ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ  КОЛЕСНОГО ДВИЖИТЕЛЯ ЛЕСОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

 

Синицын С.С. (БГИТА, г.Брянск, РФ)

 

The power analysis of process of a rolling reduced Pneumatic sprocket in led and free Conditions. It is analytically justified rational Constructive variant of power transmission a wood transport Machines.

 

В статье анализируются энергетические показатели процессов взаимодействия пневматического  колеса в ведомом и свободном режимах с деформацией опорной поверхностью. Разработаны аналитические зависимости, позволяющие численно оценить уровень энергозатрат на качение колес в  ведомом и свободном режимах. Проведенные расчеты доказали преимущество работы колес полноприводного движителя в свободном режиме и позволило обосновать рациональный тип силовой передачи колесных лесотранспортных машин.

Отличительной чертой колесных лесотранспортных машин является применение многоприводных  ходовых систем. Переход на многоприводность усложнил структуру системы «трансмиссия-движитель», что ставит ряд новых задач в решении проблемы прогнозирования качества машин на стадии их конструирования. И одна из этих задач заключается в обосновании оптимального варианта схемы привода к колесам, обеспечивающей минимальный уровень энергозатрат на передвижение, что является общепризнанным критерием совершенства мобильных машин.

В настоящее время энергетическое обоснование конструктивных вариантов машин дается, в основном, лишь только на уровне сопоставимости потерь в силовой передаче от кинематического несоответствия и совершенно игнорируется влияние режима качения колес на энергозатраты в пятне их контакта с опорной поверхностью. Поэтому очевидна необходимость исчерпывающего теоретического анализа энергетических характеристик системы «трансмиссия-движитель-опорная поверхность» на предмет обоснования варианта привода колес, обеспечивающего минимум энергозатрат на передвижение. Для этого необходимо сопоставить потери мощности на качение колес в ведомом Ии свободном режимах. Причем, целесообразно проанализировать энергоемкую и трудноопределяемую составляющую энергозатрат на вертикальную деформацию грунтов (колееобразование).

Для решения поставленной задач используем функциональные зависимости, отражающие влияние конструктивных и эксплуатационных  параметров системы «движитель-опорная поверхность» на потери энергии при работе в ведомом [1] и свободном [2] режимах.

Согласно работе [1] для ведомого колеса мы имеем

   или

,                       (1)

где  с,m - параметры грунта;  в - условный эквивалент ширины шины; 

      h_Г  - глубина колеи; h₀ - базовая деформация грунта;

      w_к – угловая скорость вращения колеса;

      r⁰_к – радиус качения колеса в ведомом режиме.

Используя из работы [2] формулу для определения работы колееобразования, а именно:

                       ,                                    (2)

Определим вид зависимости для фиктивной силы сопротивления качению колеса в свободном режиме:

.                          (3)

Тогда мощность колееобразования равна

,     (4)

где   Г_(х)  - гамма функция для соответствующего параметра;

        r^с_к – радиус качения колеса в свободном режиме.

Соотношение  энергоемкостей колееобразования ведомого и свободного колес оценим показателем k_N:

                                                ,                                             (5)

После подстановки значений  и  и некоторых преобразований получаем

Определим численную величину соотношения  мощностей для  исходных данных из работы [1].

         (6)

где  R - свободный радиус колеса; h_ш  - вертикальная деформация шины.

С учетом того, что  [3]:

получаем

При использовании для гамма-функции ее приближенного значения по формуле Стирлинга [3], а именно:

                                             ,                                     (7)

получаем:

;

.

Тогда отношение гамма- функций приобретает следующий вид:

Окончательно

                   (8)

В результате расчета по тем же исходным данным получаем:

Отличие результатов расчетов соотношения энергозатрат по точному и приближенному варианту вычисления значений гамма- функций составляет:

Такое незначительное расхождение свидетельствует о инвариантности приближенного выражения. Это делает предпочтительных его применение, поскольку оно исключает табличное определение значений гамма- функций.

Таким образом, как показали результаты вычислений соотношения энергозатрат, потери мощности ведомым колесом на деформацию грунта в полтора раза превышают аналогичные потери при качении колеса в свободном режиме. Поэтому, вполне обоснованно можно  рекомендовать для многоприводного движителя вариант силовой передачи, обеспечивающий постоянную работу всех колес в свободном (ведущем) режиме. Причем, оптимальным вариантом, по нашему мнению является блокированный привод с автоматической ликвидацией кинематического рассогласования в системе «трансмиссия – движитель - опорная поверхность».

Литература

1. Синицын С.С., Буров П.А. Уменьшение сопротивления качению колесного движителя по деформируемому основанию // Эксплуатация лесовозного подвижного состава: Межвуз. сб. – Свердловск, 1987.

2. Синицын С.С. Энергетический принцип оптимизации качественных характеристик колесных транспортно-технологических машин  // Проблемы повышения качества промышленной продукции: Межвуз. сб. - Брянск, 1998.

3. Справочник по специальным функциям. – М.: Наука, 1979.