5

Лекция 3

Качение одиночного колеса с эластичной шиной по деформируемому грунту

3.1. Основные предпосылки, принимаемые при рассмотрении качения колеса по деформируемому грунту

При движении по грунту параметры качения колеса существенно зависят от характеристик грунтовой поверхности. Большинство предлагаемых исследователя­ми зависимостей по их определению имеют сложную структуру, поскольку авторы стремятся как можно точнее учесть все характеристики грунта. К таким характери­стикам относятся, например, угол внутреннего трения грунта, коэффициент моле­кулярных и капиллярных сил сцепления, коэффициент трения, модуль среза, коэф­фициент постели, а также большое количество эмпирических коэффициентов, учи­тывающих различное состояние грунта.

Для определения этих характеристик требуется проведение достаточно тру­доемких экспериментов. Практическая ценность уравнений, в которые входит большое число таких эмпирических показателей и характеристик, в существенной мере снижается, а достоверность получаемых результатов вызывает определенное сомнение вследствие неизбежности принятия при выводе зависимостей определен­ных допущений.

По нашему мнению, такой путь анализа процесса качения колеса по грунту малопригоден для изучения распределения потока мощности по отдельным состав­ляющим, потому что многообразие грунтов (вернее, их характеристик) и их зави­симость от погодных условий и даже от времени суток обусловливают практиче­скую невозможность учета конкретных текущих характеристик различных грунтов.

При рассмотрении процесса качения колеса по грунту воспользуемся ранее принятым в механике грунтов выражением для определения зависимости удельно­го давления q сопротивления вдавливанию в грунт штампа от глубины его погру­жения h:

q = ch , (3.1)

где: с - параметр, характеризующий начальное сопротивление грунта вдавливанию штампа;

- показатель степени, характеризующий закон изменения сопротивления грунта вдавливанию.

Эту формулу широко используют для построения зависимостей, характери­зующих процесс качения колеса по грунту. Преимущество уравнения (1) заклю­чается, прежде всего, в его относительной простоте и наличии экспериментальных данных для определения величин с и . Основным его недостатком является обна­руженная рядом исследователей зависимость величин с и от формы и размеров штампа, что снижает точность расчетов, проведенных на основе использования табличных значений с и . Однако достоверность расчетов можно в значительной степени повысить, если экспериментально определять эти величины путем прока­тывания по грунту колеса соответствующих габаритных размеров.

Табличные значения с и , приведенные в многочисленных работах, с успе­хом используются для решения ряда практических задач. В частности, сравнительные расчетные исследования колес с приблизительно равными геометрическими размерами дают вполне удовлетворительное совпадение результатов расчетов с ре­зультатами экспериментов.

Степенная зависимость вполне применима при проведении исследований полноприводных автомобилей народнохозяйственного назначения, движение кото­рых, в основном, осуществляется по грунтовым дорогам и сельскохозяйственным грунтовым фонам.

При исследованиях колесной техники, имеющей специальное назначение и используемой часто в специфических условиях движения, более достоверны зави­симости для оценки деформации грунта, учитывающие его неоднородность и раз­личные комбинации прочности слоев грунта [1]. Эти зависимости более сложные, требуют большего количества характеристик грунта, но более точно отражают фи­зические процессы при движении колесных машин.

Степенная зависимость и зависимости, в основе которых лежат такие пара­метры, как модуль деформации грунта Е и несущая способность грунта Р_S, связы­ваются аналитическими выражениями, позволяющими осуществить переход от формулы (3.1) к выражениям для Е и Р_S в формулах Я.С. Агейкина.