Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Исследования наземных транспортно-технологических машин при учете реологических свойств опорного основания. Часть 2. Лабораторный практикум
.pdf
11
ной деформации выбрать горизонтальную деформацию и нажать кнопку
"Конечный расчет".
28. В окне "Расчетная часть 2" нажать кнопку "Искомые значения" и кнопку
"ОК" во вкладке "Средний расчетный коэффициент f " того же окна
29. В окне "Отчет" нажать кнопку "Создать отчет".
Результаты расчетов принимаются по двум последним из четырех созданных отчетов для переднего и заднего колес и включают время взаимодействия
колес с опорным основанием, максимальные значения нормальных и касательных напряжений под колесами, вертикальную, горизонтальную и объемную
деформации слоя почвы, плотность почвы и толщину слоя почвы, буксование и
коэффициент сопротивления качению как для каждого колеса, так и для трактора в целом.
Исходные данные к выполнению лабораторной работы
Исходные данные выдает ведущий преподаватель в зависимости от поставленной им задачи по оценке влияния различных факторов (параметров, режимов движения НТТМ, параметров состояния грунтового слоя и т.д.) на тяговую динамику трактора.
Лабораторная работа № 2
Исследование на ЭВМ уплотняющей способности гусеничного трактора
Общие сведения
В качестве одного из важных конструктивных параметров ходовой части
гусеничного движителя является положение центра давления гусеницы относительно середины ее опорной поверхности (хд). Положение центра давления на
почву определяет точку приложения результирующей нормальных реакций
почвогрунта. Распределение этих реакций по длине опорной поверхности гусениц существенно зависит не только от положения центра давления, но и от
12
д
4
t
почвенных условий и конструкции гусеничного движителя (в частности, от
числа катков и их расположения).
При прямоугольной эпюре центр давления трактора располагается посре-
дине опорной поверхности гусениц, т.е. смещение центра давления трактора хд
равно нулю.
Коэффициент смещения центра давления гусеничного трактора д = хд / L.
Значение хд = ± L/6 можно считать предельно допустимым, так как при его превышении часть опорной поверхности гусениц прекращает передавать давления на
почву.
Коэффициент смещения центра давления - основной показатель, характери-
зующий распределение давлений гусениц на почву, глубину колеи (осадку) гусе-
ниц. Чем меньше
, тем равномернее при прочих равных условиях эпюра давлений. Изменяя положение центра давления, можно регулировать глубину колеи и
сопротивление движению от минимального значения до наибольшего при одном и
том же среднем давлении.
Используя данные, полученные при обработке кривых ползучести слоя почвы
под нагрузкой, в результате которой определяются параметры ядра ползучести α, β,
Α, а также зависимости по определению полной деформации слоя в соответствии с
прямоугольным и треугольными законами нагружения, можно определить глубину
колеи после прохода гусеничного движителя трактора (или вертикальную деформацию слоя почвы).
Для этого необходимы следующие дополнительные данные:
- полное время
воздействия гусеничного движителя на основание в
каждой его точке;
- мгновенный модуль деформации слоя почвы в соответствии с заданны-
ми параметрами состояния слоя;
- максимальные контактные давления, развиваемые под движителем.
13
,/
4 тр
VLt
тр
V
)2/( bLG
ср
)2/( bLТ
ср
Полное время воздействия гусеничного движителя на основание определяется по выражению
где L – длина опорной поверхности гусеницы , м;
(6)
- скорость трактора, м/с.
За длину опорной поверхности гусеницы при значительных углах наклона
передних и задних ветвей независимо от почвенных условий принимают участок гусеничного обвода между крайними опорными катками.
Из учета равномерности распределения напряжения по всей длине опорной
поверхности гусениц при прямоугольном законе нагружения среднее значение
напряжения определяется по выражению
, (7)
где G - вес трактора, Н; b - ширина звена гусеницы, м.
После определения мгновенных модулей линейной и сдвиговой деформаций слоя опорного основания, используя данные для определения функций подобия, а также зная максимальные значения действующих напряжений под гусеничным движителем и законы их изменения, появляется возможность определить составляющие деформаций слоя опорного основания и, в конечном счете, изменение плотности материала опорного основания.
Максимальные нормальные напряжения для прямоугольного закона нагружения принимаются равными среднему значению напряжения, а для треугольного закона нагружения принимаются в два раза больше среднего значения, т.к. площади эпюр напряжений при двух различных законах нагружения
принимаются равными при условии неизменности веса машины и опорной поверхности гусениц.
Максимальные касательные напряжения для прямоугольного закона нагружения принимаются равными среднему значению касательного напряжения, рассчитываемому по выражению (при допущении, что касательная сила
тяги Т распределена равномерно по всей опорной поверхности гусеницы)
. (8)
14
)/(
max
bLТ
4
0
12
2
1
1
4
0
4
)2(
)(
)(
)(
)()(
t
t
к
t
к
Г
tАГ
Г
tАГ
е
Е
dtK
Е
t
d
Г
tАГ
Г
tАГ
Г
tАГ
)6(
)(
...
)4(
)(
)3(
)(
16
6
14
4
13
3
)5)...(2)(1(
...
)2)(1()1(
5
4
52
4
21
44
4
tttt
Ае
Е
t
к
...
)52)...(22)(12(2
...
)22)(12(2)12(22)2(
)(
52
4
522
4
212
4
2
4
2
tttt
Г
АГ
)56)...(26)(16(6
...
)16(66)6(
)(
...
564516
4
6
4
6
ttt
Г
АГ
)(")(')()()(
44
4
0
4
0
4
4
4
ttdtKdtKt
Еt
t
tt
к
4
0
12
2
1
1
4
4
0
4
4
)2(
)(
)(
)(
)()(
t
t
к
t
к
Г
tАГ
Г
tАГ
е
Еt
dtK
Еt
t
При треугольном распределении касательных напряжений
. (9)
При выполнении машинно-тракторными агрегатами в поле различных сель-
скохозяйственных операций будем предполагать, что из-за достаточно рыхлого со-
стояния слоя почвы после прохода трактора остается колея, не претерпевающая
дальнейших изменений геометрического характера, т.е. разница между полной и
необратимой частью деформации слоя почвы не превышает 10%. Это позволяет
производить оценку величины колеи, определяющей степень уплотнения почвы,
только по величине полной деформации, что значительно упрощает расчеты деформации слоя почвы.
Для прямоугольного закона нагружения относительная деформация слоя
основания будет определяться по выражению
. (10)
Для треугольного закона нагружения с вершиной в передней кромке
опорной поверхности гусеницы относительная деформация слоя почвогрунта
, (11)
где
15
d
Г
tАГ
Г
tАГ
Г
tАГ
)6(
)(
...
)4(
)(
)3(
)(
16
6
14
4
13
3
)5)...(2)(1(
...
)2)(1()1(
5
4
52
4
21
44
4
4
tttt
Ае
Еt
t
к
...
)52)...(22)(12(2
...
)22)(12(2)12(22)2(
)(
52
4
522
4
212
4
2
4
2
tttt
Г
АГ
)56)...(26)(16(6
...
)26)(16(6)16(66)6(
)(
...
56
4
526
4
216
4
6
4
6
tttt
Г
АГ
44
0
2
21
2
0
4
4
)2(
)(
)(
)(
)()("
t
t
к
t
к
Г
tАГ
Г
tАГ
е
tЕ
dtK
tЕ
t
d
Г
tАГ
Г
tАГ
Г
tАГ
)6(
)(
...
)4(
)(
)3(
)(
6
6
4
4
3
3
)6)...(2)(1(
...
)3)(2)(1()2)(1(1
6
4
53
4
22
4
1
4
4
4
tttt
Ае
Et
t
k
...
)62)...(22)(12(
...
)32)(22)(12()22)(12(12)2(
)(
62
4
532
4
222
4
12
4
2
tttt
Г
АГ
)66)...(26)(16(
...
)36)(26)(16()26)(16(16)6(
)(
...
6645364226
4
16
4
6
tttt
Г
АГ
44
0
2
21
4
0
4
4
)2(
)(
)(
)(
)()('
t
t
к
t
к
Г
tАГ
Г
tАГ
е
tЕ
dtK
tЕ
t
d
Г
tАГ
Г
tАГ
Г
tАГ
)6(
)(
...
)4(
)(
)3(
)(
6
6
4
4
3
3
)6)...(2)(1(
...
)3)(2)(1()2)(1(1
6
4
53
4
22
4
1
4
4
4
tttt
Ае
Et
t
k
...
)62)...(22)(12(
...
)32)(22)(12()22)(12(12)2(
)(
62
4
532
4
222
4
12
4
2
tttt
Г
АГ
)66)...(26)(16(
...
)26)(16(16)6(
)(
...
664526
4
16
4
6
ttt
Г
АГ
,
Для треугольного закона нагружения с вершиной в задней кромке опор-
ной поверхности гусеницы относительная деформация слоя почвогрунта
.
. (12)
16
х
2
xy
,
1 вх
I
,))((
22
2 гxy
arctgI
0
3
I
,0
1гл
.
