Выбор оптимальных параметров колесного движителя проектируемого трактора

При взаимодействии колесного движителя с поверхностью движения (почва, грунт, дорога и т.д.) в последней возникают поля нормальных и касательных напряжений. Нормальные напряжения а определяют сопротивление движению за счет смятия грунта движителем и образования колеи, уплотнения почв, проходимости. Касательные напряжения т определяют тягово-сцепные качества движителя, касательную силу тяги FK буксование и т.д.

Если применить в качестве критерия оптимизации параметров КПД ведущего колеса Г|к, а функцию цели представить зависимостью

то можно решить две задачи:

? по заданным параметрам колеса, таким как номинальный диаметр D, ширина b колеса, давление Pw воздуха в шине, число п слоев и др., находятся оптимальная GonT и предельная Gjim нормальные нагрузки, т.е. решается система уравнений, из которой определяются значения GonT и Gim для данного колеса:

? обратная задача: по заданным оптимальной и предельной нагрузкам, т.е. GonT = f (D,b,Pw)nGVm = f (D,b,Pw,...), определяются оптимальные параметры колеса, такие как D, b, Pw и др., т.е. решается система уравнений вида:

Исследования показали, что тяговый КПД колеса Г|к в зависимости от переменной вертикальной нагрузки (Д Ь, ... = const) изменяется, как представлено на рис. 5.7. При увеличении вертикальной нагрузки величина Г|к возрастает и в точке Л достигает максимума. Для колеса данной размерности соответствующая

Влияние нормальной нагрузки на тягово-сцепные качества ведущего колеса и КПД

Рис. 5.7. Влияние нормальной нагрузки на тягово-сцепные качества ведущего колеса и КПД

вертикальная нагрузка будет оптимальной. Дальнейшее увеличение нагрузки ведет к уменьшению КПД колеса, что нежелательно с точки зрения экономики и долговечности шин ведущих колес.

Если принять предел изменения величины гк до 5 % в ту или другую сторону, т.е. от 0,95г|к до 1,05г|к (см. рис. 5.7), то получим область вертикальных нагрузок D, оптимальных для колеса данной размерности.

КПД ведущего колеса в теории мобильных машин принято оценивать следующей формулой:

где Р„ — полезная мощность; Р3 затрачиваемая мощность; гр — КПД, учитывающий потери мощности, зависящие от давления воздуха в шине (гистерезис), конфигурации шипы (тангенциальная эластичность, толщина и конструкция корда); г|§ — КПД, учитывающий потери мощности на буксование; грпр — КПД, учитывающий потери мощности на образование колеи; 5 — буксование, доли единицы; РС|ф — сила сопротивления перекатыванию

188

при мятии грунта движителем и образовании колеи, Н; FK касательная сила тяги, Н.

Теоретический анализ показывает, что увеличение размеров шины (диаметра D и ширины b) при одинаковой вертикальной нагрузке G на шину приводит к улучшению ее тягово-сцепных качеств (уменьшается сопротивление Fcnp перекатыванию за счет образования колеи и смятия грунта движителем, увеличивается касательная сила тяги FK за счет увеличения площади опорной поверхности) и улучшению проходимости (уменьшение давления движителя на грунт, увеличение дорожного просвета). С другой стороны, увеличение размеров движителя ведет к увеличению веса и стоимости. Таким образом, при выборе параметров колесного движителя необходимо искать компромиссное решение, которое представляется следующим алгоритмом:

При выборе оптимальных параметров колесного движителя оптимизацию последних целесообразно ориентироваться на инженерный критерий (см. 2.4). При этом рекомендуется в качестве функциональных зависимостей вида Fcnp,FK = /(G,D,b,Pw,...,G0,K,fCK,fn) использовать зависимости, предложенные профессором В. В. Гуськовым, которые в упрощенном виде выглядят следующим образом:

где G — нормальная нагрузка, Н; b — ширина шины, м; К — коэффициент объемного снятия грунта, Н/м3; гпр приведенный радиус шины, м; /ск — коэффициент трения скольжения; Кх коэффициент деформации, м; 1пр — приведенная длина опорной поверхности, м; 8 — буксование, доли единицы; h — глубина колеи, м; /п — коэффициент трения покоя.

189

Для примера определим оптимальную вертикальную нагрузку для шины 580/70R42 (табл. 5.1), имеющей размеры: D = 1,9 м, b = 0,714 при давлении Рт = 0,2 МПа (2 атм).

Таблица 5.1

Нагрузки на шину 580/70R42 (Н) при v = 40 км/ч

Вертикальная нагрузка,

Давление, МПа

Н

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

Предельная Сцт

32,30

35,90

39,30

42,50

44,50

47,50

Оптимальная Сопт

23,20

27,70

29,50

32,05

33,12

33,40

Пусть колесо катится по горизонтальной стерне суглинка нормальной влажности, имеющей следующие физико-механические показатели: а0 = 1,58 • 106 Н/м2; К = 0,027 • 106 Н/м3; /ск = 0,76; /п = 0,79.

На рис. 5.8 представлены результаты расчета тягово-сцепных свойств указанной шины в зависимости от нормальной нагрузки.

Тягово-сцепные свойства шин 580/70R42 в зависимости от нормальной нагрузки

Рис. 5.8. Тягово-сцепные свойства шин 580/70R42 в зависимости от нормальной нагрузки

190

Из рис. 5.8 видно, что максимальный КПД шины гк достигается при оптимальной нагрузке 33 400 Н (при этом максимально допустимая нагрузка па шину при Pw = 0,2 МПа равна 47 500 Н, см. табл. 5.1).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >