Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 10
1.1. Анализ тенденций развития гусеничных движителей тяговых и транспортных машин с РАГ 10
1.2. Анализ современных конструкций резиноармированных гусениц 18
1.3. Перспективы применения РАГ в отечественном машиностроении 22
1.4. Анализ существующих направлений работ по РАГ 29
1.5. Параметры нагруженности, долговечности и постоянные составляющие натяжения РАГ 30
1.6. Анализ существующих методов оценки нагруженности, долговечности и постоянных составляющих натяжения РАГ 35
1.7. Задачи исследования 42
2. Теоретическое исследование нагруженности и долговечности резиноармированных гусениц 44
2.1. Растяжение РАГ 44
2.1.1. Математическая модель растяжения РАГ 44
2.1.2. Аналитическое выражение жесткости при растяжении 51
2.1.3. Достоверность и обоснованность полученных результатов 51
2.1.4. Динамическая продольная жесткость 53
2.2. Изгиб РАГ 56
2.2.1. Математическая модель изгиба РАГ 56
2.2.2. Аналитическое выражение жесткости при изгибе 59
2.2.3. Достоверность и обоснованность полученных результатов 60
2.2.4. Изгиб РАГ в плане 62
2.3. Продольное скручивание РАГ 64
2.3.1. Предпосылки для расчета жесткости РАГ при скручивании 64
2.4. Долговечность РАГ 66
2.4.1. Обработка результатов экспериментальных исследований долговечности РАГ з
2.4.2. Расчетно-экспериментальная оценка долговечности PAT 71
2.4.3. Способ повышения долговечности РАГ 75
2.5. Выводы по второй главе 81
3. Теоретическое исследование постоянных составляющих натяжения резиноармированных гусениц 82
3.1. Растягивающее усилие в гусеничном обводе 82
3.1.1. Влияние тягового усилия и динамического натяжения на работоспособность гусеничного обвода 82
3.1.2. Влияние усилия предварительного статического натяжения на работоспособность гусеничного обвода 83
3.2. Предварительное статическое натяжение РАГ 85
3.2.1. Математическая модель статического провисания РАГ 85
3.2.2. Аналитическое выражение параметров статического провисания РАГ 87
3.2.3. Достоверность и обоснованность полученных результатов 89
3.3. Натяжение РАГ от центробежных сил 99
3.3.1. Математическая модель динамического натяжения РАГ 99
3.3.2. Аналитическое выражение параметров 100
динамического натяжения РАГ 100
3.3.3. Достоверность и обоснованность полученных результатов 101
3.4. Выводы по третьей главе 109
4. Экспериментальные исследования нагруженности, долговечности и постоянных составляющих натяжения резиноармированных гусениц
4.1. Продольное растяжение, поперечный изгиб и циклическая долговечность ПО
4.1.1. Объекты и задачи исследования ПО
4.1.2. Характеристика испытательного оборудования и приспособлений 111
4.1.3. Методика проведения экспериментальных исследований 118
4.1.4. Результаты экспериментальных исследований
4.2. Способ повышения долговечности РАГ 124
4.3. Продольное скручивание РАГ
4.3.1. Объекты и задачи исследования 127
4.3.2. Характеристика испытательного оборудования и приспособлений 128
4.3.3. Методика экспериментальных исследований 131
4.3.4. Результаты экспериментальных исследований 132
4.4. Постоянные составляющие натяжения РАГ 132
4.4.1. Объекты и задачи исследования 132
4.4.2. Характеристика испытательного оборудования и приспособлений 133
4.4.3. Методика проведения экспериментальных исследований 138
4.4.4. Результаты экспериментальных исследований 139
4.5. Выводы по четвертой главе 139
5. Исследование динамической нагруженности гусеничного обвода трактора класса 60 кН 141
5.1. Общая информация о тракторе 141
5.2. Тяговый баланс трактора 144
5.3. Динамическая нагруженность гусеничного обвода 147
5.4. Выводы по пятой главе 148
Основные результаты и выводы 151
Список литературы 152
- Анализ существующих направлений работ по РАГ
- Достоверность и обоснованность полученных результатов
- Влияние тягового усилия и динамического натяжения на работоспособность гусеничного обвода
- Характеристика испытательного оборудования и приспособлений
Введение к работе
Актуальность работы. Резиноармированные гусеницы (РАГ) сегодня находят все более широкое применение на зарубежной технике различного назначения, точнее на сельскохозяйственных (с/х), промышленных, военных гусеничных машинах. В РФ ведутся работы по созданию конструкции и технологии изготовления РАГ, но только в последние годы - по организации их серийного производства. Ходовые системы с РАГ позволяют повысить эффективность машин за счет высокого ресурса и надежности, низкого уровня шума, вибрации и уплотняющего воздействия на почву, асфальтоходности.
