Computational and experimental assessment of the influence of ultra-low pressure tires of mobile power equipment on soil


Cite item

Full Text

Abstract

The article describes a method for determining the maximum pressures in contact of an ultra-low pressure tire with deformable soil: with low bearing capacity using the example of a thin-walled tire 1020x420-18 of the Bel-79 model. In the current practice of determining the effect of pneumatic tires on the soil, the method of determining the contact area of a tire on an undeformable flat bearing surface is used. By dividing the load on the tire by the obtained contact area, multiplied by correction factors, the maximum tire pressure on the soil is obtained. By comparing the maximum pressure obtained in the tire contact with the non-deformable bearing surface with the permissible pressure, the correspondence of tractor and agricultural tires to operating conditions on soils with a certain moisture and hardness is evaluated. But this method of assessment is unacceptable for tires of low and ultra-low pressure due to significant deformation of the tire and soil: in contact and, therefore, a larger contact area and lower values of maximum and average pressure on the soil. Therefore, the novelty of the work is an experimental assessment of the impact on the soil of tires of low and ultra-low pressure on deformable soil. The method includes the experimental determination of the dependence of tire and ground deformations on air pressure in a tire and load, as well as the dependence of the contact area sizes on deformable soil on tire and ground deformations. The contact areas and the coefficients of the uneven distribution of pressure in the contact according to the average values and shapes of the diagrams determine the maximum pressure in the contact of the tire with deformable soil. As a result, the curves of the dependences of maximum pressures in contact on air pressures and loads on deformable soil for low and ultra-low pressure tires were obtained for the first time. The dependences of maximum pressures in contact on air pressure at fixed loads can be a kind of passport for thin-walled tires, similar to the traction characteristics of tractor tires and the traction and speed characteristics of automobile tires. The results obtained make it possible to determine with high accuracy the operating conditions of high-traffic vehicles on low and ultra-low pressure tires.

