ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ опорных элементов (СТОП) ШАГАЮЩИХ МАШИН СО СЛАБЫМИ

 И ЭКОЛОГИЧЕСКИ РАНИМЫМИ ГРУНТАМИ

 

Чернышев В.В. (ВолгГТУ, г. Волгоград, РФ)

 

The results of the field investigations of interaction mechanism of supporting elements of walking machines with low carrying capacity of soil and ecologically injured grounds are under consideration.

 

Традиционные транспортные средства в условиях бездорожья нефте- и газодобывающих регионов зачастую не обладают достаточной проходимостью и разрушают экологически ранимый почвенный покров. Имеющиеся опытные образцы шагающих машин показывают, что они могут быть лишены указанных недостатков. С другой стороны, ряд факторов сдерживает их внедрение. Среди них важнейшим является низкая скорость передвижения.

Математическое моделирование динамики движения шагающих машин показывает, что повышение скорости ограничено высокими динамическими нагрузками в механизмах шагания, причем, в машинах предназначенных для работы на слабых и экологически ранимых грунтах основной вклад в динамические нагрузки (до 80%) приходится на громоздкие стопы, требуемые для снижения давления на грунт. Вместе с тем, накопленный в Волгоградском государственном техническом университете опыт экспериментальных исследований показывает, что значения среднего давления на грунт, рекомендованные для транспортных средств повышенной проходимости могут быть для шагающих машин увеличены. Это объясняется принципиально другим механизмом взаимодействия движителя с грунтом. За счет уменьшения массы стопы можно снизить динамические нагрузки в механизмах шагания, что даст возможность увеличить скорость передвижения шагающей машины.

В докладе обсуждаются результаты полевых испытаний трех тонного опытного образца статистически устойчивой восьминогой шагающей машины в условиях реальной местности. В процессе испытаний проверялись достоверность разработанных динамических моделей механизма взаимодействия шагающего движителя со слабым грунтом и вырабатывались рекомендации для выбора среднего давления на грунт и других конструктивных параметров опорных элементов шагающих машин предназначенных для работы на слабых и экологически ранимых грунтах.

Шагающий движитель, сочетающий компактность и простоту конструкции с хорошей траекторией пока не известен. Для экспериментальной отработки был использован наиболее простой четырехзвенный механизм шагания лямбдаобразного типа с шарнирно закрепленной стопой. При проведении полевых испытаний исследовалось несколько типов стоп. Лыжеобразная стопа «ski-foot», рис.1а, имела размеры 0,24ґ1,6 м и снабжалась съемными грунтозацепами нескольких видов. Стопы этого типа, в зависимости от загруженности машины, обеспечивали среднее давление на грунт в пределах 0,01-0,03 МПа. Стопы с неразвитой опорной поверхностью «hoof-foot», рис.1б, обеспечивали среднее давление на грунт порядка 0,15 МПа.

а)                                                                                б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1- Шагающий движитель со стопами «ski-foot» (а) и «hoof-foot» (б)

 

Анализ результатов натурных экспериментов показал, что при одинаковом давлении на грунт шагающие машины, по сравлению с гусеничными и колесными, обладают на слабых грунтах большей проходимостью, имеют более высокие тягово-сцепные свойства и меньший коэффициент сопротивления движению.

Было выяснено, что значения среднего давления на грунт, рекомендованные для гусеничных транспортных средств повышенной проходимости, могут быть для шагающих машин увеличены как минимум до 0,03 МПа. За счет этого, уменьшив массу стопы, можно добиться снижения динамических нагрузок в механизме шагания в 2 – 3 раза.

В случае использования стоп типа «hoof-foot» шагающая машина сохраняла высокие тягово-сцепные свойства, а динамические нагрузки в движителе уменьшались на порядок. Однако при этом наблюдалась резкое падение профильной проходимости. Это обусловлено значительной деформацией опорной поверхности, соразмерной с высотой подъема стопы в фазе переноса, а также наличием у опорных точек исследованного движителя, на базе спаренных цикловых механизмов, участков траектории на границах ее опорной части, где при выходе из зацепления с грунтом, стопа имеет отличную от нуля горизонтальную составляющую скорости. В результате имеет место локальное разрушение (фрезерование) грунта с потерей его несущих свойств.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 01-01-00521) и Межотраслевой научно-технической программы сотрудничества Министерства образования РФ и ОАО «Газпром».