Методика расчета нормальных давлений на опорной поверхности гусеницы транспортной машины

4

Машиностроение^

Т-64Б), что дает основание рассматривать отработанные при ее создании базовые решения как весьма перспективные.

5. Расчеты показывают, что шасси современного танка Т-90 (№5) может быть значительно усовершенствовано за счет применения новой гусеницы с РМШ параллельного типа и разнесенными грунтозацепами.

6. Легкая машина БМП-1 (№3) по уровню относительных потерь мощности может рассматриваться как более перспективная по сравнению с базовым шасси Т-72.

7. Предлагаемая модернизация шасси БТР-Д позволит существенно повысить эффективность работы ходовой системы и улучшить «рейтинг» машины с точки зрения оценки энергозатрат в агрегатах шасси.

8. Перспективным путем снижения воздействия гусеничного движителя на почву без уширения гусеницы является увеличение протяженности «активных» участков опорной поверхности (в частности, за счет предложенных в работе мер по стабилизации траков при прохождении опорного катка, использования пневматических гусениц и др.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Платонов, В.Ф. Гусеничные и колесные транспортно-тяговые машины |Текст| / В.Ф. Платонов, Г.Р. Леиашвшш,- М.: Машиностроение, 1986.— 296 с.

2. Фаробин, Я.Е. Оценка эксплуатационных свойств автопоездов для международных перевозок |Текст| / Я.Е. Фаробин, B.C. Шупляков,- М.: Транспорт, 1983.— 200 с.

3. Носов, C.B. Мобильные энергетические средства: выбор параметров и режимов работы через реологические свойства опорного основания |Текст|: монография / C.B. Носов- Липецк: ЛГТУ, 2006.— 228 с.

4. Яскевич, Л.Ф. Расчет полужесткой подвески с наилучшей плавностью хода |Текст| / Л.Ф. Яскевич // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер.: Наука и образование,— 2009. № 4. Том. 2,— С. 81 —85.

5. Орлов, А.И. Теория принятия решений |Текст|: учебное пособие / А.И. Орлов,— М.: Изд-во «Март», 2004,- 656 с.

6. Куляшов, А.П. Экологичность движителей транс-портно-технологических машин |Текст| / А.П. Куляшов, В.Е. Колотилин,- М.: Машиностроение, 1993.— 288 с.

7. Котляренко, В.И. Основные направления повышения проходимости колесных машин |Текст| / В.И. Котляренко,- М.: Изд-во МГИУ, 2008,- 285 с.

8. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при

поиске оптимальных условий |Текст| / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский.— М.: Наука, 1976.

9. Добрецов, Р.Ю. Комплексная оценка потерь мощности в шасси гусеничной машины на этапе проектирования |Текст| / Р.Ю. Добрецов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер.: Наука и образование,- 2009. № 3,- С. 163— 168.

10. Добрецов, Р.Ю. Особенности работы гусеничного движителя в области малых удельных сил тяги |Текст| / Р.Ю. Добрецов // Тракторы и сельскохозяйственные машины— 2009. № 6,— С. 25—31.

11. Добрецов, Р.Ю. Пути снижения ущерба, наносимого опорному основанию движителями с металлической гусеницей |Текст| / Р.Ю. Добрецов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Серия «Наука и образование»,- 2009. № 2(78).- С. 192—199.

12. Добрецов, Р.Ю. Учет энергетических параметров механизмов поворота при комплексной оценке потерь мощности в шасси транспортных гусеничных машин |Текст| / Р.Ю. Добрецов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Серия «Наука и образование»,- 2011. № 1,— С. 122-128.

13. Патент 2385815 РФ. МПК B62D 55/20. Гусеничная цепь ходовой части транспортного средства / Добрецов Р.Ю., Семенов А.Г.- №2009109923/11 (013428); за-явл. 18.03.2009; опубл. 10.04.2010,- Бюл. №10.

