеры поверхности их контакта с почвой, установленные расчетным путем или экспериментально.

На основе анализа различных моделей, описывающих взаимодействия колес с опорным основанием, установлено, что в настоящее время не имеется достаточных предпосылок для выявления общих закономерностей распределения давления по поверхности контакта пневмоколеса с почвой (упруго-вязко-швстической средой), а существующие расчетные методы оперируют фиксированным соотношением максимального и среднего контактных давлений, либо этот показатель не используют, что не стимулирует разработку и применение шин с более равномерным распределением давления на основание. Другим их недостатком является аппроксишция пневмоколеса либо цилиндром, либо тором, в связи с чем в общем случае точность расчетного определения давления снижается.

Экспериментальное определение давления пневмоколес на опорное основание при псмощи установленных в шину датчиков является технически сложной задачей и всегда сопровождается погрешностью, обусловленной различием дефорштивных характеристик измерительного элемента и материала протектора шины, в связи с чем измеренные значения контактного давления в конкретных случаях в 2 и более раз отличаются от фактических.

Существующие экспериментальные методы не предусматривают

контроля погрешности, с которой определяется давление колеса на опорное основание, и путей ее минимизации. Установленные с их помощью показатели, характеризующие распределение контактного давления, в ряде случаев определяются по' различным алгоритмам и имеют существенно различные значения. По этой причине суждения об уровне давления пневмоколес на почву в конкретных сдучаях являются некорректными.

С учетом поставленной цели исследования и на основании проведенного анализа методов определения давления пневмоколес на опорное основание сформулированы следующие задачи исследования:

- теоретически обосновать рекомендации по выбору параметров датчиков и определению погрешности измерения давления в контакте пневмоколес с различными опорными основаниями и ее минимизации;

- получить аналитические уточненные зависимости, позволяющие оценить площадь, размеры и форму поверхности контакта пневмоколес с опорным основанием расчетным путем;

- провести экспериментальное исследование системы "датчик -протектор пневмоколеса - опорное основание" и разработать рекомендации на создание датчика контактного давления с минишль-ной погрешностью измерения;

- выполнить экспериментальные исследования по выявлению распределения давления на опорное основание пневмошин различных типов для проверки полученных аналитических зависимостей и сформировать базу данных о величинах коэффициентов неравномерности распределения давления, используемых при расчетной оценке контактного давления.

Во второй главе выполнено теоретическое обоснование основных положений метода уточненной оценки давления пневмоколес-ного движителя на почву и теоретическое исследование взаимодействия колес с упруго-пластическим опорным основанием.

Уточненное значение шксишльного давления колеса на основание вычисляется по формуле

где И - коэффициент неравномерности распределения давления, определяемый как отношение юксимального к среднему измеренных на поверхности контакта давлений;

и - соответственно действующая на колесо вертикальная нагрузка и плодадь контакта.

По показаниям установленных на шину датчиков на основании соблюдения условия силового равновесия на поверхности контакта определяется относительная обобщенная ошибка, показывающая как в среднем измеренное давление отличается от действительного и равная

I/ - ч?

*—¿Г'

где - расчетная нагрузка на колесо, равная сумме вертикальных компонент контактного напряжения на поверхности контакта.

При аппроксишции зависимости измеренного установленными в грунтозацеп шины датчиками давления от действительного

контактного давления полиномом второй степени С^иьм. =

= + получена зависимость погрешности экспери -

ментального установления коэффициента неравномерности распределения давления от величины обобщенной ошибки измерения

Как показали результаты экспериментальных исследований, величина коэффициента й./ для датчиков контактного давления с различными характеристиками может быть принята равной 1,05.

При исследовании различных теоретических законов распределения контактного давления получена зависимость погрешности экспериментального установления площади поверхности контакта • колеса с основанием от количества установленных в шину

и контактирующих с основанием датчиков ТЬ

где I - номер датчика.

Из формулы (2) следует, что площадь контакта колеса с основанием будет определена с погрешностью не выше 1,6/2, если с опорным основанием контактирует не менее шести установленных в шину датчиков.

Для определения по показаниям установленных только в грун-тозацепы шины датчиков расчетной нагрузки на колесо , пло-дадя контакта колеса с основанием , коэффициентов продольной и поперечной неравномерности распределения давления, отношения давления, действующего под грунтозацепами, к контурному, (соответствующего гладкой протекторной поверхности), макситль-ного и максимального осредненного по ширине следа колеса (соответствующего Цк по ГОСТ 26953-86) давлений предложен соответствующий алгоритм.

Для расчетной оценки площади контакта колеса с упруго-пластическим основанием использована расчетная схема, в которой колесо имеет форму усеченного двояковыпуклого тела вращения, усеченного двумя плоскостями, перпендикулярными его оси и расположенными симметрично относительно диаметрального сечения (рис.1) Общая дефоршция основания содержит в себе упругую компоненту «^упр . Пятно контакта при этом в общем случае ограничено двумя усеченными полуэллипсами, которые могут быть заменены одним усеченным эллипсом, так как габариты и площадь пятна контакта от этого не меняется. В частных случаях пятно контакта может приништь форму прямоугольника или эллипса.

Отличие от существующих расчетных схем заключается в том, что для определения размеров контактной поверхности используется не дефоршция профиля пневмоколеса или полная его деформация, а дефоршция протекторной поверхности в зоне контакта с основанием £ ■ , которая связана с указанными размерами чисто геометрически.

Для количественной оценки поперечной кривизны цротектора колеса без измерения ее радиуса по результатам статических испытаний шин введен коэффициент % , показывающий во сколько раз площадь контакта меньше площади прямоугольника со сторонами, равными длине пятна контакта £ и ширине, протектора колеса Ау> , и равный 2 = />£.

£>пр. * может быть назван коэффициентом использования ширины протектора колеса.

Площадь контакта колеса с упруго-пластическим основанием вычисляется по формуле

Г =4 ^ ^(ию+р+^с), (3)

а

Рис. I. Расчетная схема для оценки площади контакта

колеса с упруго-пластическим опорным основанием

где Рж и -Я*-.- площадь контакта и коэффициент использования

ширины протектора колеса на жестком опорном основании, определяемые при статических испытаниях шины;

- остаточная вертикальная деформация опорного основания (-глубина следа колеса); отнопйние упругой к остаточной компонент дефор-

' - ¿упр.

боем. мации основания, которое по результатам экспериментальных исследований может быть принято равным £ = 0,04 и 0 соответственно для сред-несуглинистой и супесчаной почв.

Коэффициент использования ширины протектора колеса на деформируемом основании определяется по зависимости

Л = гЧ^г , •

у +

Величина позволяет судить о форме и размерах пятна конта'кта. Так при = I это будет прямоугольник, при Щ< <У\< У - усеченный.эллипс, при ^ - эллипс с шириной, равной Ьпр.'У\ • . Ширина пятна контакта в двух первых случаях равна ширине протектора, длина пятна контакта во всех случаях равна г = ^^ •

Если же статические испытания шины не проводятся, то при известной величине радиуса поперечной кривизны протектора^/' коэффициент использования ширины протектора колеса на жестком основании может быть установлен расчетным путем по зависимости

С использованием линейной модели Винклера, устанавливающей зависимость между давлением С^- , деформацией тела £ и его жесткостью С = Яг/% . на основании формулы (3) получена другая зависимость для вычисления площади контакта:

где Сщ. - жесткость пневмоколеса; С0 и-Супр жесткости опорного основания соответственно при общей и упругой его дефоршции, устанавливаемые при штамповых испытаниях. Аналогичная зависимость может быть получена при использовании не модели Винклера, а описывающей осадку штампа формулы

теории упругости. В этом случае в формуле (4) вместо отношения жесткости колеса и основания будут присутствовать обратные отношения соответствующих модулей дефоршции.

Результаты экспериментальной проверки показали приемлемость полученных зависимостей для оценки площади контакта пневмоколес с основанием. Среднее значение относительной по-

грешности расчетного определения площади контакта пневмоколес различных конструкций и типоразмеров с почвой по формуле (3) составило 4,08% при величине стандартного отклонения 3 = 3,57%. А при использовании формулы (4) и результатов штамповых испытаний почвы среднее значение погрешности получено равным 6,77%, а величина стандартного отклонения 3 = 4,89%.

В третьей главе приведены методика и результаты экспериментальных исследований единичных датчиков контактного давления с различными характеристиками,, устанавливаемых в грунтозацеп шины, а также программа, методические особенности и результаты исследования пневмошин различных«-конструкций и типоразмеров при их качении по опорным основаниям с различными исходными дефор-мативными свойствами с выявлением площадей их контакта с основанием, коэффициентов неравномерности распределения давления и энергетических показателей.

Изучение работы датчиков осуществлялось при их установке в резиновый штамп плоирдью 28 сиг, изготовленный из грунтозаце-па шины 28,1/? 26.

Для измерения контактного давления пневмэколес наиболее часто используют металлические мембранные датчики с тензорезисто-рами. Зависимость показаний такого датчика от величины действительного давления штампа на основание (рис. 2 а) получена нелинейной. При контакте с почвой измеренное давление в стадиях на-гружения и разгружения штампа существенно не совпадает. На жестком основании зависимость измеренного датчиком давления от действительного аппроксимирована полиномом второй степени = = + 0,0011 С^. (кривая № 4). Величина относительной ошибки измерения при величине действительного давления 500 кПа превышет 100% (А= I), а вычисленная по формуле (I) погрешность экспериментального установления коэффициента неравномерности распределения давления составляет 0,31 или 31%.

Таким образом, при использовании для измерения контактного давления пневмоколес мембранных датчиков обычной конструкции может происходить искажение не только величины, но и характера распределения давления по поверхности контакта. Установление действительного значения давления в этом случае проблематично.

Для уменьшения погрешности измерения предлагается использовать конструкцию датчика контактного давления с деформируе-

Рис. 2. Зависимость давления, измеренного а- датчиком обычной конструкции и б- датчиком с деформируемым элементом от действительного давления резинового штампа:

1 - на жёсткое основание;

2 - на почву в стации нагружения штампа;

3 - на почву в стадии разгружения штампа;

4 - апроксимация показаний датчика полиномом

второй степени.

мым элементом (рис. 3), обеспечивающую приведение линейной жесткости датчика в соответствие-с жесткостью материала протектора колеса. Деформируемый элемент I изготовлен из материала, сходного по своим дефорштивным свойствам с штериалом протектора колеса, или более эластичного. Для.уменьшения жесткости в нем выполнены отверстия (сечение А-А). Параметры датчика, при которых обеспечивается указанное соответствие, с использованием схемы одноосного сжатия устанавливаются по зависимости

а _ i Яо Е

/Г' ~Е '

где Л о и Д - площади поперечного сечения деформируемого 0 элемента и датчика соответственно;

По и л _ высоты деформируемого элемента и датчика;

£0 и £ - модули упругости штершлов деформируемого элемента и протектора колеса.

Результаты измерения давления резинового штампа датчиком с деформируемш элементом (рис. 2 б) показали, что он имеет более предпочтительную характеристику перед датчиком обычной конструкции. Так, юксишльное различие измеренных в стадиях на-гружения и разгружения штампа давлений уменьшено более чем в 4 раза, показания датчика на жестком основании и почве практически совпадают, относительная ошибка измерения давления составляет в среднем 10...12%. При аппроксимации показаний датчика полиномом J,05¿^ -ь 0,000$Cj^ , рассчитанная по формуле (I) погрешность экспериментального установления коэффициента неравномерности распределения контактного давления равна З..А%, что в 8...10 раз меньше, чем при использовании датчика обычной конструкции.

Для оценки погрешности определения давления колеса на основание, связанной с неточностью установки датчиков в протектор шин, выполнены измерения давления резинового штампа на опорное основание датчиком с деформируемым элементом с различным его выступанием и заглублением относительно опорной поверхности штампа.

Как показали результаты измерений, точность установки датчика в пределах +0,25 мм является удовлетворительной, а показания датчика при контакте штампа с почвой в этом случае несущественно отличаются от полученных при точной установке датчи-

{

А-А

Рис. 3. Устройство датчика контактного ДАВДеНИЯ с деформируемым элементом:

I- деформируемый элемент; 2- измерительная мембранл; 3- корпус датчика; 4- жёсткая пластина; 5- тензоре-зистор; 6- протектор шины.

ка. Указанная точность может быть обеспечена путем только лишь визуального контроля.

Целью экспериментальных исследований шин была проверка полученных зависимостей для расчетной оценки площади контакта колес с опорным основанием и создание базы данных о величинах коэффициентов неравномерности распределения давления на почву пневмошин различных типов с возможностью дальнейшего использования при расчетной оценке давления, а также определение энергетических показателей шин.

Исследование одиночных шин проводилось в полевых условиях с использованием универсальной установки применительно к следующим видам базовых (серийных) и перспективных шин и мобильным объектам:

- трактор Т-150К с шинами 21,ЗЙ 24 (базовая) 66x43.00-25 ф.Гудьир, США и 66x43.00-25 ф. ЛИМ, Австрия;

- тракторный прицеп 2ПТС-4 с шинами 9.00-16 (базовая), 16,5/70-18, 16,51- 18. (макетная);

- корнеуборочная машина РКМ - 6 с шинами 21,34 24 (базовая) и 28ЬЯ 26;

- трактор К-701 с шинами 28,1Я26 (базовая).

Кроме того, по вариантам объектов Т-150К и 2ПТС-4 исследовались опытные шины 66x4325 и 16,5118 соответственно, изготовленные с использованием разработанных в рамках шстоящей работы рекомендаций.

Для расширения диапазона соотношения габаритов дневмоколе-са в программу были вклотены исследования узкопрофильной шины 9,5-42.

Распределение давления устанавливалось при качении пневмо-колес по бетону, песку и почве, которой придавалось 3 исходных состояния с различной деформируемостью.

Исследования проводились также с шиной трактора МТЗ-80 9.00-20 в почвенном кашле ВИМ, где характеристики почвенного опорного основания варьировались в более широком диапазоне.

При выполнении статических испытаний пневмоколес величина дефоршции протектора шин в зоне контакта с основанием У , определяющая размеры пятна контакта, у всех шин подучена меньше вертикальной дефоршции профиля . Установлено, что отно-

шение У/л^г зависит от отношения диаметра шины к ши-

рине профиля Ьо (рис. 4). Для расчетного определения дефор-

мации протектора шин в зоне контакта с основанием могут быть рекомендованы следующие соотношения:

/АЬ=0,г794/Ьф-0,/05 при = ¿,5 ,

У&кг^шбЯа/е+о.Ш при = 6'5-

*Ак

Уй 0,7 0,6 0,5 0,4 0,5 0,1

8 «^о

У"» и

ДГ5

у

1/

ш

Рис. 4. Зависимость отношения деформации протектора в зоне контакта к деформации профиля шины от отношения габаритов шин

Максимальные значения относительной деформации профиля шин (соответствующие их работе * полевых условиях) находились в диапазонах 15...18 и 12,5 155? соответственно для серийных шин сверхнизкого, низкого и

высокого давления. ,„„ОЛ1В

При качении пневмошин ^зличных типов установлены качественные различия в характере распределения их давления на осно-

ВЙ НИ б

При качении высоко эластичных широкопрсфильных шин с малым внутришинным давлением Р»> по жесткому основанию наблкдалась

значительная концентрация давления под краевыми зонами протектора. Так, у шины 66x43.00-25 ф. ЛИМ давление на жесткое основание в зоне установки датчика № I (рис. 5 а) более чем в 6 раз превосходит давление, днйствующее в центре поверхности контакта (датчик №5). Характер продольного распределения давления близок к пора-болическому под краями беговой поверхности и седлообразный в центре. При качении по почве (поле, подготовленное под посев) поперечная неравномерность распределения давления получена существенно меньшей, чем при качении по жесткому основанию, а характер продольного распределения являлся трапецеидальным (рис. 5 б).

При увеличении внутришинного давления у высокоэластичных шин концентрация давления на жесткое основание под краевыми зонами протектора снюгадась, а характер продольного распределения давления на почву начинал приближаться к пораболическому.

У более жестких шин наблюдалась концентрация давления на жесткое основание под центром беговой поверхности (рис. 6), а характер продольного распределения получен пораболическим на всех типах опорного основания.

Величина коэффициента продольной неравномерности распределения давления на почву, соответствующего /<2 по ГОСТ 26953-86, при нагрузках и внутришинных давлениях воздуха, рекомендуемых изготовителями для работы указанных мобильных объектов в полевых условиях, составила:

- у шин сверхнизкого давления ( Д/ 80 кПа) А2 = 1,37...

1,42;

- у шин низкого давления ( гЬ = 80...140 кПа) = 1,37...

1,48;

- у шин высокого давления ( К/ > -140 кПа) Аг = 1,42...1,55;

- у новых высок о эластичных шин 16,51.18 и 28ЬЙ26, разработанных НИИ КГШ, И2 = 1,25...1,36.

Величина коэффициента поперечной неравномерности распределения давления в большей степени была подвержена влиянию неравно-мерностей рельефа опорной поверхности и при качении всех шин по почве подучена равной А3 = 1,1...1,3.

Обобщенная ошибка измерения давления во всех опытах не превышала 10$ ( А^ ^ 0,1) и, таким образом, в соответствии с зависимостью (I) погрешность экспериментального определения коэффициентов неравномерности распределения давления пневмэколес на опорное основание составила ¿^ = 0,03 или 3$.

го

800 700\

600 500

т-

300-¿00 № \ О

Продольное распределение давления на основание в различных зонах протектора под грунтозацепами шины 66x43.00-25 ф. ЛИМ при <%= 25,8 кН и Рь, = 45 кПа

Направление качения

5 з

а) б)

Рис. 5.

а- при качении по бетону; б- при качении по йочве; 1...5 - номера датчиков по порядку от края до центра беговой поверхности .

а- цри качении по бетну; б- при качении по почве; 1...3 - номера датчиков по порядку от края до центра беговой поверхности.

Анализ показателя С-г , равного отношению давления под грунтозацепами к контурному давлению шин на основание, показал, что качение по полю, подготовленное под посев, шин 66x43.00-25 ф. ЛИМ и ф. Гудьир, имеющих близкие значения контурного давления ш почву, показатель ¿г подучен равным соответственно 2,87 и 3,8, то есть действительное максимальное давление на почву у второй шины получено на 23% большим. Причиной этого является больпвя высота грунтозацепов и меньший коэффициент заполнения рисунка протектора у шины ф. Гудьир, 46 мм против 32 мм и 0,22 против 0,28 соответственно.

Энергетические показатели шин определялись при качении их по бетону и среднесуглинистой дерново-подзолистой почве с влажностью и твердостью в слое 0...20 см, равными соответственно 22$ и 680 кПа, при нагрузках, соответствующих установке шин на Т-15СК и 2ПТС-4. Полученные результаты показали, что сопротивление качению по почве снижается с увеличением эластичности шин и уменьшением высоты грунтозацепов.

Коэффициент сопротивления качению по почве тракторного прицепа 2ПТС-4 при использовании шиш 16,5/70-18 вместо серийной шины 9.00-16 снижается в 1,2 раза, а опытная шина 16,51 18 позволила снизить этот показатель в 1,41 раза.

Коэффициент сопротивления качению по почве опытной шины 66х43Р-25 с высотой грунтозацепов 30 мм получен в 1,86 раза меньше, чем у серийной шины трактора Т-15СК 21,3Я 24, причем при качении по бетону он также подучен меньшим в 1,42 раза.

Определение зависимости буксования от развиваемого тягового усилия, измеряемого на оси колеса, показало, что в диапазоне тягового усилия от 5 до 10 кН буксование опытной шины 66x43К 25 с высотой грунтозацепов 30 мм на 35$ меньше, чем у шины 21,3К 24 и на.12$ меньше, чем у лучшего аналога - шины 66x43.00-25 ф. ЛШ.

Полученные данные, свидетельствующие о высоких энергетических показателях пневмошин с пониженным давлением на опорное основание, согласуются с результатами тяговых испытаний трактора Т-15СК, выполненных совместно ВИМ и СКФ ВШ на тяжелосуглинистом черноземе в Краснодарском крае и на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве в Московской области, при которых его условный тяговый КПД при использовании шин 66x43/? 25 возрос

в среднем на 17,4% на стерне и на 14,3...14,9& на поле,,подготовленном под посев. Соответственно-снизился и удельный расход топлива.

В четвертой г;вве изложена методика подготовки измерительной системы и экспериментального выявления распределения давления пневмоколес на опорное основание, а также приведены рекомендации по созданию опытных образцов шин для трактора Т-150К и тракторного прицепа 2ПТС-4, основанные на результатах измерений и расчетов.

Установлено, что шксимальное давление наиболее нагруженного переднего колеса трактора Т-15СЖ с шиной 21,3 Я 24 на почву равно 157 кДа, что превыпвет допустимый уровень по ГОСТ 26955-86 ( = = 80 кПа) в 1,96 раза, а при установке сдвоенного колеса давление на почву составляет ПО кПа, что также выше допустимого.

Расчеты показывают, что допустимое давление Т-15СК на почву может быть обеспечено при использовании шин типоразмера 66x43.00-25 с габаритами = 1650 мм и Ъ о — 1100 мм. Опытшя шина

должна иметь ширину протекторной поверхности не менее 920 мм

и цилиндрический профиль, обеспечивающий близкую к единице величину коэффициента использования ширины протектора на жестком опорном основании (не менее 0,94). Относительная деформация профиля опытной шины должна достигать 23...25%, что будет иметь место при внутришинном давлении порядка 40...50 кПа, если эта шина будет иметь такую же эластичность, как шина ф. ЛШ.

Колесо прицепа 2ПТС-4 с серийной шиной 9.00-16 при грузоподъемности.4000 кг оказывает максишльное давление на почву, равное 354 кПа, что значительно превыпвет допустимое при всех значениях влажности.

Одним из этапов создания новой шины для прицепа явювсь разработка и изготовление НИИ КГШ макетной шины 16,51-18, имеющей большую поперечную кривизну протекторной поверхности, радиус которой у = 300...304 мм, что приводит к существенному недоиспользованию ширины протектора. На жестком основании величина коэффициента^ не превышает 0,59, а при качении по почве = = 0,735 < ^ , то есть шиш не контактирует с почвой по всей ширине протектора. Вместе с тем, макетная шина обладает ценными свойствами с точки зрения снижения давления на опорное основание: она является высокоэластичной и характеризуется низкой неравномерностью распределения давления по поверхности контакта. Для

обеспечения требуемого давления было рекомендовано увеличить радиус поперечной 1фивизны протектора какетнбй шины 16,5L 18 до 600 мм.

С использованием изложенных рекомендаций НШ КГШ были разработаны и изготовлены опытные шины сверхнизкого давления 66x43R 25 с высотой грунтозацепов 0, 30, 46 мм и опытная шина низкого давления I6,5LI8.

Шина 66x43R 25 с высотой грунтозацепов 30 мм оказалась более эластичной, чем шина ф. ЛИМ и развивает деформацию профиля, равную 23%, при внутришинном давлении PL/ = 70 кПа. Максимальное давление T-I50K на почву при этом составляет 74 кПа, что ниже допустимого для всех условий работы. Разработчик допускает работу шиш в полевых условиях с Pw = 55 кПа, давление на почву при этом снижается до 64 кПа или в 2,45 раза по сравнению с серийным трактором. Снижение давления на почву относительно варианта с шиной ф. ЛИМ, имеющей равные гаоариты и даже.меньшее внутришинное давление ( Pw = 45 кПа), составляет 11%.

Опытная шина 16,5L 18 к прицепу 2ПТС-4 оказывает давление на почву, равное 117 кПа, что на 13% меньше давления макетной шины, имеющей тот же вес, гаоариты и внутришинное давление. По сравнению с серийным вариантом прицепа давление на почву снижается более чем в 3 раза, причем при увеличении нагрузки на колесо с 14,7 до 16,6 кН давление новой шины на почву составляет 141 кПа, что позволяет использовать прицеп при влажности почвы до 0,9 НВ с грузоподъемностью, увеличенной на 20%.

С учетом результатов измерения распределения давлений под шиной 66x43R 25 на жесткое и деформируемое опорные основания рекомендовано применять эту шину при внутришинных давлениях 40...140 кПа, а при движении по дорогам - 60...140 кПа с использованием шиш.66х43Я 25 в рабочем режиме T-I5CK в полевых условиях. Шиш 16,5L 18 была создана как дорожно-полевая, однако наибольший эффект по этой шине получен в поле, в связи с чем прицеп 2ПТС-4, мод. 887ДЦ, на котором установлены эти шины наиболее рационально использовать в качестве полевого.

ВЫВОДЫ

На основании теоретических и экспериментальных исследований сделаны следующие выводы.

1. Разработан алгоритм обработки показаний, устанавливаемых в пневмоколесо датчиков контактного давления, позволяющий контролировать отдельные составляющие погрешности и определить обобщенную ошибку измерения давления.

2. На основе теоретических и экспериментальных исследований установлено, что минишльная погрешность .определения давления в контакте пневмоколес с опорным основанием может быть достигнута в том случае, если зависимость показаний установленных в протектор шиш датчиков от.действительного контактного давления будет близка к линейной.

3. Предложена конструкция датчика контактного давления с деформируемым элементом, который по сравнению с датчиком обычной конструкции позволяет в 6 раз и более&меныпить погрешность экспериментального определения величины и характера распределения давления пневмоколес на опорное основание.

4. Разработаны уточненные расчетные- зависимости, дающие возможность прогнозных оценок площади, размеров и формы поверхности, контакта пневмоколес с опорными основаниями различных типов.

5. Результаты экспериментальных исследований единичных шин показали приемлемость использования предложенных зависимостей для расчетной оценки площади контакта пневмоколес с почвой, среднее значение погрешности которой составило 4,08$ при величине стандартного отклонения »§ = 3,57$, а также позволили сформировать базу данных о величинах коэффициентов неравномерности распределения давления на почву пневмошин различных типов.

6. На основе полученной с применением предлагаемого метода уточненной оценки давления пневмоколес на почву разработаны рекомендации, использованные НИИ КГШ при создании опытных образцов шин для трактора Т-15СК и тракторного прицепа 2ПТС-4, обеспечивающих снижение давления на почву этих объектов до допустимого по ГОСТ 26955-86.

7. Испытания соответствующих объектов с рекомендованными шинами показали, что условный тяговый КПД трактора Т-15СК возрастает в среднем на 16$ при таком же снижении погектарного расхода топлива, сопротивление качению в поле прицепа 2ПТС-4 уменьшается в 1,4...1,7 раза, уплотнение почвы по следам этой техники в сравнении с уплотнением по следам аналогов уменьш-

ется на 0,1...0,15 г/см3.

8. Годовой экономический эффект, определенный по цвши,'»*.-действующим до 1991 г., для T-I5CK с допустимым давлением на почву (с шинами 66x43/? 25) составляет 3177 руб. на .один трактор, а для прицепа 2ПТС-4, мод. 887БД (с шинами 16,5 L18) составляет 202 руб. на один прицеп.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Русанов В.А., Шубников Л.Г. Оценка распределения давления шин на опорное основание. - НТВ ВИМ, 1990, № 76.

2. Шубников А.Г. Расчетная оценка площади контакта пневмо-колесного движителя с почвой. - НТВ ВИМ, 1991, № 80.

3. Русанов В.А., Шубников А.Г. Обоснование конструкции и параметров датчика контактного давления с деформируемым элементом. -.НТВ ВИМ, 1991, Jf 81.

4. Русанов В.А., Искрин A.B., Килькинова Д.В., Шубников А.Г. Деформационные характеристики дерново-подзолистой и черноземной почв, определенные в приборе трехосного сжатия. - НТВ ВИМ, 1992, №83.

5. Датчик контактных напряжений. - А.З. № 4915836/10/ /019488 от 04.03.91 (положительное решение патентной экспертизы от 16.01.92).

Подписано к печати 10.02.92. Форм.бум. 60/90 I/I6 Объем 1,5 п.л. Тир. 100 экз. Зак.14

Типография ЦОПКБ ВИМ 1-й Институтский проезд,д.5 Москва, 109428