2
I4II
2
2
11
3,2гл
слглглслглглслглгл
hhh
332211
;;
,
1 сл
hbaV
сл
hba ,,
Параметры функции скорости ползучести А, , можно определить по
известной методике.
В общем случае величины главных деформаций определяются как корни
кубического уравнения, все составляющие которого являются безразмерными
величинами, используя инварианты напряженного состояния.
В данном случае напряженное состояние почвогрунта создается касатель-
ной силой тяги и весом, приходящимся на гусеницу трактора. Исходя из заданных условий, напряженное состояние слоя почвогрунта описывается только
двумя составляющими
,
. Соответственно, инварианты напряженного со-
стояния определяются
(13)
(14)
. (15)
Решая кубическое уравнение, определяем главные деформации:
Главные деформации определяют в относительных величинах изменивший-
ся объем деформируемого тела. Умножая величины главных деформаций на
толщину деформируемого слоя почвогрунта, определяем реальные деформации
куба почвогрунта:
шийся объем можно определить плотность, получившуюся после прохода гусеничного трактора.
. (16)
Таким образом, зная начальную плотность почвогрунта, через изменив-
Первоначальный объем куба почвогрунта
(17)
где
- соответственно высота, ширина и толщина слоя.
Конечный объем почвогрунта
17
)()()(
3212 глслглгл
hbaV
./
2112
VV
. (18)
Принимая массы объемов почвогрунта до и после прохода гусеничного
движителя равными, определяем конечную плотность:
(19)
Функциональное назначение программы, область применения
Программа "Оценка уплотняющей способности гусеничного трактора" позволяет определить свойства почвы (на примере выщелоченного чернозема Липецкой
области) и величину ее деформации при воздействии гусеничным движителем
трактора в соответствии с различными законами вертикального нагружения слоя
почвы: треугольным законом нагружения с вершиной между кромок опорной по-
верхности, прямоугольным (равномерным) законом нагружения, треугольным с
вершиной на передней части опорной поверхности гусеницы и треугольным законом с вершиной на задней части опорной поверхности гусеницы. При этом учиты-
ваются реологические свойства конкретного почвогрунта, а функции влияния
представлены в виде экспоненциально-степенных выражений.
Сферой функционирования разработанной программы является ее примене-
ние в научно-исследовательских организациях или в учебных заведениях на пред-
мет получения необходимых данных о показателях проходимости проектируемых
или эксплуатируемых в различных хозяйствах гусеничных НТТМ.
Последовательность работы с программой
Программа включает в себя четыре пункта:
1) ввод исходных данных;
2) определение параметров почвогрунта;
3) определение деформаций почвогрунта при заданных параметрах ходовой
части трактора, учитывая состояние почвогрунта;
18
4) определение плотности почвогрунта после прохода гусеницы трактора и вы-
вод рассчитанных данных.
В первом пункте вводится 6 точек кривой податливости почвы, полученной
из экспериментальных данных с применением деформатора, а также параметры
ходовой части, состояние почвогрунта (влажность, плотность), нагрузки, действующие в опытах, и нагрузки движителя, действующие на почвогрунт.
Во втором пункте программой производится определение параметров поч-
вы методом подбора при заданном законе ее нагружения и введенном в исходных
данных законе деформации во времени.
В третьем пункте производится расчет вертикальных и горизонтальных
деформаций почвогрунта при одном проходе гусеницы трактора при заданных условиях.
В четвертом пункте рассчитывается плотность почвогрунта. После расчета
программой выводятся найденные параметры, вертикальные и горизонтальные деформации почвогрунта, а также его плотность после прохода гусеницы.
На рис. 2, 3 представлены экранные формы программы, на которых отображе-
ны вводимые исходные данные для расчета по треугольному закону нагружения
почвы с вершиной между кромками опорной поверхности гусеницы, имеющей
возможность смещения, и по прямоугольному (равномерному) закону нагружения
(рис. 2) и графическая интерпретация законов нагружения слоя почвогрунта
(рис. 3).
Запуск программы в этом случае производится через файл Project 4.exe.
На рис. 4, 5 представлены экранные формы программы, на которых отобра-
жены вводимые исходные данные для расчета по треугольному закону нагружения
почвы с вершиной с вершиной в передней и задней частях опорной поверхности
гусеницы (рис. 4) и графическая интерпретация законов нагружения слоя почвогрунта (рис. 5).
19
Рис. 2. Вводимые исходные данные для расчета
Рис. 3. Графическая интерпретация законов нагружения
20
Рис. 4. Вводимые исходные данные для расчета
Рис. 5. Графическая интерпретация законов нагружения
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]