Энергоемкость поворота опорных колес лесного трелевочного трактора на твердой поверхности

ЭНЕРГОЕМКОСТЬ ПОВОРОТА ОПОРНЫХ КОЛЕС ЛЕСНОГО ТРЕЛЕВОЧНОГО ТРАКТОРА НА ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Дроздовский Г.П., Волосунов М.В., Будевич Е.А. (УГТУ, г. Ухта, РФ)

The question of power consumption of turn of wheel cars on a firm surface is considered at various ways of their turn.

Рассматриваются различные конструктивные принципы поворота колесного трелевочного трактора на твердой поверхности. Первый случай – поворот управляемых передних колес относительно их вертикальных осей при несочлененной раме трактора и второй случай – поворот передней колесной секции относительно вертикального шарнира сочленения секции рамы трактора (шарнирно-сочлененная рама трактора). Первый принцип поворота колес может включать различные конструктивные решения – за счет рулевой трапеции осуществления поворота колес (менее надежный на лесосеке), либо за счет индивидуального сервопривода поворота каждого колеса относительно оси по борту, согласованных по различным углам поворота в зависимости от радиуса поворота трактора.

Рассмотрим энергоемкость процесса поворота колес в сравниваемых вариантах.

Первый случай (условный) – поворот колес относительно их вертикальной оси на твердой поверхности (отсутствие колеи) сервоприводом; при этом воспользуемся методикой [1], рисунок 1.

F – площадь контакта деформированного колеса с поверхностью (м²),

b_к– ширина контакта (м),

L_k – длина контакта (м),

h_z – нормальная деформация шины от вертикальной нагрузки Р_к(м),

r₀≈ r_c – свободный радиус колеса (м),

r_д – динамический радиус колеса (м).

Рисунок 1 – Параметры колеса и опорной зоны

Нормальная деформация шины от нагрузки Р_к при давлении воздуха в шине Р_w[1]:

(1)

где K_Z – коэффициент вертикальной деформации шины от нагрузки, K_Z = 0,08…0,12.

Длина площади пятна контакта шины колеса l_K (соответствующая плоскому контакту при деформации шины h_Z)

(2)

где r_c – свободный радиус шины колеса выше оси вращения (м)

где д_К - наружный диаметр колеса без нагрузки, d – диаметр обода колеса (м), Н – полная высота профиля шины (м).

Ширина площади пятна контакта шины колеса b_k определяется на базе гипотезы Хедекеля [2] по уравнению:

где Х – безразмерная константа шины, r₀≈ r_c свободный радиус шины выше оси вращения (м), r_д – динамический радиус шины (м),

где

где и табличные константы по типам шин (м²/кН) [2], т.е.:

r₀ ≤ 1,015 r_с; (м),

где - обобщенный радиус качения шины в ведомом режиме, в общем виде равен [2]:

По формуле Уитбреда [2] (для широкопрофильных шин типа ДФ-12)

где λ_К – коэффициент тангенцальной эластичности шины колеса (м/Нм); М_кр – реализуемый колесом подводимый крутящий момент (кН·м); Р_W – давление воздуха в шине (кН/м²)

Момент сопротивления повороту колеса на твердой поверхности относительно центра пятна контакта равен [1]:

кН×м, (3)

где

– коэффициент трения скольжения шины относительно поверхности в зоне пятна контакта.

Критерий оценки энергоемкости поворота колеса на твердой поверхности на угол α по методике [3] с учетом действия давления гидрожидкости только в бесштоковой полости гидроцилиндра равен:

(4)

где А – плечо действия усилия гидроцилиндра сервопривода поворота колеса, d_п – диаметр поршня гидроцилиндра сервопривода поворота колеса (м).

При сравнении энергоемкости поворота тех же колес в составе поворачиваемой передней секции (энергетическая секция в составе шарнирно-сочлененного трактора, типа Т-157 или Л-703), критерий оценки энергоемкости поворота определяется выражению [3]:

(5)

где P– давление в гидроцилиндре сервопривода механизма поворота (излома рамы) (МПа); С–плечо поворота передней секции относительно оси сочленения секций рамы (м); В–расстояние между креплениями на второй секции рамы гидроцилиндров механизма излома рамы в повороте; К_у–коэффициент сопротивления поперечной деформации профиля шины (кН/м); δ–угол поперечной деформации профиля шины (рад).

Примеры расчета (на твердой поверхности без образования колеи).

Выбрана шина 1300 × 530 × 523. Нормальная деформация шины от нагрузки Р_К = 25 кН, Р_W = 300 кПа, К_z = 0,1 по фомуле (1) равна:

Длина площади пятна контакта шины при по формуле (2) равна:

Момент сопротивления повороту колеса по твердой поверхности при ; (упрощенный расчет), φ_тр = 0,1 по формуле (3) равен:

Критерий энергоемкости поворота колеса “Р” на твердой поверхности при d_п = 0,08 м, А = 0,25 м, α = 30° по формуле (4) равен:

Варьирование диаметра поршня d_n гидроцилиндра сервопривода дает соответственно следующие результаты: d_n=0,1 м; Р > 18,8 МПа; d_n = 0,15; Р > 8,37 МПа

Критерий энергоемкости поворота передней секции шарнирно сочлененного трактора на твердой поверхности при К_у =280,5кН/рад; δ = 7°(0,122 рад) для двух колес передней оси;

d_n=0,08 м и d_ш=0,04 м; С/В = 1,0; φ_ТР = 0,1, α = 30° по формуле (5) равен [3]:

φ_тр = 0,4; Р > 14,24 МПа, а при d_n=0,15 м, Р > 2,66 МПа.

Второй способ поворота на твердой поверхности при d_n=0,15 м по критерию энергоемкости поворота P предпочтительней, чем первый способ поворота, т.к. он в три раза меньше.

С учетом экологических последствий анализ кинематики поворота колес по двум сравниваемым способам поворота в колее поверхности и по степени ее повреждения первый способ поворота колес является предпочтительным, т.к. не сопровождается значительным разрушением стенки колеи. Во втором случае имеет место значительное разрушение (смещение) объемов поверхности и рост энергоемкости поворота [3].

Литература

1. Смирнов, Г.А. Теории движения колесных машин [Текст] / Г.А. Смирнов. – М. Машиностроение, 1990. – 352с.

2. Петрушов, В.А. Сопротивление качению автомобилей и автопоездов [Текст] / В.А. Петрушов, С.А. Шуклин, В.В. Московкин. – М. Машиностроение. 1975. – 223с.

3. Дроздовский, Г.П. Энергоемкость поворота шарнирно-сочлененного трелевочного трактора [Текст] / Актуальные проблемы лесного комплекса: Сборник научных трудов № 21/ Дроздовский Г.П., Шоль Н.Р. – Брянск: БГИТА, 2008. – С. 190 – 195.