Full Text

Введение Разработка мобильных средств на шинах сверхнизкого давления ведется активно в связи с ужесточившимися требованиями к воздействию ходовых аппаратов мобильных средств на почвенно-растительный покров северных территорий и на почвы в аграрном и лесном хозяйствах средней полосы России [1]. Повышение проходимости транспортных и транспортно-технологических агрегатов является одной из наиболее значимых проблем машиностроения. В решении проблемы проходимости наступил новый этап - этап создания экологических средств высокой проходимости, способных эффективно работать на почвенно-грунтовых поверхностях с низкой несущей способностью [2, 3]. Одним из вариантов наиболее экономичного решения проблемы проходимости является комплектация транспортных средств шинами низкого и сверхнизкого давления (ШСНД). По конструктивному исполнению ШСНД представляет из себя тонкостенную оболочку с нормой слойности корда 2 или 4 и высотой рисунка протектора не более 20 мм. При взаимодействии со слабонесущим грунтом ШСНД способна деформироваться на 17-35 % от высоты профиля. При этом создается значительная опорная поверхность площадей контакта шины с деформируемым слабонесущим грунтом. При небольших значениях радиальных нагрузок на ШСНД 200-1200 кг - и больших площадях контакта 0,1-0,2 м² обеспечивается получение средних удельных давлений 20-60 кПа. Наименьшее значение давления в контакте 20 кПа обеспечивает применение ШСНД в условиях Арктики и северных территорий [4, 5]. Значение давления менее 80 кПа в соответствии с [6] и [7] позволяет примененять ШСНД в агропромышленном комплексе и лесном хозяйстве. Для проектирования и создания МЭС на ШСНД необходимо иметь выходные эксплуатационные характеристики тонкостенных шин (ВХШ). Имеющиеся в настоящее время способы и методы получения ВХШ базируются на интерпретации испытаний шин на твердой опорной поверхности на деформируемом грунте. Так, в работах [8] и [9] авторы применили формулу Бидермана [15] для нахождения радиальной деформации шины в зависимости от нагрузки, давления воздуха и давления протектора Ро при отсутствии давления воздуха в шине. В эту формулу входят три неизвестные величины С1, С2 и Ро. Для практического применения формулы сначала определяются С1 и С2 регрессионным анализом, а Ро подбирается так, чтобы коэффициент корреляции имел максимальную величину. В МГТУ им. Н.Э. Баумана после многократных экспериментов приравняли Ро к «нулю» и упростили формулу Бидермана, оставив две независимые переменные С1 и С2 для построения универсальной характеристики шины. Для нахождения площадей контакта шин с плоской опорной поверхностью применялась формула эллипса, у которой коэффициент формы составляет 0,785 от произведения длины и ширины отпечатка. Немногим более приближенно определяют площадь контакта с использованием формулы Хедекеля и вычислением по ней длины и ширины отпечатка. При проверке формулы Хедекеля в НИИКГШ [10] расхождение результатов доходило до 30 %. Тенденция переноса испытаний шин на твердой опорной поверхности на деформируемую почву сохранена и при разработке стандарта [7] при оценке соответствия колесных движителей нормам воздействия на почву. В настоящее время продолжается применение метода переноса испытаний шин на твердой поверхности на деформируемую почву [11]. В этой работе также используется формула Бидермана, полученная для автомобильных шин с тремя независимыми переменными С1, С2 и Ро. Также снимается отпечаток на твердой опорной поверхности. Но, в отличие от предыдущих работ, вычисление площади отпечатка проводится несколькими методами, в том числе методом фотографирования с миллиметровкой, компьютерной обработкой и умножением площади на масштаб миллиметровки на фотографии. Для шин низкого и сверхнизкого давлений такие методы получения выходных характеристик неприемлемы из-за значительной деформации шины и грунта с низкой несущей способностью [12, 16, 17]. Цель исследований Разработка метода получения выходных эксплуатационных характеристик шин сверхнизкого давления экспериментальным