2.3Визначення площі контакту шини

Для ущільнення матеріалів з різними фізико-механічними властивостями потрібні різні тиски в плямі контакту з опорною поверхнею. Тому діапазон можливої зміни навантаження на колесо та тиску повітря в шинах характеризує як універсальність, так і ущільнюючу здатність котка, що визначаються ступенем, глибиною та рівномірністю ущільнення. Регулювання тиску в шинах повинно бути централізованим та в межах 0,2 ... 1,0 МПа (рис. 24).

Рис. 24 Зміна плями контакту при різних тисках в шині

Площа контакту при укочуванні ущільнених грантів з урахуванням заданої товщини шару

м².

W₀ ,W – відповідно оптимальна і дійсна вологість повітря;

К_,К₀ – відповідно потрібний і початковий коефіцієнт ущільнення матеріалу;

К_р – багатофакторний коефіцієнт, який залежить від _z/_κ, а/b,. При орієнтовних розрахунках можна прийняти К_р = 1,2...1,4; причому менше значення відповідає більшим відстаням між шинами е´.

при укочуванні ущільнених грантів Н₀ = 0,15 м,

м².

При ущільненні розрихлених ґрунтів Н_р = 0,30 м.

м²,

2.4 Розрахунок маси котка

Маючи розрахункові значення А_к та _κ визначають мінімальні значення Q, що забезпечують розрахункові А_к та _κ.

Значення Q можуть бути встановлені і розрахунковим шляхом, використовуючи залежність:

Q = А_к · _κ,

тоді

Q = 0,04·0,45·10⁶ = 18 кН.

Слід мати на увазі, що Q з найбільшим його значенням, визначене по номограмі чи розрахунковим шляхом, містить в собі частину металоємкості і баласту машини на контактну поверхню колеса.

Знаючи власну вагу колеса Q, можна з урахуванням отриманого значення Q встановити навантаження на вісь колеса котка:

Q₀ = Q – Q_к,

тоді

Q₀ = 18·10³ - 1·10³ = 17 кН.

Після вибору Q, враховуючи прискорення сили тяжіння g та кількість коліс котка Z_к, маса котка з баластом визначається по формулі:

тоді

т.

Розрахунок маси котка за вищенаведеною методикою забезпечує мінімальні енергетичні та трудові витрати як при створенні, так і при експлуатації котків.

2.4.1 Вибір шин для котків

На котках застосовують шини загального призначення (автомобільні) та спеціальні.

Шини з дорожнім чи універсальним рисунком протектора, призначені для ущільнення переважно дорожніх основ. Шини з глибоким рисунком протектора, призначені для ущільнення переважно земельного полотна доріг.

На відміну від шин автомобілів високої прохідності шини котків зі змінним тиском мають максимальний тиск в 2 – 2,8 разів більше. Порівняння поперечних перерізів шин показано на рис. 25.

Рис. 25 Схема до вибору шин

Шини для котків можуть бути вибрані з кількості тих, що виробляються автотракторною промисловістю, а при відсутності необхідних – повинні створюватись спеціальні, нові шини. При виборі шин задаються, насамперед, кількістю коліс на одній з осей (наприклад, при самохідних котках, на задній – широкій осі) та коефіцієнтом відстані між шинами К_ш. Кількість коліс моста на одній осі Z_к = 4 шт. К_ш = 1,25.

Визначаємо необхідну ширину бігової доріжки за формулою:

тоді

мм,

де В – ширина ущільнювальної смуги котка;

Z₃ – кількість коліс на осі;

К_ш – коефіцієнт відстані між шинами.

Приймаємо 260 мм.

Отримане за цією формулою В₀, як і вантажопідйомність та інші параметри шини, є вихідним параметром для попереднього вибору шин котка.

Шини звичайного виконання для котків мають відношення висоти профілю Н до ширини шини В₀, рівне 0,9 – 1,1; у широко профільних шин відношення Н/ В₀ < 0,9. Проте така ширина, маючи низький тиск повітря, не може забезпечити високої щільності матеріалу і ефективна тільки для покращення керованості котка та підвищення маневреності.

Н = 1,1·В₀ = 1,1·260 = 290 мм.

Згідно стандартного ряду типорозмірів шин приймаємо: шину моделі Ф-55 320-508(12,00-12).

Параметри вибраної шини:

зовнішній діаметр – 1092 мм;

ширина профілю (по центру перерізу) – 290 мм;

ширина бігової доріжки – 260 мм;

позначення обода – 216В – 508 мм (дюйм);

норма пошаровості – 16;

максимальне навантаження – 23000 Н;

тиск повітря в шині, що відповідає максимальному навантаженню – 0,3 – 0,8 МПа;

максимальна швидкість – 20 км/год;

маса – 90 кг.

В цьому випадку величина нормальної деформації пневматичної шини на жорсткій поверхні звичайно складає

,

тоді

λ = 0,13·290 = 37,7 мм ,

де В_ш – ширина профілю шини.

Якщо відомий модуль жорсткості пневматичної шини та її геометричні розміри, то вага може бути визначена за формулою:

,

тоді

т,

де значення Е_ш потрібно підставляти в кгс/см, а λ – в см.

Враховуючи, що радіальна деформація на пневматичні шини на ґрунті, що деформується, менше, ніж на жорсткій поверхні, при виконанні розрахунків по наведеній формулі треба приймати

λ = 0,15· В_ш = 0,15·290 = 4,35.

Якщо модуль жорсткості шин невідомий, то раціональну вагу котка у відсотках від її максимального значення можна визначити, користуючись слідуючими даними:

тиск повітря в шині в Н/см²............................ .60 50 40 30 20

вага котка у % від максимального значення 100 90 80 65 50

Мінімальне число коліс котка приймають з умов забезпечення поперечної стійкості і звичайно рівне чотирьом.

Найбільша допустима величина зазорів е обмежується умовами рівномірного ущільнення ґрунту котком по ширині і може бути знайдена з експериментальної залежності:

,

тоді

мм.

При відомій плямі контакту шин А_Ку = 0,04 м² (при укочуванні щільних покриттів) та А_Ку = 0,16 м² (при укочуванні рихлих покриттів) див. розділ 2.1.3, визначимо можливі прогини шин:

,

тоді отримаємо

мм;

,

отже

мм,

де R_н – зовнішній радіус шини.

Довжину площі контакту визначимо за формулою:

м

м

де - радіус кривизни протектора.

Навантаження на шину, прогин і тиск повітря зв’язані залежністю:

,

де с₁, с₂ – постійні коефіцієнти, що визначаються дослідним шляхом. Для спеціальних шин с₁=0,0002...0,0003 см²/Н, с₂=0,006 см^-1;

Р_ш – тиск в МПа;

δ_т – прогин в см.

При відомому навантаженні на шину та прогин визначимо необхідний тиск в системі

_.

при укочуванні щільних шарів:

МПа,

при укочуванні розрихлених шарів:

МПа.