Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 11
1.1. Особенности работы горных мобильных транспортно технологических машин в период геологоразведочных работ, строительства и эксплуатации карьеров 11
1.2. Анализ существующих и перспективных движителей колесного типа 20
1.3. Анализ исследований процесса взаимодействия колесных движителей с различными опорными поверхностями 42
Выводы, формулирование цели и постановка задач исследования.. 50
2. Теоретические исследования процессов взаимодействия колесного движителя перекаты вающегося типа с опорной поверхностью 52
2.1. Разработка математической модели динамической системы "мобильная транспортно-технологическая машина - колесный движитель перекатывающегося типа - опорная поверхность" 52
2.2.1. Кинематика качения единичного колеса колесного движителя перекатывающегося типа 53
2.1.1. Динамика качения колесного движителя перекатывающегося типа
2.2. Оценка эффективности колесного движителя перекатывающегося типа 74
2.3. Исследования математической модели процесса качения колесного движителя перекатывающегося типа 79
Выводы 85
3. Методика и результаты экспериментальных исследований 86
3.1. Задачи экспериментальных исследований 86
3.2. Экспериментальная установка для исследования колесного движителя перекатывающегося типа 86
3.3. Оборудование и приборы для экспериментальных исследований .. 94
3.4 Методика экспериментальных исследований единичного колеса колесного движителя перекатывающегося типа 102
3.5. Оценка погрешностей экспериментальных данных 114
3.6. Статистическая обработка экспериментальных данных 116
Выводы 122
4. Движение мобильной транспортно-технологи ческой машины с колесным движителем перекатывающегося типа по деформируемой опорной поверхности 123
4.1. Внешние силы, действующие на мобильную транспортно-технологическую машину при движении по грунту 123
4.2. Моделирование процесса движения мобильной транспортно-технологической машины, оборудованной колесным движителем перекатывающегося типа по деформируемой поверхности 130
4.3. Определение основных параметров колесного движителя перекатывающегося типа горных мобильных транспортно-технологи-ческих машин
4.3.1. Выбор исходных данных 132
4.3.2. Расчет физико-механических свойств опорной поверхности 136
4.3.3. Определение основных параметров колесного движителя перекатывающегося типа 138
Выводы 141
Заключение 142
Бибилиографический список
- Анализ существующих и перспективных движителей колесного типа
- Кинематика качения единичного колеса колесного движителя перекатывающегося типа
- Оборудование и приборы для экспериментальных исследований
- Моделирование процесса движения мобильной транспортно-технологической машины, оборудованной колесным движителем перекатывающегося типа по деформируемой поверхности
Введение к работе
Актуальность темы. В конце XX века известные и доступные месторождения полезных ископаемых при интенсивных темпах добычи начали быстро исчерпываться. В соответствии с прогнозами, приведенными в различных источниках, при нынешних темпах развития промышленности мы можем столкнуться уже в ближайшем будущем с проблемой нехватки многих полезных ископаемых, добываемых в настоящее время. По приблизительным оценкам на сегодняшний день получен доступ пока лишь к 40 % всех имеющихся запасов нефти и всего к 25 % запасов газа.
Правительством РФ намечены основные области разработки месторождений – районы Полярного Урала, Западной и Восточной Сибири, Якутии и Дальнего Востока, где нефти, газа, угля, железа, бокситов, золота, материалов для строительной промышленности и т.п. по прогнозам специалистов хватит на несколько десятилетий. Однако освоение этих территорий сопряжено со значительными трудностями из-за суровых природно-климатических и тяжелых горно-технических условий. Так, опыт эксплуатации горных мобильных транспортно-технологических машин (МТТМ) при разработке месторождений полезных ископаемых в зонах с холодным климатом показывает, что в зимний период по сравнению с летним среднемесячная выработка машин сокращается в 2 - 3 раза, себестоимость перерабатываемой горной массы увеличивается в 2 - 2,5 раза. Этому в значительной мере способствует отсутствие развитой дорожной инфраструктуры и специальных горных МТТМ повышенной проходимости, предназначенных для эксплуатации в данных районах. Поэтому задача повышения проходимости горных МТТМ при эксплуатации их в северных и приравненных к ним районах в настоящее время актуальна.
Одним из приоритетных решений данной задачи является совершенствование конструкции движителя, обеспечивающего повышение проходимости горных МТТМ в трудных дорожных условиях.
Объект исследования – горные МТТМ с различными типами движителей, эксплуатируемые в местности с тяжелыми природно-климатическими условиями и низкой несущей способностью опорной поверхности дорог.
Предмет исследования - колесный движитель перекатывающегося типа (КДПТ) в реальных условиях эксплуатации.
Целью работы является создание методов расчета основных параметров движителя для реальных режимов нагружения горных МТТМ при эксплуатации их по различным опорным поверхностям движения, характерных для месторождений полезных ископаемых, разрабатываемых открытым способом в северных и приравненных к ним районах.
Идея работы заключается в применении нетрадиционного колесного движителя и адаптации его параметров для горных МТТМ при эксплуатации их в многообразных дорожно-грунтовых условиях горных предприятий.
Методы исследований включают: теоретические исследования с учетом основных положений динамики машин и математического анализа; экспериментальную оценку параметров системы “МТТМ - КДПТ - опорная поверхность” на натурном образце МТТМ в лабораторно-дорожных условиях с использованием современных средств и методов измерений.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Теоретическое обоснование механизма качения КДПТ, обеспечивающего повышенную проходимость горных МТТМ по местности с различной несущей способностью опорной поверхности.
2. Зависимость движущего момента, подводимого к колесам КДПТ, от геометрических параметров движителя и момента сопротивления качения в установившемся режиме.
3. Мощность, подведенная к КДПТ, и тяговый КПД являются критериями, характеризующими эффективность применения данного движителя в конкретных условиях эксплуатации.
4. Динамическая модель системы “МТТМ - КДПТ - опорная поверхность” при движении машины в установившемся режиме движения, учитывающая геометрические параметры и режим нагружения движителя, а также свойства опорной поверхности.
5. Алгоритм расчета основных параметров КДПТ с учетом реальных режимов его нагружения при движении МТТМ по различным опорным поверхностям, наиболее часто встречающихся при разработке новых месторождений полезных ископаемых открытым способом в северных и приравненных к ним районах.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:
1. Выполнен анализ кинематики и динамики качения КДПТ.
2. Выведена теоретическая формула для определения движущего момента, подводимого к колесам движителя, необходимого для перемещения МТТМ в заданных условиях эксплуатации.
3. Получены уравнения для расчета энергетических характеристик КДПТ, с помощью которых возможно проведение сравнительной оценки движителей с различными параметрами.
4. Разработана методика исследования параметров КДПТ в полевых условиях с учетом физико-механических свойств опорной поверхности.
5. Предложен метод расчета основных параметров КДПТ для горных МТТМ высокой проходимости.
Практическая ценность диссертации состоит в том, что разработана методика расчёта основных параметров КДПТ, которая позволит сократить сроки и затраты работ на стадии проектирования, испытаний и доводки опытных образцов с учетом конкретных условий эксплуатации горных МТТМ.
Достоверность основных научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением корректных методов математического и физического моделирования, апробированными методами экспериментальных исследований и подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований. Максимальные относительные погрешности измерения величин при экспериментальных исследованиях лежат в пределах от 11,3 до 13,4 %, что вполне приемлемо по требованиям точности результатов эксперимента. Экспериментальные и теоретические данные связаны прямо пропорциональной зависимостью с корреляционным отношением 0,86…0,91. Правильность выбора регрессионной прямой зависимости движущего момента от угла поворота опорно-приводного вала для экспериментальных данных подтверждается высоким коэффициентом корреляции движущего момента и угла поворота, лежащим в пределах от 0,82 до 0,87. Адекватность уравнения регрессии подтверждается экспериментальным значением критерия Фишера, который во всех случаях больше табличного значения. Расхождение результатов расчетов с данными экспериментальных исследований по движущему моменту составляет 18 %, тяговому КПД движителя – 22 %.