путем на деформируемом грунте со слабой несущей способностью. Материалы и методы Объектом исследования в настоящей работе является пневматическая тонкостенная шина сверхнизкого давления диагональной конструкции размерностью 1020×420-18 модели Бел-79 в камерном исполнении производства АО «Белшина». Данная шина широко используется в конструкциях внедорожников, вездеходов и мотовездеходах, а также в машинах и минитракторах, выполняющих работы в сельском и лесном хозяйстве. Шины Бел-79 предназначены для эксплуатации во всех климатических зонах при температуре окружающей среды от -45 до +55 °С. Особенностью конструкции шины является оригинальный рисунок протектора, выполненный в виде шашек разнообразной формы: ромбов со скосами, прямоугольников с вырезами трапецией, пятиугольников и Т-образных фигур по боковинам. Наиболее часто встречающийся размер шашек с габаритами по длине и ширине, соответственно, 30×40 мм. Высота рисунка протектора составляет 20 мм. Шашки расположены линиями перпендикулярными к центральной плоскости качения шины под углом 90°. Количество шашек в линиях чередуется - шесть, семь, шесть. Шаг линий по центру беговой дорожки составляет 64,2 мм. Ширина беговой дорожки меньше ширины профиля и составляет 401 мм. Вес шины в сборе с камерой и ободом 330-462 составляет 56 кг. Для получения выходных эксплуатационных характеристик шины проводились стендовые испытания на универсальном функциональном стенде СИБ-1М (рис. 1) [1, 5]. Емкость с грунтом выполнена в виде стола с бортами, установленного на восемь катков, по четыре с каждой стороны стола. В вертикальном направлении движется подвижная каретка, выполненная в виде рамы, на которую крепится плита 1 с полуосью от трактора ЮМЗ-6Л. К ступице полуоси через переходник устанавливается испытуемая шина 2. Таким образом обеспечивается подъем и опускание испытуемой шины после заезда, а грунт 3 рыхлится и разравнивается. На стенде устанавливалась аппаратура высокой чувствительности с большими коэффициентами усиления. Подвижные части стенда уравновешивались противовесами, что позволяло вести измерение параметров процесса от абсолютного «нуля». Испытания на определение давлений шин на почву проводились в соответствии с ГОСТ 26953-86 (раздел 3) [13]. Параметры отпечатков шин, определение площадей контакта, вычисление средних и максимальных давлений шины на почво-грунт проводились по методике [14]. Снятие зависимости радиальной деформации шины и грунта от нагрузки на шину и давления воздуха проводились следующим образом. В шине устанавливалось максимальное заявленное давление 80 кПа по образцовому манометру 1 класса. Грунт в емкости стола стенда рыхлился и разравнивался. Подвижная каретка с шиной приподнималась над поверхностью грунта через динамометр крюком кран-балки. Устанавливались испытательные нагрузки 400, 525, 620 и 650 кг навеской грузов на навесное устройство каретки и на платформу противовеса. Каретка через гидроцилиндр подъема с упорной резьбой опускала шину на деформируемый грунт до начала контакта. Каретка через гидроцилиндр подъема и последовательно соединенный с гидроцилиндром винт с упорной резьбой опускала шину на деформируемый грунт до начала контакта. Начало контакта фиксировалось листом бумаги, а точность установки контакта обеспечивалось медленным вращением штурвала ходового винта. В момент контакта шины с грунтом лист бумаги шевелился. Это положение считалось «нулевым». На миллиметровке, наклеенной на металлическую пластину и жестко соединенной с испытуемой шиной, устанавливалась нулевая отметка. Точность установки нулевого положения составляла ± 2 мм. Шина приподнималась гидроцилиндром, фиксирующий палец удалялся, затем шина с нагрузкой опускалась на грунт свободно, до выхода вилки гидроцилиндра из ушка каретки. После фиксирования общей радиальной деформации шины и грунта hz общ (рис. 2) измерялась глубина колеи не менее, чем в шести точках по центру для получения надежно повторяющихся результатов. Рис. 2. Совместные радиальные деформации шины сверхнизкого давления и