УДК 629.1.032.001

Е.В. Авотин, Р.Ю. Добрецов

МЕТОДИКА РАСЧЕТА НОРМАЛЬНЫХ ДАВЛЕНИЙ НА ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ГУСЕНИЦЫ ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ

В теории движения транспортных гусеничных машин обычно принимается, что нормальные реакции на опорной поверхности гусеницы распределены по какому-либо упрощенному за-

кону. Чаще других встречаются варианты эпюры нормальных давлений в виде прямоугольника, треугольника, трапеции. Вместе с тем известно, что форма эпюры радикально отличается от

принятых типовых вариантов [1, 2]. На распределение нормальных нагрузок основное влияние оказывают развесовка машины, силы натяжения, действующие в гусеничном обводе и характеристики грунта и другие факторы. На недефор-мируемом основании (бетон, асфальт) имеют место локальные максимумы нормального давления в области опорных катков. Пролеты между опорными катками практически не участвуют в передаче вертикальной нагрузки (рис. 1, а). При заглублении движителя в грунт картина меняется. Однако и в этом случае локальные максимумы под катками имеют заметно выраженный характер (рис. 1, б) [1, 3].

Несмотря на то, что вопрос о моделировании распределения нормальных реакций на опорной поверхности гусеничной машины рассматривался многими учеными (известны работы В.П. Аврамова, А.П. Софияна, М.Г. Беккера и др.), проблема остается неразрешенной и «традиционной» методики построения эпюры нормальных давлений применительно к транспортной машине не существует. Между тем оценка распределения нормальных давлений на опорной поверхности машины весьма важна при исследовании вопросов подвижности машин. К некоторым из них могут быть отнесены, например, определение затрат мощности при качении движителя или расчет сил и моментов, действующих на шасси при повороте. В результате вопрос о распределении нормальных реакций по длине опор-

о)

VI

Рис. 1. Вид эпюры нормальных реакций под опорной ветвью гусеницы при качении (стрелкой указано направление движения машины): а — по твердому основанию; б — по деформируемому грунту

ной поверхности машины решается, но в основном экспериментально.

При разработке методики расчета нормальных давлений приняты следующие допущения:

1. Несущая способность грунта qs достаточна, чтобы избежать посадки машины на днище, то есть qs >Z/S, где Z — нормальная реакция под гусеницами, S— площадь опорной поверхности машины.

2. Используются эмпирические зависимости между нагрузкой и осадкой грунтов, применяемые в теории движения гусеничных машин.

3. Не учитывается влияние на характеристики грунта эффекта повторных нагружений.

Основой при создании методики расчетов нормальных давлений послужили модели деформации пролета опорной ветви движителя, опубликованные H.A. Забавниковым [1] и М.Г. Бек-кером [3]. Определение нормальных давлений под гусеницей предлагается производить в первом приближении в следующей последовательности:

1. Определить с учетом условий движения машины, конструктивных особенностей движителя и режима его работы нагрузки на опорные катки.

2. Оценить, начиная с заднего опорного катка максимальное нормальное давление под катком и сравнить его с несущей способностью грунта qs .

3.Если предел несущей способности грунта не превышен, аппроксимировать эпюру нормальных давлений под катком параболой (см. рис. 1, а).

4. Если предел несущей способности превышен, «избыточная» нагрузка передается на смежный с опорным катком пролет.

5. Оценить максимальное нормальное давление под пролетом ветви. Если оно превышает несущую способность грунта, «избыточная» нагрузка передается на смежный пролет.

6. Произвести расчет нормальных давлений для рассматриваемого пролета.

7. Повторить расчеты п.п. 2—6 для других катков.

Выполнение перечисленных операций позволит аналитическим образом построить эпюру нормальных давлений под опорной поверхностью гусеницы, схематически показанной на рис. 1, б.

При расчете максимальных нормальных давлений будем различать «активный» и «пас-

сивныи», расположенные под опорной поверхностью гусеницы.

