1.1.1. Опорная поверхность

Рейтинг пользователей: / 1
ХудшийЛучший 
Машиностроение

Глава 1.1

ТЕОРИЯ ДВИЖЕНИЯ МАШИНЫ

1.1.1. Опорная поверхность

Эксплуатационные свойства колесных и гусеничных машин, степень реализации их основных выходных параметров таких, как грузоподъемность, скорость, сила тяги на крюке, маневренность, надежность и другие, во многом зависят, а в ряде случаев определя­ются характеристикой опорной поверхности, по которой движется машина. Разнообразие показателей, характеризующих опорную по­верхность и особенности взаимодействия с ней движителей различных типов, обусловливает множество подходов и оценок свойств опор­ной поверхности [2, 10, 27, 32]. Количествен­ную оценку обычно проводят по трем группам показателей, отражающих физико-механи­ческие, геометрические и структурные свойст­ва поверхности движения.

Физико-механические свойства. Эти свойства опорной поверхности влияют глав­ным образом на сопротивление движению колесных и гусеничных машин и возможность реализации их силы тяги. Для транспортно- тяговых машин сопротивление движению на горизонтальной поверхности принято опреде­лять коэффициентом f сопротивления каче­нию, равным отношению силы сопротивления качению к нормальной нагрузке на грунт со стороны движителя. Связь между нормальным давлением р (МПа) и величиной h(см) де­формирования грунта (глубина погружения) выражается простой эмпирической зависи­мостью [9].

В зависимости от значений коэффициен­тов С и µ функция может быть линей­ной (для связных грунтов), коща µ = 1 (прямая 7, рис. 1.1.1), монотонно убывающей (для пластичных грунтов), коща µ 1 (кривая 3). Значения С и µ для некоторых типов грунтов приведены табл. 1.1.1. 

pic1 1 1

Эмпирическое выражение (получено на основе опытных данных по вдавливании штампа определенного размера в грунт, по этому справедливо для соответствующей площади контакта движителя с грунтом. Боле точное приближение к реальному движители дает выражение [9]

Для пластичных- грунтов получила распространение следующая зависимость [20, 31]:

Из выражений можно по­лучить коэффициенты сопротивления качению для различных .типов движителей. Так, при использовании выражения справедливы зависимости.

1.1.1. Коэффициент С сопротивления грунта вдавливанию для различных грунтов

Грунт

Состояние грунта

сухой (влажность до 50%) ц=1...2

пластичный (влажность 50... 100%) ц=0,5... 1,0

текучий (влажность 100%) ц=0...0,5

Песчаный

1,5...5,0

-

-

Супесчаный

10...15

2...6

0,5...1,0

Суглинистый

10...15

1...5 v

0,5...1,0

Глинистый

15...25

1...2

0,5...1,0

Однако в связи со значительным влияни­ем конструктивных параметров движителя на величину предпочтительно использование значений коэффициента сопротивления каче­нию, полученных экспериментально в раалич- ных дорожно-грунтовых условиях с разными движителями. Средние значения коэффициен­та для типовых условий эксплуатации приве­дены в табл. 1.1.2.

1.1.2. Коэффициент/сопротивления качению (при малых скоростях движения)

 Дорожно-грунтовые условия

Колесный движитель при давлении воздуха в шинах

Гусеничный движитель

номинальном

сниженном

Асфальтобетонная дорога

0,01...0,18

0,03...0,04

0,035...0,045

категории I

 

 

 

Асфальтобетонная

0,015...0,025

0,03...0,04

0,04...0,05

дорога категорий II III

 

 

 

Ровное булыжное шоссе

0,02...0,03

0,035...0,045

0,045...0,055

Разбитая булыжная дорога

0,03...0,05

0,04...0,06

0,05...0,06

Грунтовая дорога:

 

 

 

профилированная

0,025...0,03

0,04...0,05

0,06...0,08

сухая

0,06...0,08

0,05...0,075

0,065...0,07

разбитая в период распутицы

0,15...0,25

0,08...0,15

0,1...0,15

Сухой песчаный грунт

0,055...0,08

0,04...0,06

0,1..0,2

Заснеженная укатанная дорога

0,035...0,045

0,03...0,05

0,06...0,08

Снежная целина

0,25...0,35

0,18...0,25

0,15...0,2

Заболоченная

0,5...0,65

0,3...0,45

0,2...0,3

Возможность реализации усилий тяги оценивается коэффициентом сцепления ср, равным отношению предельно возможной касательной реакции, которую реализует дви­житель, к нормальной нагрузке движителя на грунт.

При взаимодействии движителя с де­формируемой поверхностью коэффициент сцепления зависит от удельного сопротивле­ния т грунта сдвигу. Причем удельное сопро­тивление сдвигу определяется внутреннем сцеплением грунте.

 1.1.3. Характеристика функций распределения коэффициента сопротивления качению

Дорожно-грукговые условия

Расчетная вероятность возникновения

Математическое ожидание

Среднее квадратическое отклонение

т,

а/

Дороги с твердым по­крытием

0,5

0,018.. .0,02

0,005...0,006

Щебеночное, гравийное шоссе

0,15

0,02...0,025

0,006...0,008

Укатанная грунтовая дорога

0,2

0,03...0,04

0,008...0,01

Разбитая грунтовая дорога

0,1

0,06...0,08

0,01...0,02

Бездорожье

0,05

0,1...0,15

0,02...0,025

Для разных грунтов значения т различны и зависят от касательной деформации (сдвига) Asгрунта, нормальной нагрузки, а также от соотношения внутреннего трения и сцепления в грунте. При этом наиболее типичными яв­ляются две закономерности. У плотных грун­тов (глина, суглинок) с ненарушенной струк­турой при возрастании сдвига (кривая i, рис. 1.1.2) грунт сначала уплотняется и касательная сила увеличивается до максимума (мах), соответствующего определенному сдвигу. В этот момент достигают максимума силы внутреннего сцепления грунта. Затем происхо­дит срыв грунта, т.е. преодоление сил внут­реннего сцепления, и касательная сила сни­жается до значения, определяемого лишь внутренним трением в грунте. У рыхлых, не­связных и пластичных грунтов (сухой песок, пахота) внутреннее сцепление почвы отсут­ствует, поэтому с ростом информации сдвига (кривая 2) касательная сила т постепенно воз­растает до значения, определяемого внутрен­ним трением. 

pic1 1 2

Влияние вертикальной нагрузки (давление р) сказывается двояко. Из следует, что с ростом р удельное сопротивле­ние т сдвигу увеличивается, что справедливо для твердых грунтов. Однако при этом воз­растает и нормальная деформация Л, т.е. со­противление качению, и уменьшается коэф­фициент внутреннего трения, т.е. величина Q. Поэтому на сильнодеформируемых грунтах повышение давления приводит к снижению х, поскольку приращение первой составляющей выражения не компенсирует увеличе­ния второй и сила сцепления движителя с грунтом уменьшается. Значения характеристик сцепных свойств грунтов приведены в табл. 1.1.4.

1.1.4. Характеристика сцепных свойств грунтов

Грунт

tg

Tq, к Па

Влажный суглинок

0,025...0,25

1...10

Суглинок средний

0,7...0,8

2...3

Сухой песок

0,4...0,7

1...10

Супесь

0,8...0,9

1...2

Торфяник

0,7...0,9

1...3

Снежная целина

0,03...0,3

4...40

 

Из выражения можно найти ко­эффициент сцепления.

Однако, как и для коэффициента на практике часто используют опытные значения Ф, так как величины т0и ф0существенно зависят от конструктивных параметров движи­теля и их значения не всеща известны.

Значения коэффициентов сцепления для различных типов движителей приведены в табл. 1.1.5.

Геометрические свойства. Из показателей опорной поверхности на движение машины в наибольшей степени влияют макро- и микро­профиль. Макропрофиль учитывается как дис­кретная составляющая часть сопротивления движению на достаточно протяженном участке пути или как угол бокового уклона при оценке управляемости и устойчивости. Микропро­филь, изменяющийся непрерывно в процессе движения, рассматривается в большинстве случаев как случайная функция пути. Пре­дельные значения продольных углов уклона дорог нормируются, в условиях бездорожья они соответствуют сложившейся практике использования машин различного типа. 

