Несущая способность высокоэластичной шины

УДК 621.3.012.5

НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ВЫСОКОЭЛАСТИЧНОЙ ШИНЫ В.И. Прядкин

В статье приведены результаты испытаний по определению энергозатрат на самопередвижение и несущую способность шины сверхнизкого давления с рисунком протектора повышенной проходимости. По полученным результатам установлено давление воздуха в шине, при котором несущая способность максимальная, а энергозатрат на самопередвижение минимальные

Ключевые слова: высокоэластичная шина, низкое давление, протектор

В настоящее время транспортнотехнологические агрегаты на шинах сверхнизкого давления все более широко начинают применяться в различных областях народного хозяйства. Характерной особенностью ходовых аппаратов этих машин является то, что они не только практически не уплотняют почву, но и не повреждают растительный покров. Колесные движители этих агрегатов в основном оборудуются шинами-оболочками ОШ-1 и ОШ-2, а так же бескамерными шинами малой слойности 1300х600-533 и 49х23,5-21ЬТ, обеспечивающими низкие энергозатраты на самопередвижение [1,2].

Эффективность работы высокоэластичного колесного движителя при движении по почве с низкой несущей способностью определяется характером взаимодействия шины с поверхностью качения. При данном режиме качения происходит не только деформация шины, но и почвы. На сопротивление качению высокоэластичной шины сверхнизкого давления существенное влияние оказывает внутри шинное давление. Поэтому, для каждой модели шины и типа почвы опытным путем можно найти такое давление воздуха, при котором сопротивление качению будет минимальным. Однако вопросы оценки влияния параметров колесного движителя оборудованного шинами сверхнизкого давления на его энергозатраты и несущую способность изучены недостаточно.

Целью данных экспериментальных исследований являлось оценка влияния внутри шинного давления на несущую способность, тяговый КПД и силу сопротивления качению высокоэластичной шины сверхнизкого давления.

Экспериментальным исследованиям была подвергнута шина 1300х600-533 с специально разработанным почвощадящим протектором повышенной проходимости (рис.1) [3]. Испытания проводили на

Прядкин Владимир Ильич - ВГЛТА, канд. техн. наук, доцент, е-таіі: sorkol@mail.ru.

стенде СИБ-1, в емкости опорного основания которого находилась почва. Характеристика почвы соответствовала требованиям ГОСТ 30745-2001 и имела влажность в слое 0-100 мм - 17%, в слое 100-200 мм

- 18%, твердость почвы определялась по плотномеру ДорНИИ. После каждого прохода почва заново рыхлилась и выравнивалась.

Рис.1. Рисунок протектора повышенной проходимости для шин сверхнизкого давления

Коэффициент сопротивления качению определялся по зависимости согласно [4]:

= !'0 + ,

где: f0- составляющая, обусловленная гистерезис-ными потерями при радиальной деформации шины под действием нормальной нагрузки; fa- составляющая, обусловленная потерями на окружную деформацию шины под действием момента.

Первая составляющая коэффициента сопротивления качению определялась по формуле:

/о =

где М/ - момент сопротивления качению; р - силовой радиус; Ок - нормальная нагрузка.

Момент сопротивления качению колеса на деформируемых грунтах определялся по эмпирическому выражению [5]:

М / = М / 0 + р-Рк > где Рк - сила тяги на колесе; М/0 - момент сопротивления качению (при Рк = 0).

Вторая составляющая коэффициента сопротивления качению определялась согласно [4] по формуле:

{ = М/ {г„ - гк)

У О уг-ч ?

°К-Гхх-Гк

где гхх - радиус качения холостого хода; Гк - радиус качения.

Радиус качения определялся по выражению

[5]:

г

іи - Рк

л

Рк

где а - эмпирическая величина; Рк тах - максимальная сила тяги, развиваемая колесом.

Радиус холостого хода определялся по формуле:

г = — - И ,

XX 2 2

где к - нормальный прогиб шины; —0 - диаметр шины .

Расчетное определение деформации высокоэластичных шин сверхнизкого давления при радиальном обжатии вызывает большие затруднения, так как решение дифференциальных уравнений тонких резино-кордовых оболочек весьма сложны. Поэтому этот вопрос решался с использованием эмпирический зависимости. Зависимость радиального прогиба от нагрузки и давления воздуха определялась согласно выражению [6]:

I , °К

0 +а' I----,

где: рк - внутри шинное давление; И20, а - постоянные для шины коэффициенты.

Сила сопротивления качению определялась по формуле [4]:

РГ = Ок^.

На основании результатов проведенных лабораторных испытаний были получены графические зависимости, приведенные на рис.2 и рис.3.