Под «активным» участком опорной поверхности будем понимать участок гусеницы, передающий на грунт вертикальную нагрузку от опорного катка. Под «пассивным» участком будем подразумевать тот участок опорной поверхности, который включается в работу по передаче нормальных нагрузок только при погружении машины в грунт.

Обозначим длину «активного» участка опорной поверхности гусеницы 25. В общем случае для гусеницы с шагом звена /зв в процесс передачи вертикальных нагрузок от опорного катка вовлекается ТУ траков. В рассматриваемом случае принято допущение, что передача основных вертикальных нагрузок осуществляется через пару смежных траков [5] и 25 = 2№ж В некоторых источниках оговаривается, что длина «активного» участка достигает 3—4 звеньев.

Введем обозначения:

1=1,п — номер «пассивного» участка опорной поверхности гусеницы (пролет между катками);

у = 1, да — номер опорного катка (т = п +1);

/,. — расстояние от оси пе рвого до оси у-го

опорного катка;

Ьг — ширина гусеницы;

/тах/ — максимальный прогиб пролета под воздействием нагрузки Щ;

Щ — эквивалентная сосредоточенная сила (нормальная реакция) на пролет;

Zу — вертикальная нагрузка на у'-й опорный каток,

Отметим, что определение нормальных нагрузок на опорные катки Zy может быть проведено по методике, опубликованной в работе [4].

Предполагая, что вся вертикальная нагрузка от опорного катка распределена по длине «активного» участка опорной поверхности гусеницы и вводя по аналогии с [5] параболический закон распределения нормальныхдавлений, име-

8

ем условие Z/= 2ЬТ ^ах2 +Ьх + с^ёх, которому

о

3^.- / г , -¡2

удовлетворяет функция д(х) =

Этот закон распределения нормальныхдавлений может быть реализован, если не превышена его

несущая способность, то есть д5>д(х) (см. рис. 1, а).

В противном случае опорный каток и «активный» участок гусеницы начинает погружаться в грунт, а часть вертикальной нагрузки — восприниматься пролетами гусеницы.

В работе [3] предлагается расчетная схема (рис. 2) и зависимость, позволяющая оценить осадку грунта ж(х) под гусеницей машины:

ИС

21

I /н

Вывод подобной зависимости приводится и в работе [1].

В этой зависимости сохранены обозначения, использованные в первоисточнике: ]¥п — эквивалентная сосредоточенная вертикальная нагрузка на пролет; 21 — расстояние между центрами опорных катков; 2/0 — длина гусеницы в пролете между катками; кс,к^,п —эмпирические коэффициенты, характеризующие осадку грунта при приложении вертикальной нагрузки на штамп шириной Ь.

Данная зависимость предлагается для сравнительной оценки гусеничных шасси (в частности — систем подрессоривания). Упоминается, что зависимость получена для случая малого диаметра опорных катков (и использовать ее в исходном виде для ходовой системы современной транспортной гусеничной машины невозможно). Поэтому в общем случае использование ее для оценки подвижности современных гусеничных машин может привести к недопустимым погрешностям. Кроме того, смоделированная по фор-

Рис. 2. Расчетная схема к определению реакций грунта на пролете между смежными катками

муле (1) кривая не повторит форму огибающей эпюры нормальных давлений.

4 а

1пи +

41

Поскольку д{х) = (кс + Мф, проме- где ( =2ах1(1), а = /тах//

жуточную проверку результатов расчетов можно

I

провести по зависимости 2Ьг |<7(х)Лс ~ Жп.

о

Следует отметить, что точность расчета осадки по формуле (1) уменьшается с уменьшением нормальных реакций. Действительно, если первый член в выражении (1) близок к нулю, то при х < 0,577/ осадка будет иметь отрицательные значения. Таким образом, выражение (1) целесообразно использовать только для оценки максимального прогиба пролета.

Нагрузку на пролет будем определять как сумму из двух составляющих, передаваемых от ограничивающих пролет опорных катков:

Щ = + щ+х9м, 1 = \,п, где ДZ;. — «избыток» нагрузки на опорный каток /, то есть та часть нормальной нагрузки, которая не может быть воспринята основанием в пределах упругой деформации.

Коэффициенты перераспределения нагрузки аI предлагается принять (при отсутствии экспериментальных данных) для крайних катков —

а = ат = 1, доя прочих катков — ау = 0,5, у = 2,л.

Максимальный прогиб пролета определяется с учетом характеристик грунта по формуле, предложенной в [3]:

11

IV,

Ц

1/п

X, X,

Таким образом, если ввести прямоугольную систему координат ХО(2 с началом в точке О (проекция центра первого опорного катка на ось беговой дорожки гусеницы, причем <2 ТТ С и где С и V— вес и линейная скорость движения машины), то при хе[0-5;^ + 5] имеем

?(х) =

4Л8

1-[х/8]2) *е(/1у-5;/1у+5);

+ 1, [ъЩыЦ,- -о,4ц//0,//,-1).

«Пассивный» участок опорной поверхности можно аппроксимировать параболой г(х) = = ах2 + с, проходящей через три известные точки: г(0) = /тах и г{±1) = 0. Получим о = /тах//2 ис = -/тах.

Длина участка ветви [х,;х2] параболы г(х) = = /тж {х712 "*) составит

*2 х2 I-

/0(х,г(х)) = §(И= =

( + ) /тах, ( ] - 1 ) х*{(]- 8>1Ц + 5)"

Очевидно, что должно выполняться равенство 1+8

2ЬГ | #(х)Лс = (/. -8

Приведем результаты расчетов для двух грунтов с различной несущей способностью. Усредненные характеристики грунтов приняты на основании данных [3,6]. Грунт 1: песчаный,

Ро * 120 кПа; кс * 2,3 кг/см1+л; кф « 0,2 кг/см2+л; п - 0,42. Грунт 2: глинистый р0 * 220 кПа; кс * « 1,6 кг/см1+л; кф « 0,6 кг/см2+л; п* 0,41. Результаты расчетов доя шасси-аналога транспортной гусеничной машины БМП-1 занесены в табл. 1 и 2, а расчетное распределение нормальных давлений по длине опорной поверхности показано на рис. 3. Эпюра давлений построена как огибающая расчетных точек зависимости д(х).

Следует ожидать, что эпюра #(х) под опорными катками имеет не такую идеальную параболическую форму, как получается по результатам моделирования. Парабола должна несколько деформироваться по аналогии с деформацией эпюры нормальных нагрузок под катящимся колесом [6].

В пролетах между опорными катками наблюдаемая при опытах деформация эпюры в первую очередь обусловливается тем, что нагрузка Щ в принципе не является сосредоточенной, а представляет собой некоторую функцию Щ(х). Кроме того, в общем случае а • ^0,5, у = 2,п.

4

Машиностроение^

Таблица 1

Нагрузки под опорными катками шасси-аналога БМП-1

Характеристики Величина нагрузки под опорным катком ^] = 1,6^

нагрузки 1 2 3 4 5 6

Недеформируемое основание

, КН 5,9 12,5 12,9 13,5 14,0 6,2

1> ^ 105,4 223,2 230,4 241,1 250,0 110,7

Песчаный грунт (р0 я 120 кПа ) с учетом перераспределения нагрузок па пролеты

, кН 5,9 6,7 6,7 6,7 6,7 6,2

1> ^ 105,4 120,0 120,0 120,0 120,0 110,7

Глинистый фунт (р0 « 220 кПа ) с учетом перераспределения нагрузок па пролеты

, кН 5,9 12,3 12,3 12,3 12,3 6,2

1» кПа 105,4 220,0 220,0 220,0 220,0 110,7

* Предварительное натяжение 18 кН; тяговое усилие 6,8 кН; натяжение в наклонной рабочей ветви 20,9 кН; в свободной ветви 14,5 кН; движение по горизонтальной поверхности; ширина и шаг гусеницы — 0,3 и 0,14 м