Реализация результатов. Результаты работы использованы при проектировании мобильных транспортно-технологических машин в конструкторском бюро ОАО “Пневмостроймашина” и учебном процессе кафедры “Сервис и эксплуатация транспортных и технологических машин” Уральского государственного лесотехнического университета.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: “Научно-технический семинар по колесным и гусеничным машинам высокой проходимости”, (г. Москва, МАДИ (ГТУ), 2004 г.); “Проблемы и достижения автотранспортного комплекса”, (г. Екатеринбург, УГТУ-УПИ 2004 г.); “Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров”, (г. Москва, МГТУ “МАМИ”, 2005 г.); “Прогресс транспортных средств и систем – 2005”, (г. Волгоград, 2005 г.); "Урал промышленный – Урал полярный: социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса." (г. Екатеринбург, УГЛТУ, 2007 г.); "Математическое моделирование механических явлений", (г. Екатеринбург, УГГУ, 2007 г.).
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в пяти работах, из них две в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы, включающего 148 наименований, и приложения. Работа содержит 110 страниц машинописного текста, 7 таблиц и 37 рисунков.
Анализ существующих и перспективных движителей колесного типа
Автомобильный транспорт неразрывно связан со всеми технологическими процессами, происходящими на карьере. Ему присущи следующие специфические особенности [19,20,39-48,50,51]: - пункты погрузки и перегрузки на карьерах передвигаются вслед за продвижением фронта работ, что влечет за собой периодическое перемещение внутрикарьерных транспортных коммуникаций; - совместная работа транспортных средств с выемочными машинами (экскаваторы, погрузчики и др.) требует взаимной увязки их основных параметров; - транспортные средства отличаются повышенными мобильно маневровыми качествами, проходимостью, невысокой скоростью движения и высокими тяговыми усилиями.
Применение карьерного автотранспорта, представленного как отечественными, так и зарубежными автосамосвалами, обусловлено его преимуществами по сравнению с другими видами карьерного транспорта, а именно [39,40-42,44,46,50,51]: - высокой маневренностью вследствие относительно небольших радиусов поворота и габаритов машин, что облегчает ведение горных работ при ограниченных размерах карьера; - высокой мобильностью и маневренностью, позволяющей производить разработку залежей с неправильным контуром, осуществлять селективную выемку пород и полезных ископаемых и усреднение руд непосредственно в карьере; - ускорением ввода карьера в эксплуатацию, благодаря простоте устройства временных заездов в период строительства и уменьшению затрат при строительстве на 20—25 % по сравнению с железнодорожным транспортом; - выход из строя одного или нескольких автомобилей не ведет к полной остановке погрузочно-транспортного комплекса; - при применении автомобильного транспорта сокращаются объемы горно-строительных работ до 40 - 50 %, сроки и затраты на строительство карьеров на 20 - 25%; - длина постоянных выездов из карьера и общая длина откатки при автомобильном транспорте по сравнению с железнодорожным в 2-3 раза меньше; - меньшей,(в 4-5 раз) трудоемкостью отвалообразования по сравнению с железнодорожным транспортом; - возможностью более производительного использования экскаваторов, работающих совместно с автосамосвалами, благодаря значительному сокра-щению их простоев из-за ожидания транспортных средств; - автономностью энергетического источника.
К недостаткам автомобильного транспорта относятся [39,40-42,44,46,50, 51]: - более высокая по сравнению с железнодорожным транспортом стоимость транспортирования горной массы, в связи с чем применение автотранспорта целесообразно лишь при небольшой дальности транспортирования; - зависимость от климатических и дорожных условий; - сложность эксплуатации при низких температурах воздуха, снегопаде, гололедице; - потребность в высококвалифицированном обслуживающем персонале; - высокая стоимость автосамосвалов. Учитывая перечисленные преимущества и недостатки автомобильного транспорта, можно сделать вывод о целесообразности его применения на карьерах при небольших расстояниях транспортирования, сложных горнотехнических условиях, разработке скальных пород и месторождений, а также при строительстве карьеров. В ряде случаев целесообразно применять автомобильный транспорт в сочетании с другими видами карьерного транспорта.
Согласно [40-44,46,47,49-53], различают внутрикарьерный (собственно карьерный) и внешний карьерный транспорт. В условиях карьеров наиболее специфичным является внутрикарьер-ный автомобильный транспорт, который определяет производственные возможности и экономичность разработки. Транспортирование на карьере является важнейшим звеном технологического процесса добычи, в значительной степени определяющим эффективность и экономичность разработки. Это наиболее трудоемкие процессы, а расходы на перемещение горной массы достигают 50—60% от общих расходов и значительно возрастают с увеличением глубины работ [40-42,53].
Внутрикарьерным транспортом осуществляется перемещение горной массы от забоев до складов, обогатительных фабрик, перегрузочных пунктов, отвалов. Работа внутрикарьерного транспорта в большой степени зависит от других происходящих в карьере технологических процессов (разрыхление и I подготовка к погрузке скальных пород, выемка и погрузка разрыхленной горной массы, прием и укладка горной массы в отвал и др.). Эта специфика резко отличает внутрикарьерный транспорт от заводского промышленного транспорта и является определяющей в решении транспортных задач при разработке месторождений.
Внешним транспортом полезное ископаемое после обогащения доставляется к местам потребления (заводам, фабрикам) или к другим видам транспорта, обычно железнодорожному или водному [40-42,46]. На некоторых угольных и нерудных карьерах кондиционное полезное ископаемое перевозят транспортными средствами общего пользования непосредственно от забоев до потребителя.
Кинематика качения единичного колеса колесного движителя перекатывающегося типа
Движители с наклонно установленным приводным валом (рис. 1.5, а) представляют собой конструкцию, в которой к колесу непосредственно подводится движущий момент Мк с помощью вала, наклоненного под определенным углом а к опорной поверхности [34].
Колесо движителя жестко закреплено на приводном валу, установленном в шаровой опоре, которая сопрягается шаровой поверхностью с корпусом, а приводной вал соединен с трансмиссией специальным шарниром. Шаровая опора снабжена механизмом изменений положения относительно корпуса, соединенным с рамой МТТМ.
При наклоне приводного вала под определенным углом а и подведению движущего момента в зоне контакта с опорной поверхностью будет возникать сила тяги. Вектор силы тяги меняет направление в зависимости от угла наклона приводного вала. Если колесу движителя придать форму полусферы, то значительно увеличатся диапазоны варьирования скорости движения транспортного средства без изменения передаточных чисел агрегатов трансмиссии.
Наклон валов в продольной вертикальной плоскости позволяет реализовать движение в боковую сторону, а сочетание наклонов колеса позволяет реализовать полный объем движений МТТМ на плоскости.
Достоинства этого типа движителей заключаются: в простоте компоновки на МТТМ; изменением угла наклона вала можно увеличивать или уменьшать расстояние от оси вала до середины пятна контакта, а значит, и скорость движителя при неизменной частоте вращения вала; возможность стоянки с опорой движитель с управляемым плоско-параллельным смещением приводного вала. всю шину движителя, что снижает давление на опорную поверхность и предотвращает качение без использования дополнительных тормозных устройств; тяговое усилие может быть направлено в любую сторону путем соответствующего наклона приводного вала, причем для изменения направления движения не надо изменять направление вращения вала; установка колеса в требуемое направление движения осуществляется перекатыванием, т.е. производится при существенно меньшей силе сопротивления по сравнению с изменением положения управляемых колес, установленных на горизонтальных валах или осях (на автомобилях; велосипедах и т.п.); сравнительная простота реализации поступательного и вращательного движений на плоскости во всех направлениях обусловливает эффективность транспортного процесса в стесненных дорожных условиях; возможность при стоянке опираться на движители после перевода приводного вала в вертикальное положение позволяет повысить устойчивость при погрузочно-разгрузочных работах и предотвратить движение даже при выключенных или неисправных тормозных механизмах.
К существенным недостаткам рассмотренного движителя, которые затрудняют использование их на горных МТТМ, следует отнести: ограниченную проходимость при преодолении ступенчатых выступов; значительные энергозатраты на движение по деформируемой опорной поверхности; малый ресурс шины, связанный с интенсивным износом.
К движителям с приводным валом, установленным параллельно продольной оси МТТМ (рис. 1.5, б), относится конструкция по авюрскому свидетельству № 1020297 [59]. Колеса движителя установлены на ведущем валу, который в местах крепления колес имеет изгибы под углом а к оси вращения.
При вращении вала и его повороте колесо будет устанавливаться наклонно относительно опорной поверхности, что приведет к прокатыванию колеса под углом к поперечной плоскости. В результате этого в зоне контакта будет формироваться толкающее усилие, обусловливающее движение МТТМ. В рассмотренном устройстве трение скольжения заменено трением качения, что позволяет реализовать движение МТТМ по нетвердым дорожным покрытиям без существенных энергозатрат.