Рис. 2. Зависимость изменения силы и коэффициента сопротивления качению шины 1300х600-533 с рисунком протектора «косая елка» от давления воздуха: 1 - коэффициент сопротивления качению; 2- сила сопротивления качению

533 с рисунком протектора «косая елка» на формирование глубины колеи и максимальные давления: 1 - максимальные давления шины на поверхность качения; 2 - глубина колеи.

Из графика рис.2 видно, что как увеличение, так и снижение давления воздуха в шине, по отношению к оптимальному давлению, приводит к увеличению сопротивлению качению. Минимальное значение сила сопротивления качению делит график на две зоны.

В первой зоне при снижении давления воздуха сила сопротивления качению возрастает в связи с возросшими потерями на деформацию резинокордной оболочки из-за образования складок на боковине, имеет место потеря формы шиной. Основную нагрузку высокоэластичной шины сверхнизкого давления несет воздух, который воздействует на верхнюю недеформированную часть. Увеличение доли нагрузки, воспринимаемой оболочкой крайне не желательно, так как приводит к увеличению по-

к 'хх а

терь в шине, и как следствие увеличению коэффициента сопротивления качению.

Во второй зоне с увеличением давления в шине сила сопротивления качению возрастает из-за дополнительных затрат энергии, идущей на формирование колеи. Под действием нормальной нагрузки высокоэластичная шина деформируется, и одновременно погружается в почву до тех пор, пока не наступит равновесие сил и реакций, действующих на контактную площадь. Согласно рис.3 при повышении давления в шине, относительно оптимального значения 30 кПа до 60 кПа, глубина колеи увеличилась на 5 мм, при этом максимальное давление возросло с 53,3 до 70 кПа. С увеличением давления в шине так же возрастает давление колесного движителя на опорное основание, из-за уменьшения площади пятна контакта.

Оценка грузоподъемности шины проводилась по ее несущей способности. Отношение нормальной нагрузки, приходящейся на колесный движитель, приведенной к суммарным затратам на его передвижение по деформируемой почве, характеризует несущую способностью шины [4]:

N =

к

P

f

0,8

0,6

0,4

0,2

2

1

Nk

0,30

0,28

0,26

0,24

10 20 30 40

50

60 Р., кПа

Рис. 4. Зависимость изменения КПД и несущей способности шины 1300х600-533 с рисунком протектора «косая елка» от давления воздуха: 1 - несущая способность шины; 2 - максимальный тяговый КПД.

Анализ рис.4 показывает, что несущая способность шины оказывает существенное влияние на тяговым КПД. Увеличение давления воздуха до определенного предела приводит к увеличению КПД, а затем к снижению. Согласно зависимостям, приведенным на рис.2 и рис.4, при максимальных тяговом КПД - 0,89 и несущей способности 0,296 обеспечивается минимальное значение силы сопротивления качению - 0,149 кН и коэффициента сопротивления качению 0,034 при оптимальном давлении воздуха в шине 30 кПа.

ВЫВОДЫ.

1 Оптимальное давление воздуха в шинах сверхнизкого давления при минимальной силе сопротивления качению и максимальной несущей способности составляет 30 кПа.

2 На несущую способность шины существенное влияние оказывает давление воздуха в шине, которое возможно поддерживать в узком диапазоне только при помощи применения системы автоматического регулирования давления воздуха в шинах.

Литература

1 Зайцев С.Д., Стреблеченко Л.С., Прядкин В.И. Энергосредство на шинах сверхнизкого давления// Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2006. - №8. - С.9-10.

2 Бычков Н.Н., Прядкин В.И., Мельник А.Г. Энергосредство для механизации работ на поймах. Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2004 № 10 - С.6-8.

3 Прядкин В.И., Бриндюк В.Н., Бриндюк С.В. Протектор шины транспортного средства повышенной проходимости. Патент на изобретение. № 2399499 2009

4 Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств. - М.: Машиностроение, 1989.

- 240 с.

5 Станкевич Э.Б., Лозин А.С., Гончаренко С.В., Та-лютова В.В. Оценка сопротивления качению тракторных колесных движителей// Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1989. № 4. - С. 16-17.

6 Прядкин В.И., Зайцев С.Д., Гончаренко С.В., Стреблеченко Л.С. Выбор рациональных режимов работы высокоэластичной шины сверхнизкого давления//Каучук и резина. 2010. №1. С. 40-42.

Воронежская государственная лесотехническая академия

BEARING CAPACITY of HIGHLY ELASTIC TIRE V.I. Pryadkin

In article results of tests by definition of power inputs on self-movement and bearing capacity of the tire of the extra-low pressure with picture of a protector of the raised passableness are resulted. By the received results pressure of air in the trunk is established, at which bearing capacity maximal, and power inputs on self-movement minimal

Key words: the highly elastic tire, low pressure, a protector