Основными факторами, определяющими работоспособность и надежность гусеничных обводов (ГО) являются их статическая и динамическая на-груженность. Статическая нагруженность характеризуется показателями жесткости при различных режимах нагружения, позволяющих оценить конструктивные параметры РАГ на стадии проектирования. Динамическая нагруженность характеризуется составляющими натяжения, влияющими на работоспособность РАГ в ГО, а также на ее долговечность.
В настоящее время отсутствуют какие-либо достоверные методики расчета РАГ, в т.ч. показателей ее нагруженности и долговечности.
Разработка методов оценки нагруженности и долговечности РАГ позволит обеспечить выбор оптимальных конструктивных параметров РАГ на стадии проектирования и создать надежный и работоспособный движитель.
Целью работы является разработка расчетно-экспериментальных методов оценки нагруженности и долговечности РАГ тракторов и комбайнов.
Объекты исследований: полноразмерные РАГ 645x125x75 и 470x126x61 отечественной конструкции тракторов Агромаш-Руслан (ЧН-6) и Агромаш-150ТГ (ВТ-150), РАГ Bridgestone 645x125x74 трактора НАТИ-04, фрагменты РАГ 470x126x4 с тросовым и кордным армирующими слоями.
Методы исследований. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические исследования основаны на применении методов аналитической механики, теории гусеничных машин, сопротивления материалов, теории упругости. Экспериментальные исследования основаны на общих принципах планирования и проведения статических, усталостных и эксплуатационных испытаний, а также принципах обработки результатов экспериментов. Эксперименты проводились на лабораторных установках, имитирующих основные статические и динамические нагрузочные режимы РАГ с использованием фрагментов РАГ типоразмера 470x126x4, на с/х тракторах НАТИ-04 и ВТ-150 с использованием полноразмерных РАГ типоразмеров 645x125x74 и 470x126x61.
Научная новизна работы заключается в следующем:
S Разработаны математические модели и аналитические выражения для расчета продольной и изгибной жесткости РАГ с учетом многокомпонентности и многослойности конструкции.
S Проведена комплексная экспериментальная оценка продольной и изгибной жесткости РАГ с доработкой оборудования и методики эксперимента и последующей оценкой достоверности разработанных математических моделей и аналитических выражений.
S Проведена расчетно-экспериментальная оценка долговечности РАГ с учетом вероятностной загрузки по растягивающему усилию и коэффициентов ускорения по углу и частоте перегиба РАГ с доработкой оборудования и методики эксперимента, предложением способа повышения долговечности.
S Разработаны математические модели и аналитические выражения для расчета стрелы статического провисания РАГ в зависимости от усилия предварительного статического натяжения РАГ и ее динамического натяжения от центробежных сил от скорости движения машины.
S Проведена экспериментальная оценка параметров статического провисания РАГ и ее динамического натяжения от центробежных сил в комплексе с динамической нагруженностью ГО с разработкой методики эксперимента и последующей оценкой достоверности разработанных математических моделей и аналитических выражений.
S Предложен аналитический метод выбора оптимальной величины усилия предварительного статического натяжения РАГ.
Практическая значимость. Предложенные методы оценки нагруженно-сти и долговечности РАГ позволяют выбрать ее параметры на стадии проектирования для обеспечения работоспособности РАГ в ГО при различных режимах нагружения, оптимальную величину предварительного статического натяжения РАГ. Для реализации рекомендаций по выбору и поддержанию оптимальной величины усилия предварительного статического натяжения и повышению долговечности РАГ разработано натяжное устройство, на которое получен патент на полезную модель. Разработанное устройство для оценки жесткости РАГ при продольном скручивании, на которое также получен патент на полезную модель, дополняет оборудование, необходимое для стендовых испытаний образцов РАГ. Разработанные рекомендации позволят создать оптимальную конструкцию РАГ.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
S Математические модели и аналитические выражения для расчета продольной и изгибной жесткости РАГ.