К недостаткам рассмотренного движителя следует отнести: курсовую неустойчивость - возможность смещения в боковую сторону при заданном прямолинейном направлении в случае различного сопротивления качению колес правого и левого бортов; самопроизвольный поворот машины при разных реакциях опоры колес движителя.
Движители, установленные наклонно на приводном валу (рис. 1.6, в), могут быть использованы для движения МТТМ по деформируемым поверхностям [39,62]. Конструктивно движитель состоит из колесного диска с шиной, закрепленной на ступице, которая в свою очередь своей внутренней сферической поверхностью установлена на сферическом конце приводного вала с возможностью наклона на регулируемый угол. Для предотвращения поворота ступицы относительно оси вращения вала сферический конец выполнен с диаметральным пазом, сопрягающимся с выступами на сфере ступицы. Специальный болт в торце вала в сочетании с элементами ориентации ступицы позволяет задать любое положение колесу относительно вала при неподвижном МТТМ.
При движении оси движителя по деформируемому грунту колеса дважды за оборот будут воздействовать на опору в горизонтальной плоскости только силой сцепления, а остальной путь будет характеризоваться как воздействием силы сцепления, так и силой упора боковой поверхности колеса в грунт. Следовательно, установленное наклонно к приводному валу обычное колесо будет реализовывать большее тяговое усилие на слабонесущих поверхностях за счет силы упора.
Достоинствами данного движителя являются: при эксплуатации на твердых покрытиях перпендикулярное расположение диска относительно вала не накладывает дополнительных ограничений на скоростной режим; сила тяги повышается при наклоне колесного диска за счет силы упора.
Недостатки данного движителя заключаются в следующем: с наклоненными колесами движение возможно лишь с малой скоростью, т.к. колеса ходо 37 вой оси могут занять положение, в котором сила упора левого и правого борта будут направлены встречно; наклон колеса приводит также к качению с вертикальными колебаниями в связи с изменением статического радиуса; при одинаковых с традиционным колесом габаритных размерах движитель требует большего пространства для обеспечения вращения, что уменьшает полезный объем МТТМ; наклоненное к приводному валу колесо движителя формирует переменную по ширине колею, значит, при качении периодически увеличивается плечо действия нормальной реакции дороги и момент, изгибающий приводной вал, что может привести к снижению ресурса работы последнего.
К движителям с управляемым плоско-параллельным смещением приводного вала (рис. 1.5, г) относится колесный движитель перекатывающегося типа [100-103].
МТТМ, оборудованные КДПТ, способны передвигаться по любым типам поверхностей (твердые дороги, пахота, болото, песок, снежная целина и т.д.).
Конструкция КДТП (рис. 1.6) состоит из следующих основных элементов [100-103]: опорно-приводного вала /, полого колеса 2 и несущих боковин 3 из полимерного материала. Опорно-приводной вал 7, обеспечивающий вращение движителя, выполнен в виде вала-шестерни. Для обеспечения сборки ролик 4 вала 1 выполнен съемным. Ролики служат для передачи вертикальной нагрузки от остова 5 машины к внутренней поверхности полого колеса 2. Подшипниковый узел 6 обеспечивает надежную фиксацию опорно-приводного вала в корпусе машины от радиальных и осевых перемещений. Внутри колеса 2 закреплен зубчатый венец 7. Опорно-приводной вал / с зубчатым зацеплением 7, реализует подводимый движущий момент. Во избежание осевых и радиальных смещений крепление полого колеса 2 к опорно-приводному валу 1 осуществляется с помощью несущих боковин 3, скрепленных шпильками 8. Такое конструктивное исполнение обеспечивает жесткость конструкции подвижной части движителя и защищает внутреннею полость от попадания посторонних предметов при движении.
Оборудование и приборы для экспериментальных исследований
При создании машин и прочих технических объектов широко применяется моделирование. Моделирование представляет собой процесс замены реального объекта исследований некоторой его моделью. Различают моделирование предметное и абстрактное [127,128].
При предметном моделировании строят модель, которая отражает физическую сущность объекта. Но этот вид моделирования связан с большими временными и материальными затратами, поэтому в настоящее время на практике используется редко.
