автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.05, диссертация на тему:Выбор рациональных параметров ходовой системы прицепных гусеничных торфяных машин

I.ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ХОДОВЫХ СИСТЕМ.

1.1.Экспериментальные исследования влияния параметров гусеничных машин на сопротивление движению.

1.2.Теоретические исследования процесса взаимодействия гусеничного движителя с грунтом.

1.3.Ретроспективный обзор конструкций ходовых систем прицепных гусеничных торфяных машин.

1.4.Формулировка задач исследования.

2.АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГУСЕНИЧНЫХ СИСТЕМ.

2.1.06основание модели деформации торфа.

2.2.Частный случай решения системы уравнений для конечного числа траков.

2.3.Решение системы уравнений для бесконечной гусеницы.

2.4.Принцип суперпозиции сил.

2.5.Оценка точности расчётов.

2.б.Рациональное размещение опорных катков на раме машины.

2.6.1.Индивидуальная подвеска.

2.6.2.Балансирная подвеска.

2.7.Определение минимально допустимого числа опорных катков.

3«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ГУСЕНИЧНЫХ ХОДАХ.

3.1.Структура энергетических потерь.

3.2.Вычисление работы мятия залежи траком.

3.3.Влияние количества и диаметра опорных катков на угол наклона трака к горизонту и работу мятия залежи траком.

3.4.Вычислительный эксперимент,. 78'

3.5.Анализ результатов вычислительного эксперимента.

3.6.Аналитический метод выбора рациональных параметров гусеничного хода.

4.НОМОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ХОДОВОЙ СИСТЕМЫ ГУСЕНИЧНЫХ ТОРФЯНЫХ ШИН.

4.1.Применение номограмм для вычислительных целей и научно-исследовательских работ.

4.2.Приведение уравнений к канонической форме.

4.3.Методика построения и пользования номограммой.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГУСЕНИЧНОГО ХОДА С ЗАЛЕЖЬЮ.

5.1.Исследование процесса взаимодействия трака с торфяной залежью.

5.2.Влияние расстояния между опорными катками и наг я -жения на процесс формирования нагрузок в ходовых . системах гусеничных машин.

5.3.Экспериментальная проверка методики выбора рациональных параметров гусеничного хода.

5.3.1.Оценка методики по литературным источникам.

5.3.2.Испытания гусеничного прицепа СГШ-ОП.

5.3.3.Испытания уборочного кузова ГПС-7.

ВЫВОДЫ.

Центральным Комитетом КПСС и Советом Министров СССР в последнее время были приняты ряд важных постановлений, направленных на повышение продуктивности сельского хозяйства в 1981 -85гг. Особая роль отведена торфу и сапропелю как наиболее важным источникам получения высокоэффективных органических удобрений, особенно в виде торфонавозных компостов. В соответствии с решениями ХХУ и ХХУ1 съездов КПСС доля торфа, идущего на топливо, неуклонно сокращается И. Из 200 миллионов тонн добываемого торфа в настоящее время около двух третей идёт на удовлетворение потребностей сельского хозяйства И, а в перспективе,как предусмотрено майским Пленумом КПСС (1982г.)» запланировано довести в двенадцатой пятилетке добычу торфа для приготовления компостов и на подстилку не менее чем до 170 млн. тонн в год[з].

Значительные объёмы производства торфа требуют непрерывной работы по совершенствованию процессов добычи торфа, снижению затрат на его добычу и повышению производительности труда.

Уборка добываемого торфа в подавляющем большинстве случаев производится прицепными гусеничными машинами. Их в торфяной промышленности насчитывается около 10 тысяч. Имеется также свыше трёх тысяч гусеничных прицепов-самосвалов различных конструкций. Повышение эксплуатационных качеств этих машин является актуальной задачей.

Одним из важнейших эксплуатационных качеств прицепных машин является коэффициент сопротивления движению. Его снижение приводит к повышению к.п.д. агрегата трактор-машина, экономии топлива, способствует увеличению производительности труда. Величина коэффициента сопротивления движению зависит от большого количества факторов, полный учёт которых весьма сложен. В данной работе исследуется зависимость сопротивления движению от следующих основных параметров:

1) нагрузка на каток;

2) натяжение гусеничной цепи;

3) расстояние между опорными катками;

4) диаметр опорных катков;

5) число опорных катков;

6) диаметр направляющего и натяжного колёс;

7) физико-механические свойства торфяной залежи.

