книги из ГПНТБ / Скотников В.А. Основы теории проходимости гусеничных мелиоративных тракторов [учеб. пособие]

§ 5.2. Зависимость проходимости машин от скорости

их движения и длины опорной поверхности гусениц

Скорость движения машины и длина опорных гусеничных ветвей определяют период Т взаимодействия гусениц с грунтом

V

который входит в формулы (4.15) —(4.19) для расчета глубины осадки гусениц в грунт. Поэтому проанализируем зависимость осадки от периода взаимодействия гусениц с грунтом. На

Рис. б.З. Теоретические эпюры осадок в зависимости от скорости движе­ ния и длины гусениц при:

щением центра давления и при следующих трех значениях пе­

171

характеризуют осадку гусениц при движении машины со ско­

машин в значительной степени зависит от скорости их движения. При увеличении скорости движения глубина осадки гусениц в грунт уменьшается. Например, из рис. 5.3 видно, что с уве­

сохраняется при любом виде нагружении грунта внешним нор­

Наглядное представление о характере зависимости наиболь­ ших осадок гусениц от скорости движения дает график, приве­ денный на рис. 5.4, где по оси абсцисс даны периоды взаимодей­ ствия гусениц с грунтом, а по оси ординат — наибольшие осад­ ки гусениц в грунт. График показывает, что, начиная примерно с 7'= 100 сек, темп увеличения наибольшей глубины осадки гусе­ ниц в грунт замедляется лри неизменном темпе уменьшения ско­ рости движения. Для длин гусениц существующих болотоходных машин 7"= 100 сек соответствует скорости движения примерно 0,1 км/ч, как видно из табл. 3.4. Практически это означает, что рабочие скорости движения существующих машин находятся в том диапазоне, где они значительно влияют на проходимость машин.

Проанализируем зависимость проходимости машин от дли­

172

,0,

б

Рис. 5.5. Теоретиче­ ские эпюры осадок гусениц при различ­ ной длине гусениц лри прямоугольной

эпюре давлений:

Таким образом, уменьшение скорости движения и .увеличе­ ние длины гусениц (при прочих равных условиях) способствуют увеличению глубины колеи машин. Глубина колеи машин не будет изменяться, если при удлинении гусениц соответственно повысить скорость движения. Однако из-за ряда агротехнических или агромелиоративных требований не всегда возможно ско­ рость движения и длину гусениц подобрать так, чтобы прохо­ димость машин была наилучшей. Поэтому при создании машин высокой проходимости следует соответствующим образом выби­ рать весь комплекс параметров, определяющих проходимость машин: среднее удельное давление, положение центра давления, длину и ширину гусениц и скорость движения машин.

§5.3. Зависимость проходимости машин от свойств

исостояния грунта

Из формул (4.15) — (4.19) следует, что проходимость машин зависит от компрессионных свойств торфа (а; е), от его филь­ трационных свойств ( а = f(kip; а; е)) и от толщины Н сжимаемо­ го слоя торфа. Определим степень влияния на проходимость каждого из названных факторов.

173

Примем, что изменяется толщина Я слоя торфа, а его свойства остаются неизменными. Расчеты деформаций, выпол­ ненные для различных толщин Я сжимаемого слоя (при про­ чих равных условиях), показали, что при периоде взаимодействия Г =£+00 сек осадка грунта не зависит от толщины этого слоя (табл. 5.2). Однако эта закономерность справедлива до опреде­ ленного периода взаимодействия гусениц с грунтом: пока про­ должительность действия внешней нагрузки такова, что напря­ жения в скелете грунта не успевают распространиться на всю глубину сжимаемого слоя. Если же за период взаимодействия

показана экспериментальная зависимость осадки от толщины торфа, полученная Б. Н. Янушкевичем и В. В. Кацыгиным при

трех состояний. Осадки гусениц рассчитаны при различных сме­ щениях центра давления машин. Как видно, с ростом влажности и снижением степени разложения торфа резко увеличивается

174

tycrfl

в

ная закономерность подтверждается и опытными данными. Из этого следует, что расчет параметров мелиоративных тракторов и машин следует выполнять исходя из условий их работы на участках болот с наибольшей эксплуатационной влажностью и с наименьшей степенью разложения торфа. На более сухих участках проходимость машин заведомо будет обеспечена.