В настоящее время наиболее широкое применение нашло абстрактное моделирование, основанное на построении абстрактной модели объекта. Такая модель представляет собой систему математических соотношений - формул, функций, уравнений, описывающих те или иные стороны изучаемого объекта, явления, процесса [127]. Это моделирование позволяет посредством математических символов и зависимостей составить описание функционирования технического объекта в окружающей среде, определить выходные параметры, характеристики и т.д. Преимущества математических моделей состоят в том, что они позволяют получить предварительные результаты расчетов при значительном сокращении объема экспериментальных исследований и доводочных работ.
Вид математической модели зависит как от природы реального объекта, так и от задач исследования объекта и требуемой точности и достоверности решения этой задачи. Любая математическая модель, как и всякая другая, описывает реальный объект лишь с некоторой степенью приближения к дей 53 ствительности, поэтому при их составлении принимаются определенного рода допущения.
В данной работе приняты следующие допущения: - движение колес движителя осуществляется по горизонтальной поверхности; - полые колеса КДПТ выполнены в виде плоского недеформируемого обода; - полые колеса по характеру взаимодействия с опорной поверхностью работают в ведущем режиме; - движение опорно-приводного вала по внутренней поверхности полого колеса происходит без буксования и скольжения; - угол ср, характеризующий положение опорно-приводного вала относительно вертикальной оси, проходящей через геометрический центр полого колеса С, (см. рис. 2.1), может изменяться в пределах от 0 до 90; - под колесами движителя правых и левых бортов МТТМ физико механические свойства опорной поверхности одинаковые; - грунт является однородным и его физико-механические свойства опи сываются выражениями (1.6) и (1.10); - усилия в грунте передаются от поверхности на глубину непрерывно. При качении колеса КДПТ по опорной поверхности взаимодействие с плоскостью качения осуществляется по прямой линии.
Согласно принятым допущениям колесо движителя имеет две степени свободы и его положение в любой момент времени определяется двумя обобщенными координатами (рис.2.1): х - горизонтальным перемещением геометрического центра С, полого колеса движителя и углом поворота ср геометрического центра С2 опорно-приводного вала относительно вертикали, проходящей через геометрический центр Сх. На рис. 2.1 представлена кинематическая схема качения колеса КДПТ при разгоне по твердой поверхности без скольжения и буксования. Индексы 1 и 2 соответствуют значениям полого колеса и опорно-приводного вала. Индексы (е) и (г) соответствуют значениям в переносном и относительном движении.
Основными геометрическими и кинематическими характеристиками единичного колеса КДПТ движителя являются: радиус внутренней поверхности полого колеса г,, радиус опорно-приводного вала г2, толщина обода Ь, скорости и ускорения геометрических центров колеса VC] ,аа и опорно 55 приводного вала VC2, aC2\ угловые скорости и ускорения полого колеса сох,ЕХ и опорно-приводного вала со2,є2. Полое колесо и опорно-приводной вал представляют собой единую систему с взаимосвязанными кинематическими параметрами.
Движение колеса описывается в неподвижной прямоугольной системе координат XOY .
При качении единичного колеса траектории всех его точек лежат в плоскостях, параллельных неподвижной плоскости XOY , следовательно, колесо совершает плоское движение. Скорости всех точек плоской фигуры являются в данный момент скоростями при вращении вокруг мгновенного центра скоростей (МЦС) [129-132]. Зная положение МЦС относительно опорной поверхности, можно найти в конкретный момент времени направления и модули скоростей любых точек колеса и опорно-приводного вала КДПТ.
Моделирование процесса движения мобильной транспортно-технологической машины, оборудованной колесным движителем перекатывающегося типа по деформируемой поверхности
Отметчик оборотов ТРАК-6 опорно-приводного вала движителя представляет собой устройство для получения электрического импульса бесконтактного типа. Отметчик оборотов установлен так, что его ось вращения и ось вала движителя совпадают.
Принципиальная схема бесконтактного устройства для замера частоты вращения показана на рис. 3.7. Он работает следующим образом. Когда вращения опорно-приводного вала 1 нет, электродвижущая сила не генерируется и сигнал от индуктивного датчика 2 на канал 3 самописца Н-327-3 не поступает. Если вал 1 начинает вращение, то начинает вращаться вблизи полюсов выступ 4 из магнитного материала и в катушках магнита наводится переменная ЭДС. После этого на канал самописца поступает электрический сигнал, а на осциллограмму записывается частота вращения опорно-приводного вала. За один оборот опорно-приводного вала на ленте самописца фиксировалось два электрических сигнала от отметчика оборотов ТРАК-;6.