Основное содержание работы соответствует одному из этапов задания 001.07.01.05 плана важнейших работ Государственного комитета Совета Министров СССР по науке и технике (тема 145).

Целью работы является аналитическое исследование процесса взаимодействия гусеничного хода с торфяной залежью, разработка методики выбора рациональных параметров хода с последующей экспериментальной проверкой.

Методика исследований. При решении систем уравнений равновесия траков использовались элементы матричной алгебры. Исследование динамических нагрузок в ходовых системах гусеничных торфяных машин выполнялось с применением теории рядов Фурье. Разработка номографического метода выбора рациональных параметров гусеничного хода базируется на представлен;;: ниях проективной геометрии. Экспериментальные работы выполня -лись с использованием безусилительных тензометрических схем и другой контрольно-измерительной аппаратуры. На всех этапах работы широко использовались ЭВМ - решение систем уравнений, статистическая обработка экспериментальных данных, проведение вычислительного эксперимента.

Научная новизна работы заключается в следующем: получено аналитическое выражение для критерия оптимизации параметров гусеничного хода; найдено общее решение система уравнений равновесия для п траков; теоретически доказано наличие определённого расстояния между опорными катками, минимизирующего динамические нагрузки, передаваемые от опорных катков на раму машины; предложены аналитический и номографический методы выбора рациональных параметров гусеничного хода.

Практическая ценность. Использование результатов работы сокращает объём предварительных исследований, необходимых при разработке технического задания на проектирование перспективных гусеничных прицепов. Предложенные методики снижают затраты на проектирование и доводку конструкции, исключая возможность принятия ошибочных решений.

Реализация результатов работы. На основании выполненных исследований разработано техническое задание на проектирование гусеничного уборочного кузова ГПС-7, предназначенного для работы на верховой залежи. Прицеп спроектирован, изготовлен и испытан, подтвердив в эксплуатационных условиях правильность данных рекомендаций.

6. ВЫВОДЫ

1. Критический анализ результатов теоретических и экспериментальных работ позволил сформулировать критерий оптимизации параметров гусеничных ходов торфяных машин. Гусеничный ход обладает минимальным сопротивлением движению при таких параметрах, при которых суммарная работа колееобразования, мятия залежи опорными катками и работа на преодоление сил трения в шарнирах минимальна.

2. Благодаря впервые выполненному аналитическому исследованию гусеничных систем в самом общем виде с учётом звенчатос-ти цепи, получено выражение критерия оптимизации как функции от параметров гусеничного хода. Это выражение содержит в качестве аргументов не только традиционно учитываемые параметры, но и ряд дополнительных (диаметр опорных катков и их количество), позволяющих глубже раскрыть механику процесса взаимодействия гусеничного хода с торфяной залежью.

3. Теоретически доказано, что траектория точки контакта опорного катка и трака является параболой. Уточнение кинематики трака позволило наметить перспективные направления работ по снижению динамических нагрузок в ходовых системах гусеничных машин.

4. Аналитически доказано и подтверждено экспериментально, что при выборе расстояния между опорными катками, равному А = (т-* динамическое воздействие их на раму машины минимально.

5. Предложенные (аналитический и номографический) методы выбора рациональных параметров гусеничного хода позволяют с минимальными затратами времени априорно оценивать эффективность конструктивных решений.

6. Для уменьшения энергозатрат на колееобразование и мятия залежи опорными катками рекомендуется снижать нагрузку на опорный каток, что достигается не только при увеличении числа опорных катков, но и опускании направляющих колёс на залежь с соответствующей их догрузкой.

7. Исследование процесса взаимодействия гусеничной машины с торфяной залежью показало, что не представляется возможным указать параметры гусеничного хода с минимальным сопротивлением движению для любых условий эксплуатации. В каждом случае они определяются в зависимости от физико-механический свойств залежи, массы машины и допустимого давления с последующим экспериментальным уточнением оптимального натяжения в обводе.

8. Методика была использована при проектировании гусеничного уборочного кузова ГПС-7, предназначенного для работы на залежи верхового типа. Результаты испытаний подтвердили пра -вильность данных рекомендаций.

9. Применение результатов работы обеспечивает суммарный экономический эффект в торфяной промышленности свыше 80 тысяч рублей.

10. Методика может быть использована при проектировании гусеничных прицепов, работающих на грунтах, для которых до -пустим принцип линейной деформируемости.

1.Основные направления экономического и социального развития СССР .на 1981-1985-гг. и на период до 1990 г.- Правда,1981,5 мая.

2. Панников В.Д.»Оленин A.C. Широкая программа эффективного использования, торфа в сельском хозяйстве. .Торфяная-Промышленность, 1982, №4, с.2-3.

3. Продовольственная программа СССР на период до 1990 года. -Правда, 1982, 27 мая.

4. Тюляев В.Н. Влияние характера пути на.тяговые.качества.трактора.-Труды/Н.-и.трактор.ин^т. -М.:Машгиз,1944,вып.41,с.17-28.

5. Львов Е.Д. Теория трактора. М.:Машгиз,1960 - 252 с.

6. Медведев М.И. Теория гусеничных систем. Киев: Госиздат Украины, 1934 -194 с.

7. Медведев М.И. Конструирование трактора. Харьков-Киев: Госиздат Украины,1935 - 252 е. ,

8. Ю.Карельских Д.К.,Кристи М.К. Теория,конструкция и расчёт тракторов. М.-Л.:Машгиз,1940 - 520 с.1..Груздев Н.И. Танки. М.;Машгиз,1944 - 482 с.

9. Трепененков И.И. Эксплуатационные показатели сельскохозяйственных тракторов. М.:Машгиз,1963 - 271 е. - -.

10. Васильев A.B.,Волков С.П. Измерение реакций грунта на гусеницу с. помощью тензометрического башмака. Труды/Н.-и. трактор, ин-т. М.:НАТИ,вып.20, i960- 108 с.

11. Васильев A.B. и др. Влияние конструктивных параметров гусеничного трактора на его тягово-сцепные свойства. М.Машиностроение, 1969 -191 с.

12. Уткин-Любовцев О.Л. Влияние конструктивных параметров на потери мощности в.полужёсткой ходовой,части гусеничного трактора. Автореф. Дисс. . канд.техн.наук. M.: 1959 - 18 с.

13. Уткин-Любовцев О.Л. Итоги исследований и перспективы развития ходовых систем тракторов. Тракторы и сельхозмашины,1971, №1, с.5-9. .

14. Водяник И.И. О качёнии гусеничного трактора.с образованием колеи. Тракторы с сельхозмашины,1965, №9,с.12-14.

15. Ляско М.И. Влияние распределения нагрузки по опорным каткам на тягово-сцепные качества гусеничного трактора» Труды/Н.-и. трактор, ин-т. - М.:НАТИ,вып.240,1975,с.40-47.

16. Порошков В.А. Исследование и обоснование рационального поло-., жения центра тяжести болотного трактора: Автореф. . Дисс. . канд. техн. наук. Минск:1958 18 с.

17. Порошков В.А. Влияние положения центра тяжести м центра давления трактора на его проходимость и тягово-сцепные качества на торфяно-болотных почвах. Минск:Изд. АСХН БССР,1958 - 36 с.

18. Скотников В.А. Оптимальная форма эпюры нормальных давлений на грунт у мелиоративных тракторов. Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1969,N27,с.34-35.

19. Софиян А.П.,Максименко Е.И. Об удельном давлении гусеничного движителя. -.Тракторы и сельхозмашины,1962,№7,с.13-15.

20. Скотников В.А. Работа гусеничного хода с упруго-балансирной подвеской. Торфяная промышленность,1963,№3,с.4-8.

21. Солопов С.Г. Торфяные машины и комплексы. Второе изд.,переработанное и.дополненное. - М.:Недра,1981 - 416 с.

22. Костогрыз С.Г. Метод расчёта давления гусеничной лесотранс-портной машины на грунт. Лесной журнал,1976,№1,с.48-52.

23. Воронин В.А. Исследование распределения удельного давления по длине опорной поверхности гусеничного движителя самоходных -уборочно-транспортных машин:Автореф. Дисс. . канд.техн.наук. М.: 1966 - II с. .

24. Коденко М.Н. Исследование динамических нагрузок в шарнирах гусеницы сельскохозяйственного трактора на повышенных скоростях: Автореф. Дисс. . канд. техн. наук. Киев, 1962 - 20 с. ~.

25. Скотников В.А.»Тетёркин А.Е. Основы теории проходимости гусеничных мелиоративных тракторов. Минск: Вышэйшая школа, 1973 т 254 е.

26. Вержбицкий Н.Ф. Трение в, шарнирах гусениц тракторов. Труды Н.-и. трактор, ин-т. - М.:Машгиз,1944,вып.41,с.4-16. ,

27. Захматов И.П.^Воробьёв Е.Л.-0 работе шарниров гусениц типа ЧТЗ. Известия вузов,Машиностроение,1966,№8,с.69-73.

28. Уткин-Любовцев О.Л. Потери мощности- в ходовой системе гусеничного трактора. Тр/Н.-и. трактор, ин-т. - М.:НАТИ,вып.51, 1957 - 50 с.

29. Антонов Г.А. Исследование эксплуатационных характеристик гусеничных движителей уборочно-транспортных машин в условиях Дальнего Востока:Автореф. Дисс. . канд.техн.наук. Благовещенск,1982 - 16 с.

30. Коденко М.Н. Влияние некоторых конструктивных параметров ходового механизма на потери трения в шарнирах гусениц трактора. ^ Тракторы и сельхозмашины,1960,№6,с.11-14.

31. Домбровский Н.Г. и др. Теория и расчёт гусеничного движителя землеройных машин. Киев: Техника, 1970 - 192 с. .

32. Мацепуро М.Е.»Гуськов.В.В. Исследования тягово-сцепных качеств трактора на торфяниках. В кн. Вопросы.земледельческой механики. - Минск:АСХН БССР*1961,т.6,с.5-49.

33. Гуськов В.В. Оптимальные параметры сельскохозяйственных тракторов. М.Машиностроение,1966 - 195 с.39.0пейко Ф.А.-Колёсный и гусеничный ход. Минск: АСХН БССР, 1966 - 228 с.

34. Ольшанский В.П. О качении жёсткого катка по ленте, подкрепленной деформируемым основанием. Известия вузов,Машиностроение, 1977,№8,с.96-101.

35. Гомозов И.М. Исследование гусеничного оборудования мощных экскаваторов в целях улучшения расчёта и конструирования: Автореф. Дисс. .канд. техн. наук. М.Л955 - 14 с.

36. Водяник И.И. Уменьшение угла поворота гусеничных звеньев в грунте. Механизация и.электрификация социалистического сельского хозяйства,1970,№5,с.38.

37. Ануфриев Г.П.,Багров В.Г. Коэффициент сопротивления движению прицепных торфяных машин. Торфяная промышленность,1976, №7, с.2-4.

38. Беляев В.А.,Багров В.Г. и др. Гусеничный тракторный прицеп- -самосвал МТП-24А (ГПС-2МП). Торфяная промышленность,1973,№7, с.17-19.

39. СТП 2I4-I-5I-76 Ход гусеничный торфяных машин. Основные параметры и методы расчёта. -Л.: ВНИИТП,1976 17 с.

40. Лиштван И.И. Исследование физико-химической природы торфа и процессов структурообразования в торфяных системах с целью регулирования их свойств. Калинин,1969 - 25 с.

41. БО.Юсенко A.C. Особенности процесса прессования при производстве торфяных питательных брикетов: Дисс. . канд. техн. наук. -Л.: 1982 196.с.

42. Фелдманис А.Л. Исследование динамики деформации торфа сжатием в режиме статических,квазистатических и динамических нагруже-ний:Автореф.Дисс. . канд.техн.наук. Каунас,1974 - 33 с.

43. Кулаков H.H. Введение в физику торфа. М.-Л.:Госэнергоиздат, 1947 - 228 с.

44. Корчунов С.С. Исследование физико-механических свойств торфа: Сб. статей Всесоюзн. научно-исследов. института торфяной промышленности. .-.М.-Л.;Госэнергоиздат,1953,вып.12,.235 с.

45. Мельников Е.С. Влияние скорости деформации на величину напряжений сжатия в торфяно-болотных почвах. Механизация и электрификация социалистического селького хозяйства,1966,№8,с.4-7.

46. Добровинская O.E. Исследование сжимаемости торфа. Тр/ВНИИ "Водгео" - М.:ВНИИпВодгео", 1978,вып.72, с.7-9. .

47. Амарян Л.С. Прочность и деформируемость торфяных грунтов. -М.:Недра,1969 191 с. .

48. Беккер М.Г. Введение в теорию систем местность-машина. М.: Машиностроение,1973 - 520 с.

49. Либик В.К* 0 некоторых результатах аналитического исследования гусеничных систем.-- Л.:1980,7 с. Рукопись представлена ВНИИТП. Деп. в ЦБНТИ Минтоппрома РСФСР,Экспресс-инф.Торфяная промышленность, Серия I, №5.

50. Демидович Б.П.,Марон И.А. Основы вычислительной математики. -М.:Физматгиз, 1963 569 с.

51. Либик В.К. Исследование гусеничных систем с учётом их звенча-тости. Л.,1983,5 с. - Рукопись представлена ВНИИТП. Деп. в ЦБНТИ Минтоппрома РСФСР,Экспресс-инф.,вып.7,.с.32.

52. Цзе Ф.С. и др. Механические колебания. М.Машиностроение, 1966 - 508.с. .

53. Либйк В.К. О рациональном размещении опорных катков на раме машины. Тр/ВНИИ торф.пром., Л.:ВНИИТП,вып.44,1980,с.48-54.

54. Либик В.К. Исследование динамики гусеничных ходов.торфяных машин. Торфяная промышленность,1979, Мб, с.18-20.

55. Бабаков И.К. Теория колебаний. К.:Наука,1968 - 560 с.

56. Гусеничные транспортёры-тягачи. (Под ред. Б.Ф.Платонова. -М.:Машиностроение, 1978 351 с.

57. Гуськов В.В.Дуприянчик В.В.,Кислов Н.В. Влияние сопротивления движению машин по торфяному грунту на тяговые свойства гусеничного хода. Торфяная промышленность,1978,№7,с.19-22.

58. Александров М.П. Подъёмно-транспортные машины. М.: Высшая школа, 1979 - 560 с.

59. Скотников В.А. Некоторые особенности работы гусеничного движителя на слабых почвах. Тракторы и сельхозмашины,1964, №1, с.15-18. .

60. Цытович H.A. Механика грунтов. М.:Высшая школа,1968-258 с.

61. Флорин В.А. Основы механики грунтов. В двух томах М.-Л.: Госстройиздат,т.1,1961 - 357 с. .

62. Терцаги К. Теория механики грунтов. М.:Госстройиздат,1961, 507 с.

63. Самарский А. Что такое вычислительный эксперимент. Наука и жизнь, 1979,№2, с.27-32. .

64. Либик В.К. Влияние параметров гусеничного хода на сопротивление движению прицепных торфяных машин. В сб. Вопросы проходимости сельскохозяйственных машин, Благовещенск,1982,с.63-69.

65. Анилович В.Я.,Водолажченко Ю.Т. Конструирование и расчёт сельскохозяйственных тракторов. М.^Машиностроение,1976 - 455 с.

66. Абакумов О.Н. ,СеленновВ.Г. О деформации поверхности залежи около гусеницы (штампа). -Тр/ВНИИ торфяной промышленности,Л.: ВНИИТП,вып.40,1978,с.48-50.76*Глаголев H.A. Курс номографии. М.:Высшая школа,1961 - 270 с.

67. Хованский Г.С. Номография и её возможности. М.:Наука, 1977, 128 с.

68. Хованский Г.С. Основы номографии. М.:Наука,1976 - 352 с.

69. Абакумов.О.Н.»Селеннов В.Г. Оценка деформируемости торфяного -основания, г- Тр/ВНИИ торфяной промышленности^. :ВНИИТП, вып.40, 1978, с.3-9.

70. Дрозд П.А. Сельскохозяйственные дороги на болотах. Минск: Урожай,1966 - 167 с.

71. Заяц В.Н. Лабораторные исследования упругих деформаций торфяных грунтов при повторных нагрузках. Известия вузов, Лесной журнал,1965, №1,с.84-90.

72. Сельчёнок В.П. Распределение напряжений в торфе и в двухслойной системе песок-торф. В кн. Регулирование водного режиматорфяных почв. Минск: Урожай,1964, с.86-102.

73. Танклевский М.М. Энергоэффективные ходовые системы для машин торфяного производства. Дисс. . докт. техн. наук. Калинин, 1983 - 333 с. .

74. Красненьков В.И. и др. О давлении гусеничного движителя на грунт. Известия вузов, Машиностроение,1973,№8,с.94-99.

75. ГОСТ 20779-81 Экономическая эффективность стандартизации. -М.:Изд-во стандартов,,1982 47 е. .

76. Schuriщ D.J. Zur.Mechanik desstarren Hades auf weichem Boden. TOI Zeitsehr.,Vol,103,Яо16.

77. Sçhnring D. 14, Emori. E. I. Feasibility of Model Strudy in Earthworking Equipment. "Trans. АБАЕп,1965,Уо1.8,1Го2.