Введение к работе
Актуальность работы. Дальнейшее развитие и освоение районов Севера, Сибири и Дальнего Востока во многом связано с удовлетворением разнообразных транспортных потребностей при геологоразведке, нефте- и газодобыче, промышленном и дорожном строительстве, обслуживании предприятий энергетики и связи, сельского и лесного хозяйства, устранении чрезвычайных ситуаций. Решение данной проблемы затрудняется рядом причин, одной из которых является чрезвычайно суровые климатические условия нашей страны. Около 90 процентов территории России на длительный срок устойчиво покрываются снегом, на Европейском и Сибирском Севере снежный покров лежит семь месяцев, а на Крайнем Севере – 8-9 месяцев. В ряде районов среднемноголетняя максимальная высота снежного покрова достигает 1,2 м. Такая длительность, устойчивость, и весьма большая глубина залегания снежного покрова является существенной особенностью климата нашей страны и оказывает большое влияние на её экономику и образ жизни населения. Следует отметить, что теория движения гусеничных машин по деформируемым грунтам на сегодняшний день разработана достаточно хорошо как зарубежными, так и отечественными исследователями. Однако вопросы передвижения гусеничных машин по снежным поверхностям освещены недостаточно.
Вместе с тем, следует отметить, что создание новых гусеничных машин, обоснование выбора рациональных параметров ходовой части на стадии проектирования требует новых теоретических разработок и методов расчета. Поэтому, работа, посвященная обоснованию технических решений, позволяющих существенным образом повысить проходимость гусеничных машин по снегу, является актуальной.
Основные научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки по теме диссертации выполнялись в рамках работ по созданию гусеничных машин в НИИ транспортных машин и транспортно-технологических комплексов НГТУ и ЗАО «Завод вездеходных машин».
Цель работы. Повышение проходимости гусеничных машин по снегу на основе комплекса экспериментально-теоретических исследований и опытно-конструкторских работ.
Научная новизна. Проведен анализ деформационных и фрикционных свойств снега для расчета проходимости машин; рассмотрена физическая картина процесса сдвига и зафиксировано образование «клина скольжения»; найдены конкретные значения коэффициента трения поверхности «снег-резина»; проведено обоснование выбора расчетных параметров снега; обоснована математическая модель взаимодействия гусеничного движителя со снегом; показана правомерность решения квазистатической задачи при движении гусеничной машины в условиях снежной целины; теоретически обосновано и экспериментально проверено выражение для определения упорной реакции снега; разработаны алгоритм, программа и метод расчета проходимости гусеничных машин по снегу; показано влияние наиболее существенных параметров ходовой части, определяющих проходимость машин по снегу – ширины гусеницы, базы, дорожного просвета, максимального пикового давления; проведено расчетно-теоретическое и экспериментальное обоснование применимости эластичных уширителей гусениц для повышения проходимости машин по снегу; теоретическими и экспериментальными исследованиями доказана целесообразность применения навесных гусеничных движителей для повышения проходимости колесных машин по снегу.
Объекты исследований. На разных этапах работы в качестве объектов исследований использовались гусеничные машины НГТУ-2901, ЗВМ-2410 «Ухтыш», ЗВМ12411 «Узола», ЗВМ-3401 «Унжа», гусеничные машины Заволжского завода гусеничных тягачей (ГАЗ-3403, ГАЗ-3402, ГАЗ-3409 «Бобр»).
Методы исследований. При проведении теоретических исследований использованы методы механики грунтов, численные методы решения систем нелинейных уравнений, метод конечных элементов, методы математической статистики. Экспериментальные исследования выполнялись на серийных машинах, опытных образцах, ходовых макетах и стендах.
Основные положения, выносимые на защиту:
Деформационные и фрикционные свойства снежного покрова математическая модель взаимодействия гусеничного движителя со снежным полотном пути;
особенности взаимодействия гусеничного движителя со снежным полотном пути при формировании силы тяги и сопротивления движению; алгоритм, программа и метод расчета проходимости гусеничных машин по снегу.
Расчетно-теоретическое и экспериментальное обоснование применимости эластичных уширителей и съемных гусениц для повышения проходимости машин по снегу; рациональный метод выбора конструктивных параметров ходовой части.
Практические рекомендации и конструктивные решения, направленные на повышение проходимости гусеничных машин по снегу; созданное по результатам исследований семейство легких гусеничных машин.
Достоверность результатов. Экспериментальными исследованиями, проведенными на серийных машинах, опытных образцах, стендах и установках, установлена справедливость физических представлений и теоретических положений, обоснованность допущений и адекватность математических моделей.
Практическая ценность. Разработанная математическая модель и метод расчета позволяют произвести оценку проходимости гусеничных машин по снегу, наметить пути ее повышения и обосновать технические решения существенным образом повышающих проходимость гусеничных машин по снегу.
Реализация работы. Теоретические разработки, методики расчетов, технические предложения, практические рекомендации внедрены при создании новых и модернизации существующих конструкций машин в НИИ транспортных машин и транспортно-технологических комплексов, ЗАО «Завод вездеходных машин», ОАО «ГАЗ», ОАО «Заволжский завод гусеничных тягачей» и используются в учебном процессе на кафедре «Автомобили и тракторы» НГТУ.
Результаты работ вошли в монографии: “Проходимость гусеничных машин по снегу” (Н.Новгород.: Изд-во ОМЕГА, 2009. – 362с.), “Теория передвижения колесных машин по снегу” (М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 240 с.).
Апробация работы. Отдельные этапы и основное содержание работы докладывались на всесоюзном семинаре по колесным и гусеничным машинам, г. Москва, 1989 г.; международной научно-технической конференции «Развитие транспортно-технологических систем в современных условиях», г. Н.Новгород, 1997г.; Всероссийской научно-технической конференции «Транспортно-технологические машины» (Н.Новгород,2004 г); международной научно-технической конференции «Проектирование, испытания, эксплуатация транспортных машин и транспортно-технологических комплексов» (Н.Новгород, 2005г); на 4-ом Международном Автомобильном Научном Форуме (МАНФ) «Научные, конструкторские и технологические достижения отечественного автомобилестроения» (Москва, 2006г); научном семинаре кафедры «Колесные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана «Проектирование колесных машин» (Москва, 2006г); на научно-технической конференции, посвященной 70-летию факультета «Специальное машиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва, 2008 г.).
Квалификационная формула работы. Диссертационная работа является самостоятельной научной работой, в которой на основании выполненных автором исследований изложены положения, которые можно квалифицировать, как совокупность научно обоснованных технических решений, заключающихся в обосновании и разработке научных методов повышения проходимости по снегу особо легких гусеничных машин. Внедрение технических решений при создании семейства легких гусеничных машин вносит значительный вклад в решение народно-хозяйственных и социальных задач в условиях Севера, Сибири и Дальнего Востока, а также в повышение обороноспособности страны.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 монографии, 33 научные работы, 1 патент на промышленный образец, 6 патентов на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и приложений. Изложена на 302 страницах компьютерного текста, содержит 113 рисунков, список использованных источников – 288 наименований.