S Экспериментальная оценка продольной и изгибной жесткости РАГ. S Расчетно-экспериментальная оценка долговечности РАГ и способ ее повышения.
S Математические модели и аналитические выражения для расчета стрелы статического провисания РАГ в зависимости от усилия предварительного статического натяжения РАГ и ее динамического натяжения от центробежных сил от скорости движения машины.
S Экспериментальная оценка параметров статического провисания РАГ и ее динамического натяжения от центробежных сил в комплексе с динамической нагруженностью ГО.
S Аналитический метод выбора оптимальной величины усилия предварительного статического натяжения РАГ.
Реализация результатов работы. Устройство для оценки жесткости РАГ при продольном скручивании изготовлено, внедрено и используется в процессе лабораторных стендовых испытаний РАГ различных конструкций и типоразмеров в ОАО «НИИ стали». Рекомендации, изложенные в работе, приняты при доработке КД на РАГ ОАО «НИИ стали» на стадии подготовки их серийного производства для тракторов Агромаш-Руслан и Агромаш-150ТГ.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях научно-технического совета ОАО «НИИ стали» (2011-2015 гг.), на 5-6 Всероссийской научно-технической конференции «Будущее машиностроения России» МГТУ им. Н.Э. Баумана (2012-2013 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, среди которых 2 патента на полезную модель и 4 работы опубликованы в рецензируемых изданиях, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 204 страницах машинописного текста, включая 59 рисунков, 34 таблицы и 15 приложений.
Анализ существующих направлений работ по РАГ
Существует определенная система классификации эластичных гусениц [5, 9, 65]. Причем РАГ и резиноленточные гусеницы (РЛГ) помешены в одну группу эластичных гусениц [9]. Хотя РЛГ представляют собой конструкции, зачастую состоящие из одной или более резиновых лент, армированных тканевым, композитным или металлическим кордом, соединенных механическим способом (болтовыми или заклепочными соединениями) с металлическими элементами зацепления с ВК и направления опорных катков, а также с металлическими почвозацепами. За счет возможности соединения различного числа лент можно значительно уменьшить уплотняющее воздействие машины на почву и увеличить ее проходимость [9]. РЛГ нашли широкое применение на машинах специального назначения с общей массой до 40 тонн: на снегоболотоходах, снегоходах, вездеходных транспортных средствах и даже на машинах специального назначения [9]. На современных с/х машинах не применяются.
К преимуществам РЛГ можно отнести регулируемость ширины, что повышает проходимость машины, малый шум и вибрация в эксплуатации по сравнению с металлическими гусеницами.
К недостаткам РЛГ следует отнести невысокий ресурс работы механических соединений, зачастую невозможность применения на дорогах с усовершенствованным покрытием в виду возможности его повреждения.
РАГ представляют собой цельные замкнутые (бесконечные) конструкции, состоящие из нескольких полимерных слоев (беговая дорожка, протекторная часть и обкладочная часть для корда), соединенных между собой химическим способом, преимущественно посредством высокотемпературной адгезии вулканизации, и армированными в продольном направлении металлическим, композиционным или тканевым кордом, а в поперечном - металлическими или композитными ЗЭ. В последнее время появились конструкции без ЗЭ, что значительно (в два и более раз) позволяет снизить массу гусеницы.
КПД РЛГ выше, чем у гусениц других типов, однако выделяются имеют место упругие и остаточные деформации при растяжении, зависимость физико-механических свойств материала лент от температуры, старение резины, а также трудоемкость сборки гусениц [9].
