Энергетический принцип обоснования типа силовой передачи колесных лесотранспортных машин

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПРИНЦИП ОБОСНОВАНИЯ ТИПА СИЛОВОЙ ПЕРЕДАЧИ КОЛЕСНЫХ ЛЕСОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Синицын С.С.

The power analysis of process of a rolling reduced Pneumatic sprocket in led and free Conditions. It is analytically justified rational Constructive variant of power transmission a wood transport Machines.

В статье анализируются энергетические показатели процессов взаимодействия пневматического колеса в ведомом и свободном режимах с деформируемой опорной поверхностью. Разработаны аналитические зависимости, позволяющие численно оценить уровень энергозатрат на качение колес в ведомом и свободном режимах. Проведенные расчеты доказали преимущество работы колес полноприводного движителя в свободном режиме и позволило обосновать рациональный тип силовой передачи колесных лесотранспортных машин.

Отличительной чертой колесных лесотранспортных машин (форвардеры, лесовозные автомобили) является применение многоприводных ходовых систем. Переход на многоприводность усложнил структуру системы «трансмиссия- движитель», что ставит ряд новых задач в решении проблемы прогнозирования качества машин на стадии их конструирования. И одна из этих задач заключается в обосновании оптимального варианта схемы привода к колесам, обеспечивающей минимальный уровень энергозатрат на передвижение, что является общепризнанным критерием совершенства мобильных машин.

В настоящее время энергетическое обоснование конструктивных вариантов машин дается, в основном, лишь только на уровне сопоставимости потерь в силовой передаче от кинематического несоответствия и совершенно игнорируется влияние режима качения колес на энергозатраты в пятне их контакта с опорной поверхностью. Поэтому очевидна необходимость исчерпывающего теоретического анализа энергетических характеристик системы «трансмиссия-движитель-опорная поверхность» на предмет обоснования варианта привода колес, обеспечивающего минимум энергозатрат на передвижение. Для этого необходимо сопоставить потери мощности на качение колес в ведомом и свободном режимах. Причем, целесообразно проанализировать энергоемкую и трудноопределяемую составляющую энергозатрат на вертикальную деформацию грунтов (колееобразование).

Для решения поставленной задач используем функциональные зависимости, отражающие влияние конструктивных и эксплуатационных параметров системы «движитель-опорная поверхность» на потери энергии при работе в ведомом [1] и свободном [2] режимах.

Согласно работе [1], где использована алгебраическая сумма проекций сил на ось Х колеса, для ведомого колеса мы имеем:

cehr+1 или дт0 рП 1 0 C6hT+1 0 ,

Pf =-— Nf Г "Pf r œK rK -—-—К rK

fr hfG"+i) f r f r hf

где с, ^ - параметры грунта (с - в Па, ^ - безразмерный); в - условный эквивалент ширины шины, м; hr - глубина колеи, м; hf - базовая деформация грунта, м; юК

- угловая скорость вращения колеса, С-1; гОК - радиус качения колеса в ведомом режиме, м.

Используя из работы [2] формулу для определения работы колееобразования, полученную на основе алгебраической суммы моментов сил относительно оси У колеса, а именно:

^ 4я4лвс^Г Гг+,

" кг (г+1) '

0 2

определим вид зависимости для фиктивной силы сопротивления качению колеса в свободном режиме:

рс = А 2^вскгг+2 = Гг+3 .

*Г 2шсК ^ Иг (г+1) ГГ4

Тогда мощность колееобразования равна

п г г с 2лвсИг+2

^г=РСГ v =рс Г >-Ск -ГГк

где Г(Х) - гамма функция для соответствующего параметра; гСК - радиус качения колеса в свободном режиме.

Соотношение энергоемкостей колееобразования ведомого и свободного колес оценим показателем кк:

«V

"^Гг

После подстановки значений и "сг и некоторых преобразований получаем

"/Г всГ( гК ИГ (Г+1) ГГ4 г1 Гг4 " "Сг УГ(г+\) 24жвсИГ;гшк ГГ3 24жНг гг+3

Определим численную величину соотношения мощностей для исходных данных из работы [1].

, "/г ^ т ГГ+1.

«с 24^ЬГ ГГ+3 24^ьг ГГ+3

* Г Г 2 Г 2

где Я - свободный радиус колеса; - вертикальная деформация шины.

С учетом того, что [3]:

Г 0,5+4 = Г2 25 = 1,25 Г 25 = 1,25-0,906 Г 0,5+3 =Г175= о,1»9,

2 , , 2 '

получаем

к = 0,5~0,05 .1,25-0,906 ^1,56

«с2-1,77-0,1 , 0,919

При использовании для гамма-функции ее приближенного значения по формуле Стирлинга [3], а именно:

Г

(x+1) '

а/2ж '

получаем:

Г Ц+3 = ГМ +1 = 2 2

ц+1

Ц+1 Y^ I—;-Г-

е" 2 ^Ц+1)

2 у

x

X

е

fM+± = ГВ++2 +1 2 2

ц+2

К Т" у

ц+2

е" ^ 2)

Тогда отношение гамма-функций приобретает следующий вид:

ц+2

f Ц+1^ 2 _Ц+2 ,—-—

Г^+4 е 2 +

Г ц+3 ц+1

2 f Ц+1^ 2 Ц+1

2

е 2 лМц+О

Ц+2

ц+2

1 _ц+2 • (ц+2)2 •е 2

ц+1

ц+1 ЛГГ 1 _ц+1

(Ц+1) 2 ^ ^ (ц+1)2 ^е 2

ц+3 '

ц+2

Окончательно

kN =

NC Г

24кНг 1

ц+3

(ц+1)Ц+2 1

1 (ц+2)Ц+3 Я _Нш ц+2 h

8ж

В результате расчета по тем же исходным данным получаем:

k

N

N

'N

Гг_

c г

1 * 2,53'5 0,5_0,05 =163

8^3,14^2,72 1 52,5 0,1 '

Отличие результатов расчетов соотношения энергозатрат по точному и приближенному варианту вычисления значений гамма-функций составляет

1.63 _ 1.56 .

n =

1.63

100 = 4,3%.

Такое незначительное расхождение свидетельствует о инвариантности приближенного выражения. Это делает предпочтительным его применение, поскольку оно исключает табличное определение значений гамма-функций.

Таким образом, как показали результаты вычислений соотношения энергозатрат, потери мощности ведомым колесом на деформацию грунта в полтора раза превышают аналогичные потери при качении колеса в свободном режиме. Поэтому, вполне обоснованно можно рекомендовать для многоприводного движителя вариант силовой передачи, обеспечивающий постоянную работу всех колес в свободном (ведущем) режиме. Причем, оптимальным вариантом, по нашему мнению, является блокированный привод с автоматической ликвидацией кинематического рассогласования в системе «трансмиссия - движитель - опорная поверхность».

Литература

1. Синицын С.С., Буров П.А. Уменьшение сопротивления качению колесного движителя по

1

деформируемому основанию // Эксплуатация лесовозного подвижного состава: Межвуз. сб. -Свердловск, 1987.

2. Синицын С.С. Энергетический принцип оптимизации качественных характеристик колесных транспортно-технологических машин // Проблемы повышения качества промышленной продукции: Межвуз. сб. - Брянск, 1998.

3 Справочник по специальным функциям. - М: Наука, 1979.