Замер частоты вращения колеса движителя производился при помощи концевого выключателя дискретного типа, который монтировался на стойке 6 (см рис. 3.4,6) при помощи металлической пластины 3.
За один оборот колеса движителя на разъем отметчика событий самописца поступало три сигнала от выключателя, которые фиксировались на ленте самописца. Перед началом и в конце экспериментальных исследований для проверки экспериментальных данных производилась градуировка потенциомет 102 рического датчика ПТП-50 и мездозы мембранного типа. Для этого экспериментальная установка вывешивалась с помощью электрической тали (в подъемную цепь монтировался индикаторный динамометр типа ДОР №1 (см. рис. ЗЛ,а)). Затем установка опускалась в несколько приемов на поверхность грунтового ящика, где находилась месдоза. В момент опускания фиксировалось изменение нагрузки на датчик со стороны колеса движителя. Сигнал от мездозы поступал на регистрирующий канал самописца. Замеры проводились несколько раз с грузами разной массы.
При градуировке потенциометрического датчика установка также вывешивалась с подключенной регистрирующей аппаратурой. На колесо монтировалась стойка 6 с графитовой вставкой 7 (см. рис. 3.4. б). После этого колесо поворачивалось на угол ц (см. рис. 3.5,6) с шагом 5 градусов (контроль требуемого угла производился с помощью градуированной ленты, зафиксированной на борту установки). Сигнал от датчика записывался на ленте самописца.
Путем сравнения результатов измерения датчиков с показаниями динамометра и визуальным контролем угла р находился тарировочный коэффициент пропорциональности для каждого датчика, позволяющий преобразовывать размерность величины записанного сигнала в величину измеряемой физической величины. Все градуировки по каждому виду датчиков при многократном повторении давали одинаковые результаты.
В соответствии с задачами экспериментальных исследований была разработана методика на основе ГОСТ 23734-98 [142] и ГОСТ 7057-2001 [143] при следующих технических условиях проведения экспериментальных исследований: - длина мерного участка грунтового канала принималась равной 3 м с длиной полосы разгона и выбега 1,5 м в начале и конце мерного участка, так как исследовалось установившееся движение установки; 103 - горизонтальные участки выбирались однородными по физико механическим свойствам поверхности движения (глубине деформируемого слоя, плотности и влажности) и с одинаковым рельефом; - абсолютная влажность поверхности пути на выбранном участке определялась путем взятия грунтовых проб с глубины 100 мм в разных местах участка каждый день до начала проведения эксперимента; - твердость поверхности пути до и после эксперимента определялась с помощью динамического ударника ДорНИИ; - экспериментальные исследования проводились при трех разных нагрузках.
Экспериментальные исследования производились с соблюдением определенных условий: - температура окружающей среды во время эксперимента колебалась в пределах от плюс 15 до плюс 25; - средняя температура за период испытаний составила плюс 18; - непосредственно перед заездами мерный участок перекапывался на глубину 0,26 м; - для определения влажности бралось десять проб грунта режущим цилиндром 1 (рис. 3.10) с глубины 0,1 м, затем образцы грунта помещались в герметически закрытые металлические сосуды 2 и взвешивались на аналитических весах; - после взвешивания закрытых сосудов с грунтом они открывались и высушивались до неизменной массы при температуре 105 С; - влажность W грунта для каждого образца определялась по формуле w=mB-mc100o/o (3.13) mc-mn где mB - масса влажного грунта и сосуда, г; тс - масса сухого грунта и сосуда, г; тп - масса сосуда, г.
До прохода установки и после измерялись твердость и плотность по 104 верхности движения. Твердость грунта определялась динамическим твердомером ДорНИИ (рис. 3.9) по числу ударов Суд груза массой 2,5 кг, сбрасываемого с высоты 0,4 м. Подробное описание динамического твердомера приведено в работах [89,126]. Ударяясь о поверхность упора, груз производит погружение наконечника площадью 0,001 м на определенную глубину. Твердость грунта находилась по количеству ударов до погружения наконечника на глубину 0,1 м, как среднее арифметическое из пяти опытов.