При статистическом описании микро­профиля принимают, что функция микропро­филя стационарна и эргодична, распределение длинsи высот неровностей д(х) соответству­ет нормальному закону, ординаты микропро­филя отсчитываются от среднего положения, т.е. тд= 0. Среднее квадратическое отклоне­ние ординат в этом случае L 

1.1.6 Коэффициенты аппроксимирующего выражения корреляционной функции и спектральная плотность микропрофиля опорной поверхности

Дорожно-грунговые условия

Колесный движитель при давлении воздуха в шинах

Гусеничный движитель

номинальном

сниженном

Дороги с твердым покрытием

0,7...0,8

0,75...0,8

0,6...0,65

Булыжное шоссе

0,6...0,7

0,65...0,75

0,55...0,6

Грунтовая дорога:

 

 

 

укатанная сухая

0,5...0,6

0,5...0,7

0,6...0,8

разбитая

0,4...0,5

0,45...0,55

0,5...0,65

в период распутицы

0,25...0,35

0,3...0,4

0,4...0,6

Укатанная заснеженная дорога

0,3...0,4

0,35...0,4

0,5...0,6

Обледенелая дорога

0,05...0,15

0,1...0,2

0,15...0,25

Сухой песок

0,2...0,3

0,3...0,35

0,4...0,5

Влажный песок

0,35...0,5

0,4...0,5

0,5...0,7

Снежная целина

0,15...0,25

0,2.:.0,4

0,25...0,45

Задерненный грунт

0,5...0,55

0,5...0,6

0,65...0,85

Болотистая местность

0,05...0,1

0,1...0,25

0,03...0,04

Следует отметить, что площадь под кри­вой спектральной плотности равна дисперсии ординат микропрофиля для соответствующих длин неровностей.

1.1.3 

И корреляционную функцию, и спек­тральную плотность можно аппроксимировать аналитическими выражениями, более удоб­ными для практического использования. Для нормированной корреляционной функции в качестве аппроксимирующего выражения принимают.

Дорожно-грунтовые условия

4

А2

1/м

а2, 1/м

Ро.

а

ь

Асфальтированное шоссе

0,85

0,15

0,2

0,05

0,6

10-5...10-4

2,5...3,5

Изношенное бетонное шоссе

0,95

0,05

0,2

0,05

1,4

-

-

Укатанная грунтовая дорога

-

-

-

-

-

10-4...10-3

2,2...2,5

Разбитая грунтовая дорога

0,55

0,45

0,085

0,08

0,24

10-3...5-10-3

2,0...2,1

Крупнобулыжное шоссе

0,67

0,33

1,1

10,6

19,7

-

-

Бездорожье

-

-

 

-

-

10-3...10-2

1,5...2,0

Структурные свойства. Из структурных свойств опорной поверхности основными яв­ляются плотность грунта и степень его абра­зивного воздействия на движитель. В реальных условиях эксплуатации плотность изменяется в широких пределах, а на обработанных под сельскохозяйственные культуры составляет 1,0... 1,3 г/см3.

1.1.4

Абразивное воздействие грунта связано с наличием в его составе песчаных фракций, особенно кварцевого песка. Для оценки опорной поверхности по этому пока­зателю может быть использована классифика­ция грунтов по содержанию в них глинистых частиц менее 0,005 мм (табл. 1.1.7), характери­зующая интенсивность изнашивания деталей движителя, непосредственно соприкасающихся с грунтом.

 

1.1.7. Категория грунта

Грунт

Содержание глинистых частиц, %

Интенсивность изнашивания шарниров гусениц, мм/тыс. км

Глина

более 30

1,0...1,5

Суглинок

30...10

1,8...2,5

Супесь

10...3

3,0...3,5

Песок

менее 3

4,5...5,0

 



 

Поиск


Сейчас 46 гостей онлайн





Забыли данные входа на сайт?