Обоснование силовой передачи колесных лесотранспортных машин

УДК 630*377.4 С.С. Синицын

Синицын Сергей Сергеевич родился в 1947 г., окончил в 1970 г. Брянский технологический институт, доцент кафедры механизации лесной промышленности и лесного хозяйства Брянской государственной инженерно-технологической академии. Имеет более 60 печатных трудов в области теории взаимодействия колесных машин с опорной поверхностью.

ОБОСНОВАНИЕ СИЛОВОЙ ПЕРЕДАЧИ КОЛЕСНЫХ ЛЕСОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Проанализированы энергетические показатели процесса взаимодействия пневматического колеса в ведомом и свободном режимах с деформируемой опорной поверхностью. Аналитически обоснован рациональный тип силовой передачи колесных лесотранспортных машин.

Ключевые слова: транспортная машина, силовая передача, колесо, грунт, энергозатраты.

Отличительной чертой колесных лесотранспортных машин (форвар-деры, лесовозные автомобили) является применение многоприводных ходовых систем. Это усложняет структуру системы трансмиссия - движитель, что ставит ряд новых задач в прогнозировании качества машин на стадии их конструирования. Одна из них - обоснование оптимального варианта схемы привода к колесам, обеспечивающей минимальные энергозатраты на передвижение, являющиеся общепризнанным критерием совершенства мобильных машин.

В настоящее время энергетическое обоснование конструктивных вариантов машин дается в основном лишь на уровне сопоставимости потерь в силовой передаче от кинематического несоответствия и совершенно игнорируется влияние режима качения колес на энергозатраты в площади их контакта с опорной поверхностью. Поэтому необходим исчерпывающий теоретический анализ энергетических характеристик системы трансмиссия -движитель - опорная поверхность, чтобы обосновать вариант привода колес, обеспечивающий минимум энергозатрат на передвижение. Для этого следует сопоставить потери мощности на качение колес в ведомом и свободном режимах. Целесообразно проанализировать энергоемкую и трудноопределяемую составляющую энергозатрат на вертикальную деформацию грунтов (колееобразование).

Для решения поставленной задачи используем 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 имеем

р0 - сЬГ1

/г ^ +1)

или

,_ сь^+1 "/г - р/г Шк'к - .

дт0 г>0 0 сЬК 0 /14

^ - р0 Щ-^)

где с, ц - параметры грунта (с - Па, ц - безразмерный); Ь - условный эквивалент ширины шины, м; Нг - глубина колеи, м; И0 - базовая деформация грунта, м; юк - угловая скорость вращения колеса, с-1; г0к - радиус качения колеса в ведомом режиме, м.

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

Г

4%4%ьснц+2 —

А - , \--2—,

й0ц

2

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

Г

г= = 24%ЬсИЦ+2 ^

/г 2< гксй0ц

2

Тогда мощность колееобразования

Г

1 ц+3

N° - р; у - р; и гс - 2лЬсДц+Ч 2 ,

/г /г /г кк АЦ

2

где Г(х) - гамма-функция для соответствующего параметра; г°к - радиус качения колеса в свободном режиме; у - скорость качения колеса. Соотношение энергоемкостей колееобразования ведомого и свободного колес оценим показателем км:

К .

N № 3 г

Подставляя значения № и , после некоторых преобразований получаем

Г Г

N0 ЬеИ,^ rK° 1)

kN -

N1 1) 4^3

2 2

Определим численное соотношение мощностей для исходных данных из работы [1]:

Г Г

дг0 о 1 и , 1

к = «гк ^ = ^ -

N N^ 2^г Г

,+з 2у[ккг Г

2 2

где ^ - свободный радиус колеса;

Иш - вертикальная деформация шины. С учетом того, что [3]

Г 05+4 = Г2,25 = 1,25 Г1,25 = 1,25 • 0,906;

2

Г = Г1,75 = 0,919,

2

получаем

= ^ - 0,5-0-05 • 1,25-0:906-1,56.

N № 2 • 1,77 • 0,1 0,919

/г

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

Г

получаем

,+3 1 ,+1 I ^

,+ 2

г,+3 - Г,+1 +1 -| I 2 e" 2 4*(,+1);

,+1

,+1

,+ 2

Г,+4 -Г^ +1 -j^ | 2 e~я(,+ 2).

Тогда отношение гамма-функций приобретает следующий вид:

Г

(

ц + 4 2

ц+2

Ц + 1 Л "2" 2

ц+2

е 2

ц+2

ц+2 ( 1 Л 2 —

12 )

ц+2

Г

ц+3 2

ц+

Ц+1

1 Л ~ -

е 2 у/ п(ц +1) (ц +1) 2

ц+1

ц+1 ( 1 Л Т"

V 2 у

1 ц+1

2--Г-

42е \

ц+3

ц+2

Окончательно

N

/г

М /

ц+3

(ц+г2 к

1 (ц + 2)^+3 Л - К

8ле

ц+2

К

В результате расчета по тем же исходным данным получаем

N 0

J т

N1

^г

V

1

2,53

8 • 3,14 • 2,721,5

2,5

0,5 - 0,05 0,1

-1,63.

Отличие результатов расчетов соотношения энергозатрат по точному и приближенному вариантам вычисления значений гамма-функций со-

ставляет

п - II63-156100- 4,3%.

1,63

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

Таким образом, результаты вычислений соотношения энергозатрат показали, что потери мощности ведомым колесом на деформацию грунта в 1,5 раза выше, чем 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. Оптимальным вариантом, по нашему мнению, является блокированный привод с автоматической ликвидацией кинематического рассогласования в системе трансмиссия - движитель - опорная поверхность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2

е

е

2

V

У

1

0

0

1

г

к

1. Синицын, С.С. Уменьшение сопротивления качению колесного движителя по деформируемому основанию [Текст] / С.С. Синицын, П.А. Буров // Эксплуатация лесовозного подвижного состава: межвуз. сб. - Свердловск, 1987.

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

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

Брянская государственная инженерно-технологическая академия

Поступила 21.08.06

S.S. Sinitsyn

Justification of Power Transmission for Wheeled Timber-hauling Machines

The power analysis is carried out for the interrelation process of pneumatic wheel in the driven and free operation modes with a deformed bearing surface. The rational type of power transmission for wheeled timber-hauling machines is analytically justified.