грунта: hz общ - общая радиальная деформация; hz ш - радиальная деформация шины; hz гр - деформация грунта; О - начальное положение касания шиной грунта; О1 - рабочее положение взаимодействия шины с грунтом Работа стенда осуществлялась по принципу обращенного качения колеса: испытуемое колесо с шиной неподвижно, а опорная поверхность в виде емкости с деформируемым грунтом перемещается при качении шины (рис. 1). После каждого прохода шина приподнималась над грунтом. Подвижный стол возвращался в исходное состояние, грунт рыхлился и разравнивался. Деформация шины hz ш (рис. 2) вычислялась по формуле: hz ш = hz общ - hz гр, (1) где hz общ - среднее значение совместной деформации шины и грунта, мм; hz гр - среднее значение глубины колеи после прохода шины по деформируемому грунту, деформация грунта, мм. После определения деформации шины hz ш и общей деформации hz общ шины и грунта, определялись параметры площадей отпечатка. Шина с установленным давлением воздуха и установленной нагрузкой опускалась на разрыхленный и разравненный грунт. Замерялась деформация шины и грунта hz общ. После подъема шины измерялись длина L, ширина отпечатка В (рис. 3). Рис. 3. Отпечаток контакта шины 1020×20-18 Бел-79 на грунте Указанная последовательность - медленное опускание, установка нуля, подъем разблокировка связи гидроцилиндра, опускание на грунт, замер деформации hz общ шины с грунтом, заезд, замер глубины колеи hz гр - повторялось от трех до шести и более раз. Отпечаток шины сверхнизкого давления на эксплуатационных нагрузках и давлениях воздуха, как правило, имеет форму прямоугольника со скругленными углами (рис. 4). Рис. 4. Форма площади контакта шины 1020×420-18 модели Бел-79 с грунтом Отпечаток фотографировался с листом миллиметровки со с сторонами 10×10 см. Фотография подвергалась компьютерной обработке для вычисления фактической площади контура отпечатка в программе Коmpas-3D V16.1, которая делилась на произведение длины и ширины отпечатка L×B. Таким образом вычислялся коэффициент формы Kф по формуле: (2) где Fф - фактическая площадь криволинейного прямоугольника, полученная компьютерной обработкой контура отпечатка на фотографии; L - длина отпечатка на фотографии; В - ширина отпечатка на фотографии. Для шины размера 1020×420-18 модели Бел-79 коэффициент формы имел средние значения 0,83-0,87 для диапазона нагрузок 400 ≤ Gz ≤ 650 кг и давлений воздуха 20 ≤ Pw ≤ 80 кПа. Поэтому контурная площадь отпечатка определялась по формуле: , (3) где L - среднее значение длины отпечатка по n опытам, см; В - среднее значение ширины отпечатка по n опытам, см; Kф = 0,83 - коэффициент формы отпечатка контурной площади контакта. Следует отметить, что при аппроксимации отпечатка эллипсом коэффициент формы имеет значение π/4 = 0,7854, что на 5,7-11,0 % меньше формы отпечатка на деформируемом грунте, имеющем значение 0,83-0,87. При анализе графиков зависимости универсальных характеристик радиального прогиба hz от нагрузок Gz и давлений воздуха Рw на деформируемом грунте наилучшим образом в прямую линию укладываются точки по эмпирической зависимости: , (4) где hz - радиальный прогиб шины или шины с грунтом; hzо - постоянный для данной шины коэффициент, мм; α - постоянный для данной шины коэффициент, кг·кПа-0,5; Gz - нормальная нагрузка на шину, кг; Pw - внутреннее давление воздуха в шине, кПа. Универсальные характеристики зависимостей радиальных прогибов шины и шины с грунтом от нагрузки и давления воздуха представлены на рис. 5. Коэффициент корреляции имеет высокое значение, что свидетельствует о правильном выборе зависимостей. Пунктирными линиями обозначен рабочий диапазон при Gz min = 400 кг и Pw min = 20 кПа и Gz max = 650 кг и Pw max = 80 кПа. На площадь отпечатка контакта шины с грунтом в наибольшей степени влияет радиальная деформация как шины, так и грунта hz общ. Точки экспериментальной зависимости хорошо ложатся в прямую линию. Поэтому зависимость контурной площади контакта от общего радиального прогиба представлялась зависимостью: , см2, (5) где Fк - контурная площадь контакта шины с грунтом, см²; F0 - постоянный для данной шины эмпирический коэффициент, см²; β - постоянный для данной шины эмпирический коэффициент, характеризующий угол наклона линии функции Fк = f(hz), см2/мм; hz общ - общий радиальный прогиб шины и деформация грунта, мм. В результате регрессионного анализа экспериментальных данных была получена зависимость контурной площади пятка контакта шины с грунтом вида: График зависимости контурной площади контакта от общей радиальной деформации представлен на рис. 6. По ГОСТ 26953-86 (раздел 3) [13], экспериментальное определение эпюр давления в контакте тонкостенных шин 1020×420-18 модели Бел-79, 38×18-16 модели «КАЙМАН», 900×500-17 модели «ШАИНА» с наружными диаметрами 900-120 мм и шириной профиля 420-500 показало значительную зависимость формы эпюры и коэффициента неравномерности распределения давления (КНРД) от давлений воздуха (рис. 7). При давлении воздуха 80 кПа форма эпюры - острая неравнобокая парабола с КНРД ζ = 1,87 - средней величины для вышеуказанных шин (рис. 7, а). При давлении воздуха 60 кПа эпюра сохраняет форму неравнобокой параболы с КНРД ζ = 1,61 (рис 7, б). А при давлении 40 кПа эпюра давления начинает переходить в неравнобокий треугольник со скругленными углами с КНРД = 1,44 (рис. 7, в). При дальнейшем снижении давления до 20 кПа эпюра превращается в неравнобокую трапецию с КНРД = 1,31 (рис. 7, г). При снижении давления до 10 кПа, эпюра трансформируется в неравнобокий прямоугольник со скругленными вершинами, и КНРД составит ζ = 1,28 (рис. 7, д). КНРД имеет квадратичную зависимость от давления воздуха и хорошо аппроксимируется параболой в виде: (6) где ξ0 - постоянный для шин с вышеуказанными размерами коэффициент, характеризующий вершину параболы при Рw = 0; γ - постоянный для вышеуказанных шин коэффициент при квадрате аргумента, кПа-2. Регрессионным анализом определены численные значения коэффициентов ξ0 и λ, зависимость КНРД от давления воздуха представлена на рис. 8 в виде: при r = 0,998. При эксплуатации машин высокой проходимости нагрузка на шину - постоянная величина, а повышение проходимости осуществляется системой регулирования давления воздуха в шинах (СРДВШ). При изменении давления воздуха в шинах изменяется площадь в контакте шины с грунтом. Рис. 8. Квадратическая зависимость коэффициента неравномерности распределения давления ζ в контакте шины с грунтом от давления воздуха Рw Максимальное давление в контакте в зависимости от площади изменяется по гиперболической зависимости: кПа. (9) Экспериментальные точки аппроксимируются зависимостью вида: кПа, (10) где q0 и В - постоянные для одного значения нагрузки G коэффициенты при изменении дав-лений воздуха от 10 до 80 кПа, кПа; Fк - площадь контакта шины с деформируемым грунтом, см². Численные значения коэффициентов регрессии q0 и В приведены на графике зависимо-стей максимальных давлений в контакте qmax от площадей контакта Fк (рис. 9, а). Для потребителей ШНД и ШСНД, устанавливаемых на мобильные энергетические средства и машины высокой проходимости, деформации, площади контакта, средние давления в контакте являются внутренними показателями. Выходными эксплуатационными характеристиками ШСНД являются зависимости максимальных давлений в контакте qmax от давлений воздуха Рw в шине при фиксированной нагрузке Gz. Они с достаточной точностью аппроксимируются зависимостями в виде показательной функции: кПа, (11) где А и В - постоянные для одного значения нагрузки Gz коэффициенты при изменении давлений воздуха от 10 до 80 кПа Pw - давление воздуха в шине, кПа. Зависимости максимальных давлений qmax в контакте от давлений воздуха Рw в шине 1020×420-18 мод. Бел-79 при фиксированных постоянных радиальных нагрузках Gz и чис-ленные значения коэффициентов регрессии А и В приведены в табл. 2, а графики этих зави-симостей представлены на рис. 9, б. Итоговая номограмма (рис. 10) для определения влияния внутреннего давления воздуха Pw в шине и радиальной нагрузки Gz на максимальное давление qmax в контакте построена по зависимостям, приведенным на графиках (рис. 5, 8, 9). Результаты и обсуждение Номограмма (рис. 10) показывает, что для шин сверхнизкого давления сравнительно небольшие диапазоны изменения нагрузок 400 ≤ Gz ≤ 650 кг и большие диапазоны изменения давлений воздуха 20 ≤ Рw ≤ 80 кПа оказывают значительное изменение максимальных давлений в контакте с деформируемым грунтом: 38,46 ≤ qmax ≤ 92,9 кПа. При увеличении нагрузки Gz в 1,625 раз и давления воздуха в 4 раза, давление в контакте увеличивается в 2,42 раза, что близко к радикалу диапазона давлений воздуха. По нормам воздействия на почву [5] при наименьшей влагоемкости почвы в слое 0-30 см свыше 0,9 НВ максимально допустимое давление на почву колесного движителя не должно превышать 80 кПа. Но так как ШСНД 1020×420-18 модели Бел-79 используется в ранне-весенний период на внесении минеральных удобрений то, по номограмме, при нагрузке на шину 650 кг давление воздуха в шине не должно превышать 60 кПа вместо заявленного 80 кПа, при нагрузке на шину 620 кг давление в шине не должно быть больше 62 кПа, а при нагрузке 525 кг не должно превышать 75 кПа. Сравнение эксперимента с расчетами по [5]-[7] и [9], приведенное в табл. 3, показывает расхождение результатов по всем основным показателям, оказывающим влияние и формирование максимального давления в контакте шины с грунтом. Значения максимальных давлений по теоретическим расчетам меньше на 19,9-34,2 % полученных экспериментальным методом. Такая оценка по расчетам допускает переуплотнение почвы сельскохозяйственными МЭС и потерю проходимости транспортными средствами [13]. Основными недостатками теоретического метода являются абстрактный перенос деформации шины на твердой опорной поверхности на деформацию шины и грунта. Протектор шины на грунте распрямляется за счет деформации грунта [14, 16]. Также недостатком использования формулы В.Л. Бидермана [15] является подсчет давления протектора на опорную поверхность при нулевом давлении воздуха Р0 = 40,97 кПа, что для ШСНД является половиной рабочего диапазона давления воздуха. Следующим недостатком п. 2.2.4 и п. 2.3 стандарта [11] является недоучет влияния давления воздуха на формирование формы эпюры давления в контакте и подсчет коэффициента неравномерности распределения давления по длине опорной поверхности, что в наибольшей степени повлияло на расчет максимального давления. Поэтому, по крайней мере, не корректно, если недопустимо, заменять экспериментальные методы теоретическими расчетами. Основными недостатками теоретического метода являются абстрактный перенос деформации шины на твердой опорной поверхности на деформацию шины и грунта. Протектор шины на грунте распрямляется за счет деформации грунта [16, 17]. Лидирующие мировые фирмы «Пирелли», «Гудьир», «Мишлен», «Бриджстоун» и др. имеют полное оснащение экспериментальными мощностями, состоящими из нескольких десятков стендов, испытательного полигона, экспериментальных производственных цехов и лабораторий, что позволяет им производить высококачественную продукцию за 2,5-3 года от начала проектирования до постановки на производство [17]. Выводы 1. Разработан экспериментальный метод оценки максимального давления в контакте шины низкого и сверхнизкого давления воздуха с деформируемым грунтом. 2. С высокой степенью верификации построена номограмма определения влияния вертикальной нагрузки и давления воздуха на максимальное контактное давление тонкостенной шины на деформируемом грунте. 