Таблица 2

Эквивалентная сосредоточенная нагрузка ¡V, кН, на пролет между опорными катками шасси-аналога БМП-1

Сосредоточенная нетрузка Щ пролета / катка

2,89

Песчаный грунт (р0~ 120 кПа ) 5,98 I 6,48 I 7,28

3,64

0,09

Глинистый грунт (р0 ~ 220 кПа ) 0,38 I 0,88 I 1,68

0,84

*Условия расчета указаны в табл. 1

Рис. 3. Расчетное распределение нормального давления по длине опорной поверхности шасси-аналога БМП-1 (условия движения приведены в табл. 1): /—на песчаном грунте; 2 — на глинистом грунте

X, мм

д(х), кПа

Однако предлагаемая методика (вне зависимости от указанных погрешностей) может быть использована при сравнении распределения нормальных давлений для различных машин, сравнительной оценки проходимости и подвижности, в модели оценки эффективности работы агрегатов шасси.

Предложена и проиллюстрирована примером методика построения эпюры нормальных давлений на опорной поверхности гусеничной машины с учетом геометрических, кинематических и силовых особенностей многоопорной ходовой системы и реологических свойств основания.

Областями применения методики могут быть задачи сравнительной оценки подвижности гу-

сеничных машин, эффективности работы узлов и агрегатов шасси, интенсивности воздействия ходовых систем на опорную поверхность окружающей среды.

Расчетно подтверждено, что эффективным путем уменьшения перепадов нормальных давлений по длине опорной поверхности гусеницы является увеличение протяженности ее «активных» участков. В частности, увеличение протяженности указанных участков может быть обеспечено за счет модификации траков.

Практическая реализация полученных результатов приведет к снижению уровня сопротивления движению гусеничных машин, нагрузок на элементы движителя, интенсивности разрушения грунта и образования глубины колеи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Забавников, H.A. Основы теории транспортных гусеничных машин [Текст] / H.A. Забавников,— М.: «Машиностроение», 1975,— 448 с.

2. Сергеев, Л.В. Теория танка [Текст] / J1.B. Сергеев,— М: Изд-во Академии бронетанковых войск, 1973,— 492 с.

3. Беккер, М.Г. Введение в теорию систем местность — машина [Текст] / М.Г. Беккер. Пер. с англ.— М.: Машиностроение, 1973,— 520 с.

4. Платонов, В.Ф. Гусеничные и колесные

транспортно-тяговые машины [Текст] / В.Ф. Платонов, Г.Р. Леиашвили,— М.: Машиностроение, 1986,- 296 с.

5. Мазур, А.И. Механизм взаимодействия гусениц с грунтом [Текст] / А.И. Мазур, В.В. Крюков, И.Ф. Фадеев // Вестник бронетанковой техники,- 1983. № 3.

6. Агейкин, Я.С. Вездеходные колесные и комбинированные движители [Текст] / Я.С. Агейкин,— М.: Машиностроение, 1972,— 184 с.

УДК 621.9

ЮЛ. Леонов, Ю.М. Казаков

МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫЙ ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ БАЗИРОВАНИЯ ЗАГОТОВКИ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧИ СИНТЕЗА ЕДИНИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Одна из подзадач проектирования технологического процесса (ТП) — подбор схем базирования для каждой технологической операции. Такой подход, когда на операцию подбирается схема базирования, используется в классических методах автоматизированного (методы адресации и проектирование унифицированных ТП) и ручного проектирования ТП. Анализ доступных информационных источников показал,

что данная задача решается на основе типовых вариантов либо с использованием диалогового режима, когда технологу предлагается самому выбрать схемы базирования. В публикациях [1,2] представлена следующая методика выбора рациональных схем базирования:

если точность размеров, достигаемых на операции, обеспечивается только одной схемой базирования, то она выбирается в качестве окон-