Для РАГ исключаются остаточные деформации, а упругие являются допустимыми при соблюдении заданного технологического процесса их изготовления, подборе рецептур полимеров, обеспечивающих высокую температурную, химическую стойкость, а также стойкость к механическим повреждениям, подборе противостарителей и т.д. Технологический процесс сборки РЛГ трудоемок при наличии большого количества механически соединяемых между собой деталей, однако это позволяет производить замену вышедших из строя деталей даже в полевых условиях. Технологический процесс сборки РАГ заключается в спекании всех деталей в пресс-форме [75], что не позволяет произвести полноценный ремонт, например при обрыве трака в полевых условиях - возможно лишь восстановление трещин и предохранение армирующего полотна от коррозии.
РАГ и РЛГ в настоящее время применяются во всем мире на транспортных и тяговых машинах различного назначения, в т.ч. и специального, легкой и средней категории по массе - до 40 тонн [20].
РАГ и РЛГ нашли широкое применение на транспортерах снегоболотоходах ДТ-2П и ДТ-4П семейства «Витязь» [9, 42].
В настоящее время разработкой и производством РАГ занимаются следующие производители: Caterpillar, Camoplast Inc., Solideal, Goodyear, Omnitrac, Mattracks, Soucy International, Bridgestone, Agom, Diehl и др.
Проведенный анализ зарубежных и отечественных патентов [59] (порядка 360 патентных документов с 01.01.1991 года по пунктам МІЖ B62D55/24 и B62D55/253), относящихся к конструктивному исполнению современных РАГ для тракторов и комбайнов [86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 94, 95, 96], позволил установить следующее: 1. Значительная часть патентов [86, 87, 88, 89, 90, 92, 94, 95, 96] получена на конструкцию РАГ с армирующим слоем в виде металлотроса. 2. Подавляющее число патентов [86, 87, 88, 89, 90, 92, 94, 95, 96] получено на конструкцию РАГ с активным (цевочным) зацеплением РАГ с зубчатым ВК. В патенте Bridgestone JP 2008049954 (А) [92] «Metal core for rubber crawler, and rubber crawler using the same (Металлический ЗЭ для РАГ и РАГ с таким ЗЭ)» акцент сделан на схему расположения тросов относительно ЗЭ. В патенте US 2009200863 (А1) [87] «Coreless rubber crawler track (РАГ без ЗЭ)» описано применение многослойного тросового полотна, исключающего применение ЗЭ за счет определенного способа его укладки (рис. 1.2). Патент US 2004224118 (А1) [90] «Elastic endless crawler and method of manufacturing the same (Эластичная бесконечная гусеница и метод её производства)» посвящен методу укладки троса при производстве гусеницы и заделки его концов (рис. 1.3). Патенты показывают, что тенденции развития направлены на обеспечение наилучшей связи между резиновым основанием гусеницы и его армирующим слоем - тросовым полотном [87, 90, 94, 95], а также на повышение поперечной, боковой и продольной жесткости РАГ [86].
Достоверность и обоснованность полученных результатов
Если разработанную ММ растяжения РАГ (рис. 2.2), приведенную к фрагменту РАГ преобразовать в ММ растяжения ветви РАГ, то полученная модель будет аналогична модели профессоров Платонова, Веселова (рис. 1.8). Т.е. динамическую ПЖ РАГ можно определить по методике, изложенной в статье [10]. Уравнения для расчета свободных продольных колебаний участка эластичной гусеницы записываются с помощью системы уравнений [10]: r та- x\ + (3 (x\ — х2) + к (хх — х2) = 0; Применение для конструкций РАГ низких показателей ПЖ сближает частоты собственных колебаний ветви и возмущающего воздействия, что может привести к появлению резонансных явлений в гусенице, приводящих к нарушению ее работы, увеличению износа, снижению долговечности и т.д. Для увеличения частоты собственных колебаний РАГ необходимо снижать массу ее шагов или увеличивать величину статической ПЖ.
Для РАГ 470 массу шага необходимо уменьшить до 0,3 кг - оставить тросовое полотно. Т.е. очевидна тенденция снижения массы гусеницы и в дальнейшем, возможно, исключения ЗЭ из конструкции.
Снижение массы позволит увеличить статическую составляющую ПЖ в 5 и более раз за счет увеличения площади сдвига ЗЭ.
Снижение массы или исключение из конструкции РАГ ЗЭ сократит расхождение статических и динамических показателей до 50%, а уменьшение толщины гусеницы - сведет его к минимуму.
Таким образом, главная рекомендация по совершенствованию конструкции РАГ заключается в снижении массы, а возможно в дальнейшем и исключении ЗЭ из конструкции, что приведет к возможности создания комбинированного зацепления РАГ с ВК. Все это помимо уменьшения продольных колебаний и увеличения ПЖ, приведет к снижению изгибной жесткости и соответственно потерь на перематывание РАГ.
Изгибная жесткость (ИЖ) РАГ, как многокомпонентной и многослойной конструкции, является характеристикой ее изгиба и позволяет оценить податливость конструкции от приложенного к ней изгибающего момента.
Для исследования ИЖ выбран двухшаговый фрагмент РАГ типоразмера 470x126x61 трактора ВТ-150. На рис. 2.7 представлен фрагмент РАГ в деформированном состоянии. Фрагмент выбран для сопоставления с соответствующими результатами экспериментального исследования ИЖ образцов РАГ и оценки достоверности ММ и аналитической зависимости.
На рис. 2.8 представлена ММ для расчета ИЖ РАГ. При использовании дифференциального уравнения изогнутой оси балки для определения жесткости, прогибов и углов поворота сечений металлических балок (dy\2 1 в виду малости значений углов поворота знаменателем [1 + (—) ]2 обычно пренебрегают [14, 64, 72]. Однако в данном случае углы поворота сечения РАГ достигают 30. Поэтому для расчета учитывалось все выражение. Рис. 2.7. Фрагмент РАГ в деформированном состоянии Описание математической модели изгиба РАГ При изгибе РАГ в угловых точках обвода изгибающий момент прикладывается ко всему массиву конструкции. При огибании гусеницы ВК изгибающий момент прикладывается к ЗЭ. Достоверность значения ИЖ определяется из условия высокой прочности соединения слоев ОР и ТП, ПР и ОР, БР и ПР, ЗЭ с БР и ПР (раздел 2.1.1). При изгибе фрагмента РАГ (рис. 2.8) жесткость сечения определяется совокупностью жесткости сечений отдельно взятых слоев. При этом ТП, состоящее из нитей малого диаметра образует гибкую систему, отличную от цельного стержня с диаметром троса, что говорит о необходимости учета ИЖ ТП в общем аналитическом выражении ИЖ.
В основе лежит принцип чистого изгиба, фрагмент нагружен только изгибающим моментом, и гипотеза плоских сечений, которые остаются плоскими после деформации, т.к. лишь поворачиваются относительно нейтральной линии. Фрагмент - многокомпонентная и многослойная балка длиной Но.
ИЖ фрагмента РАГ определялась с помощью уравнения изогнутой оси балки [14, 64, 72] с учетом жесткости сечений отдельно взятых слоев. Рис. 2.8. Математическая модель изгиба РАГ а) - сечение РАГ и его характеристики; б) исходная модель; в) - эквивалентная модель; Мх - изгибающий момент, Нм; Атж, А&р., Ап , Аор. - площади поперечных сечений слоев ТП, БР, ПР и ОР на участке между ЗЭ, м ; Етж, Е&р., Еп , Еор. -модули упругости слоев, МПа; /Хтп; Ухб Ухп Jx0 моменты инерции сечений слоев относительно заданной нейтральной линии, м; уСтп; уСб ; Уса Ус0 координаты центра тяжести слоев, м; 10 - шаг, м; R0= р - радиус кривизны оси, м; fi = р - угол порота сечения оси (угол изгиба оси балки), рад; у о - координата смещенной нейтральной линии, м;/(х), fmax - прогиб оси текущий - в сечении X и максимальный - в сечении 2/ , м 2.2.2. Аналитическое выражение жесткости при изгибе
Как отмечалось выше, изгиб гусеницы в плане - увод опорной ветви при движении машины на повороте, возникает в результате действия сил сопротивления повороту [39, 74] и характеризуется угловой податливостью массива конструкции в опасном сечении между ЗЭ в плоскости действия момента.
Фактически данный вид нагружения представляет собой поперечный изгиб РАГ, но в другой плоскости (в плане гусеницы). Поэтому в качестве ММ изгиба РАГ в плане может быть выбрана ММ изгиба РАГ (рис. 2.8), перевернутую в плоскость плана с приложением в этой плоскости изгибающего момента. При этом сохраняются все принятые допущения и условия достоверности, различие будет заключаться в геометрических характеристиках сечения.
В таблице 2.10 приведены результаты расчета жесткости различных РАГ при поперечном изгибе и изгибе в плане.
Большое значение ИЖ при поперечном изгибе РАГ увеличивает потери мощности двигателя на перематывание, требует более высокого значения предварительного статического натяжения и т.д. Поэтому необходимо стремиться к снижению изгибной жесткости РАГ. Как отмечено в разделе 2.2.5 этого можно достичь путем изменения конструкции и материала ЗЭ с возможным его исключением в дальнейшем из конструкции РАГ.
Влияние тягового усилия и динамического натяжения на работоспособность гусеничного обвода
Результатом экспериментального исследования параметров натяжения РАГ Bndgestone трактора НАТИ-04 от ЦБС, характеристики которого приведены в четвертой главе настоящего исследования, являются графики (осциллограммы) колебаний давления в цилиндре натяжного устройства от времени при движении машины на различных режимах. Особый интерес для исследования динамики представляет режим движения машины на повышенной передаче в транспортном диапазоне скоростей.
Колебания давления в цилиндре натяжного устройства иллюстрируют колебания суммарного растягивающего усилия в ГО в зависимости от переменных и постоянных составляющих натяжения гусеницы, т.ч. и Тц.
Осциллограммы колебаний растягивающих усилий в обводе при движении трактора на повышенной передаче в транспортном диапазоне скоростей на различных почвенных фонах представлены на рис. 3.9-3.10.
Характеристики были получены путем непрерывной записи показаний датчика давления PGT-10 USB от времени с последующим пересчетом давления датчика в растягивающее усилие в ГО.
Для этого использовались зависимости 3.18 и 3.22. Вместо усилия статического натяжения Тст подставляется значение суммарного растягивающего усилия Трсумм, т.к. в ГО при движении машины действуют еще постоянные и переменные составляющие натяжения.
Общее выражение Трсумм с учетом зависимостей 3.18 и 3.22 примет вид: cos у Экспериментальные и аппроксимирующие зависимости углов наклона векторов соответствующих усилий от давления в цилиндре натяжного устройства, определяемого датчиком давления, представлены на рис. 3.11. Характеристики построены исходя из данных таблицы 3.2. q - удельный вес гусеницы, Н/м; Авк, Анр, Анк - центральные углы охвата ветвей РАГ на ВК, ПР и НК, ; гвк, гнр, гнк -соответствующие средние радиусы ленты на участках охвата, м; Мвк - момент на ВК, Нм; Тц\ - ТЦ5 - соответствующие усилия натяжения от ЦБС на различных участках РАГ, Н; Рц] - РЦ5 - соответствующие равнодействующие ЦБС на различных участках РАГ, Н; R] HR.2- радиусы кривизны соответствующих провисающих участков ветвей РАГ, м
Колебания суммарного растягивающего усилия в гусеничном обводе при движении машины на повышенной транспортной передаче по полю, подготовленному под посев, на стерне колосовых
Из таблицы 3.5 видно, что амплитуды и отклонения растягивающих усилий в обводе машины при ее движении по грунтовой дороге несколько меньше, чем при движении машины по стерне колосовых или полю, подготовленному под посев. Это объясняется меньшими колебаниями корпуса машины и соответственно растягивающих усилий на более ровной дороге.
Если учесть, что режим движения машины является установившимся, т.е. ее скорость постоянна, а рельеф опорной поверхности является относительно гладким, то динамическими (переменными) составляющими натяжения в данном случае можно пренебречь.
Тц увеличивает начальное растягивающее усилие в обводе Тр, что объясняет максимальные и средние положительные скачки амплитуды растягивающих усилий, а Рвк - снижает начальное Тр, что объясняет максимальные и средние отрицательные скачки амплитуды растягивающих усилий. В этом заключается природа колебанийТр при движении машины.
Тогда максимальные и средние положительные отклонения Тр от начального значения представляют собой значения Тц.
Начальная величина Тр меньше Тст на величину порядка 8,65 кН. Это постоянная величина Рвк, постоянно ослабляющая Тр гусеницы. Она определяется из формулы 3.1: р вк - = 8,65 кН, 1 + с% где св 1-і = 1,79 - отношение длин свободной и рабочей ветвей гусеницы. В данном случае Рвк = 24 кН, что вполне соответствует трактору класса 5...6 на повышенной передаче в транспортном диапазоне скоростей. Тогда можно определить суммарное Тр в ГО трактора НАТИ-04, учитывая следующие составляющие: Тст (18,56 кН), ослабляющую составляющую от тягового усилия на ведущем колесе (8,65 кН), усиливающую составляющую от Тц (4,05 кН) и ослабляющую динамическую составляющую от колебаний ветвей гусеницы, корпуса машины и Рвк (4,91 кН): Тр = 18,56 - 8,65 + 4,05 - 4,91 = 9,05 кН Это означает, что при действии в обводе всех составляющих растягивающего усилия его суммарная величина является положительной, что позволяет сохранить надежную работоспособность гусеницы - исключить ее спадание с обвода. При этом желательно, чтобы суммарное Тр в обводе для стабильной работы наклонной ветви было больше или равно нулю [51]. В случае внезапного перехода трактора на номинальное тяговое усилие 50...60 кН значение Тр станет отрицательным, т.е. исходного Тст не хватает для обеспечения работоспособности гусеницы и возникает вероятность спадания. Поэтому для РАГ трактора НАТИ-04 во избежание отрицательных последствий, исходя из динамической нагруженности ГО, необходимо устанавливать величину Тст не менее 23...25 кН.
На рис. 3.11 представлена расчетная зависимость Тц от скорости движения с учетом и без учета продольной жесткости. В таблице П.6 и на рис. П.5 представлен сценарий программы для расчета Тц в среде Matlab.
При скорости движения трактора около 24 км/ч (6,67 м/с) расчетное значение Тц составит 4,468 кН. Расхождение с экспериментом составит 9,37 %, что говорит о достоверности разработанной аналитической зависимости.
Из рис. 3.12 видно, что ПЖ РАГ практически не влияет на величину Тц при низких скоростях движения машины. Однако при увеличении скоростей расхождение возрастает. Для РАГ тихоходных машин можно пользоваться той зависимостью, что и для звенчатых гусениц без учета вытяжки.
Характеристика испытательного оборудования и приспособлений
После тарировки датчик в сборе со штуцером, заполненным маслом, устанавливался в отверстие цилиндра АНУ, как показано нарис. 3.4 и 4.20. Первым этапом испытаний было исследование параметров предварительного статического натяжения РАГ. Для этого трактор был установлен на твердую ровную поверхность. При этом двигатель был выключен, а машина стояла на ручном тормозе.
Давление в цилиндре изменялось ступенчато посредством нагнетания густой смазки Литол-24 в ручную с помощью пресс-шприца. При этом ступень приложения давления составляла приблизительно 5 МПа. Пределы создаваемого давления были ограничены диапазоном 0-13 МПа.
При этом на каждой ступени давления в цилиндре замерялся ряд геометрических параметров гусеничного обвода трактора, приведенный в таблице 3.2 в разделе экспериментальные замеры, а именно: вертикальный провис ветви в середине ее пролета, длина участка ветви, пролет ветви, ход штока, а также ряд других параметров для последующего графического уточнения замеренных характеристик.
Данные параметры контролировались для двух участков свободной ветви РАГ: участка между ВК и НК и ПР и НК.
Замер геометрических параметров осуществлялся посредством механического измерительного инструментом прямым измерением. Для замера вертикального провиса участка ветви между соответствующими элементами ГО натягивалась леска (посредством привязанных с двух концов грузиков), и на половине длины пролета с помощью линейки замерялась данная величина.
Вторым этапом было исследование динамической нагруженности ГО, т.е. изменение растягивающего усилия в ГО при движении машины на повышенной транспортной передаче на различных почвенных фонах.
Для этого трактор был установлен на горизонтальном участке поля - на стерне колосовых (поле, подготовленном под посев) и на грунтовой дороге.
Трактор, двигаясь прямолинейно, разгонялся до транспортной передачи, после чего осуществлялась запись колебаний давления в цилиндре. При этом трактор совершал по два заезда в указанных дорожных условиях.
Результаты экспериментального исследования предварительного статического натяжения РАГ трактора НАТИ-04 приведены в таблице 3.2. Результаты экспериментального исследования динамической нагруженности ГО трактора НАТИ-04 приведены на рис. П.31, П.32.
Обработка результатов экспериментов, их анализ и основные выводы приведены в третьей главе настоящего исследования.
1. Проведена экспериментальная оценка продольной жесткости образцов РАГ различной конструкции при растяжении с применением доработанных оборудования и методики проведения эксперимента, определением податливости ЗЭ в массиве резины и оценкой влияния конструктивных параметров и наличия повреждений на величину продольной жесткости.
2. Проведена экспериментальная оценка изгибной жесткости образцов РАГ различной конструкции при поперечном изгибе с применением доработанных оборудования и методики проведения эксперимента, определением податливости массива конструкции РАГ в направлении действия изгибающего момента и оценкой влияния конструктивных параметров и наличия повреждений на величину изгибной жесткости.
3. Проведена экспериментальная оценка жесткости образцов РАГ различной конструкции при продольном скручивании с применением специально разработанных оборудования и методики проведения эксперимента, определением податливости образца РАГ в направлении действия скручивающего момента и оценкой влияния наличия повреждений и срока службы конструкции РАГ на величину жесткости.
4. Проведена экспериментальная оценка долговечности образцов РАГ различной конструкции при совместном ускоренном действии растягивающей и изгибающей нагрузок с применением доработанных оборудования и методики проведения эксперимента, определением наработки РАГ до повреждения и оценкой влияния конструктивных параметров на ее величину.
5. Проведена экспериментальная оценка эффективности предложенного способа повышения долговечности РАГ с применением доработанных оборудования и методики проведения эксперимента.
6. Проведена экспериментальная оценка геометрических параметров ГО, в т.ч. стрелы провисания участков свободной ветви РАГ, от давления в цилиндре натяжного устройства трактора с проверкой влияния консистентной смазки на показания датчика давления и разработкой методики проведения эксперимента.
7. Проведена экспериментальная оценка изменения давления в цилиндре натяжного устройства от времени при работе трактора на повышенной передаче в транспортном диапазоне скоростей на различных почвенных фонах с разработкой методики проведения эксперимента.
Необходимость установки в конструкцию ходовых систем с/х тракторов натяжных устройств с автоматическим поддержанием величины предварительного натяжения отмечались Саркисяном в работе [65].
В связи с этим было разработано гидрофицированное натяжное устройство (приложение 14) для гусеничных машин, которое рекомендуется к использованию на тракторах Агромаш-Руслан и Агромаш-150ТГ.
Задача, реализуемая данным устройством, заключается в обеспечении автоматического управления натяжением гусениц обоих бортов машины в зависимости от направления ее движения, расположения на ней ведущих колес, а также степени износа гусеницы [13].
При работе трактора в рабочем диапазоне передач скорости его движения менее 10 км/ч, ГО работает относительно плавно. Поэтому риск спадания гусеницы с обвода даже при усилии статического натяжения в 2-2,5 раза меньше тягового усилия практически отсутствует.
Как видно из рис. 5.2 при достижении трактором максимальной транспортной скорости ослабляющее воздействие тягового усилия компенсируется усилием натяжения от центробежных сил.
Исходя из общей характеристики динамической нагруженности ГО, необходимости компенсации ослабляющего воздействия тягового усилия в транспортном диапазоне скоростей и учитывая принцип минимальности значения усилия предварительного статического натяжения (см. раздел 3.1.2), значение последнего можно установить около 20 кН. Это соответствует значению вертикального статического прогиба участка ветви РАГ между НК и ПР 13±1 мм.
Если исходить из вероятностной загрузки сельскохозяйственного трактора, 90 % времени он работает на пахоте - в зоне номинальных тяговых усилий (60 кН), оптимальная величина усилия предварительного статического натяжения будет равна также 20 кН.