3. Полученные результаты позволяют повысить точность при исследовании режимов работы мобильных транспортных средств на сельскохозяйственных агросроках в ранневесенний период и машин высокой проходимости на грунтах со слабой несущей способностью. Рис. 1. Фрагмент проведения эксперимента 3 1 2 а б Рис. 5. Универсальная характеристика шины 1020х420-18 мод. Бел-79 на мягком грунте твердостью 2,5 удара по ударнику ДорНИИ концом 10 см2: а - при деформации шины hz; б - при общей деформации шины и грунта hz общ Рис. 6. Зависимость контурной площади контакта Fк ср, шины 1020×420-18 мод. Бел-79 на мягком грунте Рис. 7. Формы продольных эпюр давлений шин 1020×420-18 модели Бел-79 и 38×18-16 модели «КАЙМАН» на супесчаный грунт при нагрузках 400-650 кг: а - Pw = 80 кПа; б - Pw = 60 кПа; в - Pw =40 кПа; г - Pw = 20 кПа; д - Pw =10 кПа а б в г д Таблица ١ Среднестатистическая экспериментальная зависимость коэффициента неравномерности распределения давления в контакте тонкостенных шин с грунтом ξ от давления воздуха Рw Давление воздуха, Рw, кПа 10 20 40 60 80 Коэффициент неравномерности распределения давления, ξ 1,27 1,3 1,44 1,63 1,86 Квадрат давления воздуха, Рw2, кПа² 100 400 1600 3600 6400 Расчетные значения коэффициента неравномерности распределения давления ξ 1,28 1,31 1,42 1,61 1,87 а б Рис. 9. Графики зависимостей максимального давления qmax в контакте шины 1020×420-18 мод. Бел-79 при различных радиальных нагрузках: а - зависимость от площади контакта Fк; б - зависимость от внутреннего давления воздуха Рw; 1 - Gz = 400 кг; 2 - Gz = 525 кг; 3 - Gz = 620 кг; 4 - Gz = 650 кг Таблица ٢ Зависимость максимальных давлений qmax от давлений воздуха Рw шины ١٠٢٠×٤٢٠-١٨ мод. Бел-٧٩ при различных радиальных нагрузках Gz № Нагрузка на шину, Gz, кг Давление воздуха в шине, Рw, кПа Максимальное давление в контакте, qmax, кПа (теор./экспер.) Регрессия вида qmax = A·PwВ, кПа 1 400 80 68,7/71,9 А = 8,54 В = 0,4862 r = 0,994 qmax = 8,54 · Pw0,4862 2 60 62,7/62,5 3 40 53,4/51,33 4 20 38,46/36,6 5 10 24,98/26,16 6 525 80 80,26/82,07 A = 9,63 B = 0,489 r = 0,998 qmax = 9,63 · Pw0,489 7 60 71,99/71,3 8 40 60,08/58,48 9 20 41,1/41,6 10 10 29,64/29,69 11 620 80 86,2/90,6 A = 8,39 B = 0,543 r = 0,9926 qmax = 8,39 · Pw0,543 12 60 77,03/77,5 13 40 64,96/62,2 14 20 44,63/42,7 15 10 27,3/29,3 16 650 80 87,88/92,9 A = 7,71 B = 0,568 r = 0,991 qmax = 7,71 · Pw0,568 17 60 78,54/78,9 18 40 65,7/62,66 19 20 45,5/42,2 20 10 26,7/28,5 Рис. 10. Номограмма для определения влияния внутреннего давления воздуха Рw в шине и радиальной нагрузки Gz на максимальное контактное давление qmax шины сверхнизкого давления 1020х420-18 модели Бел-79 на мягком супесчаном грунте: I - универсальная характеристика вертикальной деформации шины hz ш, шины и грунта hz общ; II - зависимость контурной площади контакта Fк от общей деформации шины и грунта hz общ; III - зависимость максимального давления qmax в контакте от площади контакта; IV - зависимость максимального давления qmax в контакте от давления воздуха Рw; 1 - Gz = 400 кг; 2 - Gz = 525 кг; 3 - Gz = 620 кг; 4 - Gz = 650 кг Таблица ٣ Сравнение экспериментально-расчетных и теоретических методов определения максимального давления шины на деформируемый грунт по основным показателям Наименование показателя Значение показателя Заключение Эксперимент на грунте Расчет на твердой опоре 1. Радиальная деформация hz, мм, шины при: Расчет по формуле (4), регрессии на рис. 5 Расчет по формуле (5.26) работы [7] Gz = 650 кг, Pw = 80 кПа 29,55 47,39 Gz = 400 кг, Pw = 20 кПа 37,4 59,00 грунта при: Gz = 650 кг, Pw = 80 кПа 25,75 - Gz = 400 кг, Pw = 20 кПа 25,2 - общая при: Gz = 650 кг, Pw = 80 кПа 55,3 47,39 меньше на 14,3 % Gz = 400 кг, Pw = 20 кПа 62,6 59,00 меньше на 5,8 % 2. Площадь контакта, см² Расчет по формуле (3), регрессия по (5) Расчет по формулам (5.27) и (5.28) работы [7] Gz = 650 кг, Pw = 80 кПа 1414 1305 меньше на 7,7 % Gz = 400 кг, Pw = 20 кПа 1254 1067 меньше на 14,9 % 3. Коэффициент неравномерности распределения давления по длине опорной поверхности ξ Экспериментальные данные, табл. 1, регрессия на рис. 8 П. 2.2.4 стандарта [5] Gz = 650 кг, Pw = 80 кПа 1,87 1,5 меньше на 19,7 % Gz = 400 кг, Pw = 20 кПа 1,31 1,5 меньше на 15,4 % 4. Коэффициент приведения контурной площади контакта к условиям работы на почвенном основании К1 П. 2.2.4 стандарта [5] Gz = 650 кг, Pw = 80 кПа - 1,2 Gz = 400 кг, Pw = 20 кПа - 1,2 5. Максимальное давление в контакте с грунтом qmax, кПа Расчет по формуле (11), регрессия на рис. 9, б П. 2.3 стандарта [11] Gz = 650 кг, Pw = 80 кПа 92,9 61,1 меньше на 34,2 % Gz = 400 кг, Pw = 20 кПа 38,46 30,8 меньше на 19,9 %
×