§5. 4. Сравнение результатов анализа теоретических

иэкспериментальных эпюр осадок гусениц и способ определения осадок при сложной форме эпюр нормальных давлений

Полученные теоретические законы образования .колеи выра­ жают зависимость глубины осадки гусениц от среднего нор­ мального давления, от положения центра давления, от скорости движения, от длины гусениц и от свойств торфяного грунта, т. е. от пяти важнейших конструктивных и эксплуатационных факторов. Анализ законов образования колеи показал, что тео­ ретические формулы подтверждают разрозненные эксперимен­ тальные данные, которые до сих пор не имели достаточного тео­ ретического объяснения.

175

В полученных теоретических формулах осадка гусениц пред­ ставлена, как функция многих факторов, действующих одновре­ менно. Формулы позволяют анализировать влияние на глубину осадки изменение отдельных факторов, при прочих равных усло­ виях, и влияние сразу всех или нескольких параметров.

Характерным является полная качественная сходимость ре­ зультатов анализа теоретических и экспериментальных эпюр осадок гусениц. Например, из опыта известно, что осадка гусе­ ниц в торфяной грунт при смещении центра давления трактора назад больше, чем при смещении центра давления вперед. Этот факт иллюстрируется эпюрами давлений и осадок гусениц, пока­ занными на рис. 5.8. Теоретические формулы и соответствующие эпюры подтверждают это явление (рис. 5.1) и позволяют объяс­ нить его. При смещении центра давления вперед наибольшие нормальные давления возникают под передними звеньями опор­ ной ветви, т. е. в начальный момент взаимодействия с грунтом. Но в начальный момент, когда продолжительность взаимодей­ ствия звена гусеницы с грунтом составляет доли секунды, вся нагрузка воспринимается главным образом поровой водой. А на скелет грунта передается небольшая часть нормальных давле­ ний. Чтобы скелет грунта деформировался, поровая вода должна отфильтроваться, но для этого требуется определенное время. Поэтому осадка грунта не успевает развиться под передними звеньями-до максимальной величины за тот промежуток време­ ни, пока на грунт действуют наибольшие давления. С течением времени нормальные давления (при смещении центра давления вперед) уменьшаются. Это способствует ухудшению фильтра­ ции воды из грунта и, хотя осадка продолжает расти, наиболь­ шая ее величина остается меньше, чем под трактором при сме­ щении центра давления назад и при прочих равных условиях.

При смещении центра давления назад продолжительность контакта каждого гусеничного звена с грунтом и увеличение нормальных давлений нарастают постепенно вдоль длины гусе­ ниц, поэтому осадка грунта непрерывно возрастает и в конце периода взаимодействия достигает наибольшего возможного значения.

В этом же явлении (невозможность мгновенного отфильтровывания воды из грунта под действием давления) находит свое объяснение и зависимость глубины осадки от скорости движе­ ния и длины гусениц.

Сопоставление теоретических эпюр осадок гусениц, полу­ ченных по вышеприведенным формулам, и реальных эпюр оса­ док показывает, что теоретические зависимости соответствуют и отражают объективно существующие зависимости осадки от ряда конструктивно-эксплуатационных параметров.

По теоретическим формулам осадка гусениц зависит от по­ ложения центра давления (рис. 5.1), и опыт подтверждает эту зависимость (рис. 5.8). По теоретическим формулам осадка

176

а

Q5Lrvc

G

-

-L—L

0

0,2 z

Ь.мм

Q5Lryc fc

i 4

Рис. 5.8. Эпюры давлений и осадок гусениц тракторов КД-35 (по В. А. Порошкову) и Т- 100МБ при смещении центра давления вперед (сплошные

линии) и назад (штриховые линии):

а, б — трактор КД-35; в —трактор Т-100МБ; г — то же с кииавокопателем КФН-1200.

уменьшается при увеличении скорости движения (рис. 5.3), и практика подтверждает это явление (рис. 3.24—3.25). По теоре­ тическим законам (рис. 5.7) осадка в значительной степени уве­ личивается с ростом влажности торфяного грунта, и опыт убе­ дительно доказывает это положение (рис. 3.24—3.25).

Таким образом, основные законы образования колеи, полу­ ченные на основе теоретических предпосылок, эксперименталь­

расчленяется на совокупность взаимно сдвинутых или действую­ щих одновременно линейно-изменяющихся нормальных давле­ ний 1, 2, 3, 4, 10 (рис. 5.9, б), описываемых тремя уравнениями вида:

р = const; p = qt; р = ртах — qt.

После этого вычисляется осадка гусениц для каждого из указан­ ных участков в зависимости от продолжительности t действия

178

давления. Затем определяется общая и наибольшая осад­ ка последовательным суммированием осадок отдельных участ­

Сплошными линиями показана эпюра осадок при постоянном коэффициенте фильтрации (от поверхности до подстилающего основания). Штриховыми линиями показана эпюра осадок, со­ ответствующая увеличенному коэффициенту фильтрации в верх­ нем поверхностном слое (0—4 см). Принято, что на участке / коэффициент фильтрации имеет большое значение (порядка 2— 20 см/сек), а осадка остальных участков рассчитана при значи­ тельно меньших коэффициентах фильтрации (0,01—0,0001 см/сек). Ранее указывалось, что в поверхностном слое толщиной 0—4 см коэффициент фильтрации всегда имеет большую величину. Это следует учитывать при расчете осадки лобовых участков гусе­ ниц на иеосушенных болотах влажностью более 90% . Таким образом, имея три уравнения, характеризующих осадку гусе­ ниц при простейших случаях нагружения, можно определить глу­ бину погружения гусениц в торфяной грунт при любой форме эпюры нормальных давлений.

§5.5. Взаимосвязь периода взаимодействия гусениц

сгрунтом и вида эпюр нормальных давлений с основными

показателями свойств торфа

Напряжение в скелете грунта и глубина осадки гусениц оп­ ределяются по формулам (4.11) — (4.13), в которых основные показатели свойств и состояния торфа (коэффициент пористости е и коэффициент уплотнения а) принимаются постоянными. Ука­ занные коэффициенты в механике грунтов определяются по кри­ вым сжимаемости. Последние (рис. 5.10), как и формулы для их построения, получают на основе опытов, проводимых с помощью приборов, в которых образцы грунта подвергаются действию постоянной нагрузки различной величины в течение такого пе­ риода времени, при котором напряжения .в любой точке скелета грунта равны внешней нагрузке. Обычно такой период времени длится несколько суток. Равенство внешней нагрузки, действую­ щей на поверхность грунтового образца, напряжениям в любой точке скелета грунта позволяет строить зависимость коэффици­ ента пористости от внешнего давления р:

Однако при движении гусеничных машин период взаимодей­ ствия гусениц с грунтом, как указывалось, обычно не превы­ шает 1—100 сек. За такой короткий промежуток времени внеш­ нее давление на грунт, действующее со стороны гусениц, не успе-

179

вает передаться целиком только на скелет: оно воспринимается и поровой водой. Поэтому, как следует .из формул (4.11) — (4.13), эффективные напряжения в скелете грунта во всех точках (кро­ ме точек контакта с гусеницами) не равны внешнему давлению, а составляют лишь некоторую его часть, возрастающую во вре­

коэффициента пористости во времени при действии постоянной внешней нагрузки.

Рис. 5.11. Соответствие между кривыми сжатия и кривой сжимаемости.

Между кривыми сжимаемости и сжатия существует вполне

180