About the authors

Z. A Godzhaev

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: fic51@mail.ru
DSc in Engineering Moscow, Russia

S. V Goncharenko

Voronezh State University of Forestry and Technjlogies named after G.F. Morozov

Email: vip16.vgltu@mail.ru
Voronezh, Russia

A. V Artemov

Voronezh State University of Forestry and Technjlogies named after G.F. Morozov

Email: vip16.vgltu@mail.ru
Voronezh, Russia

V. I Pryadkin

Voronezh State University of Forestry and Technjlogies named after G.F. Morozov

Email: vip16.vgltu@mail.ru
Voronezh, Russia

T. Z Godzhaev

Federal Scientific Agroengineering Center VIM

Email: fic51@mail.ru
DSc in Engineering Moscow, Russia

References

  1. Прядкин В.И., Шапиро В.Я., Годжаев З.А., Гончаренко С.В. Транспортно-технологические средства на шинах сверхнизкого давления / М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». Воронеж, 2019. 492 с.
  2. Прядкин В.И. Мобильные средства химизации грузоподъемностью 1…2 т на шинах сверхнизкого давления / М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». Воронеж, 2017. 183 с.
  3. Годжаев З.А., Шевцов В.Г., Русанов А.В., Прядкин В.И. Проблема воздействия на почву ходовых систем мобильных энергосредств и эффективные пути решения // Инновационное развития АПК России на базе интеллектуальных машинных технологий: сб. науч. тр. докл. Международной научно-технической конф. М.: ВИМ, 2014. С. 327-329.
  4. Годжаев З.А., Измайлов А.Ю., Прядкин В.И. Выбор параметров шин сверхнизкого давления для мобильных средств химизации // Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 4. С. 14-17.
  5. Прядкин В.И., Гончаренко С.В. Шины сверхнизкого давления для сельскохозяйственных мобильных средств / М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». Воронеж, 2016. 240 с.
  6. Русанов В.А. Проблема переуплотнения почв движителями и эффективные пути ее решения. Российская Академия сельскохозяйственных наук. Всероссийский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства. М. 1998. 352 с.
  7. ГОСТ 26955-86. Техника сельскохозяйственная мобильная. Нормы воздействия движителей на почву: издание официальное; взамен ГОСТ 7057-84; вед. 01.01.89 до 01.01.94. М.: Изд-во стандартов, 1989. 7 с.
  8. Шевцов В.Г., Соловейчик А.А., Русанов А.В., Лавров А.В. Исследование универсальной характеристики шины для определения максимального давления колесного движителя на почву // Актуальные направления научных исследований ХХI века: Теория и практика: сб. научн. тр. по матер. международной заочной научн.-практ.конференции. Воронеж, 2014. № 2, 4.2 (7-2). С. 169-173.
  9. Ксеневич И.П., Скотнков В.А., Ляско М.И. Ходовая система почва - урожай // Агропромиздат. М. 1985. 294 с.
  10. Бойков В.П., Белковский В.Н. Шины для тракторов и сельскохозяйственных машин. М.: Агропромиздат, 1988. 240 с.
  11. Липкань А.В., Панасюк А.Н., Кашбулгаянов Р.А. Обоснование выбора способа определения параметров пятна контакта пневмоколесного движителя с опорным основанием // Бюллетень науки и практики. Благовещенск. 2019. Т. 5. № 6.
  12. Longoria R, Brushaber R, Simms А. (2019) An in-wheel sensor for monitoring tire-terrain interaction: Development and laboratory testing. Journal of Terramechanics. Volume 82. April 2019. P. 43-52.
  13. ГОСТ 26953-86. Техника сельскохозяйственная мобильная. Метода определения воздействия движителей на почву: издание официальное; введен 01.01.87. М. Издательство стандартов, 1986. 16 c.
  14. Единая методика комплексных испытаний тракторных шин. Отчет НПО НАТИ, Арх. № 23517, М., 1981, 49 с.
  15. Бидерман В.Л., Гуслицер Р.Л., Захаров С.П. и др. Автомобильные шины (конструкция, расчет, испытания, эксплуатация). М.: Госхимиздат, 1963. 384 с.
  16. Polasik J., Waluś K.J. and Warguła Ł. (2017) Experimental studies of the size contact area of a summer tire as a function of pressure and the load Procedia Engineering 177. Р. 347-351.
  17. Aguilar-Martínez J., Alvarez-Icaza L. (2015) Analysis of tire-road contact area in a control oriented test bed for dynamic friction models. Journal of Applied Research and Technology. Vol. 13, Issue 4. August 2015. P. 461-471.
  18. Прядкин В.И, Зайцев С.Д., Стреблеченко Л.С., Гончаренко С.В. Выбор рациональных режимов работы высокоэластичных шин сверхнизкого давления // Каучук и резина. 2010. № 1. С. 40-42.

Copyright (c) 2020 Godzhaev Z.A., Goncharenko S.V., Artemov A.V., Pryadkin V.I., Godzhaev T.Z.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies