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
31
4. В окне "Расчетная часть 2" нажать кнопку "Искомые значения".
5. В окне "Отчет" нажать кнопку "Создать отчет".
6. В окне "Расчетная часть 2" нажать кнопку "Принять расчетными".
7. В окне "Модель колеса" выбрать задние колеса.
8. В окне "Расчетная часть" во вкладке "Что считаем?" выбрать вертикаль-
ную деформацию, а во вкладке "Расчетные параметры" этого же окна обнулить значение деформации, т.е. поставить значение "0".
9. В окне "Расчетная часть" последовательно нажимать кнопки "Предвари-
тельный расчет" и "Конечный расчет" до тех пор, пока расчетные значения не будут больше изменяться.
10. В окне "Расчетная часть" во вкладке "Что считаем?" вместо вертикальной
деформации выбрать горизонтальную деформацию и нажать кнопку "Конечный расчет".
11. В окне "Расчетная часть 2" нажать кнопку "Искомые значения" и кнопку
"ОК" во вкладке "Средний расчетный коэффициент f " того же окна
12. В окне "Отчет" нажать кнопку "Создать отчет".
13. Во вкладке "Средний расчетный коэффициент f " окна "Расчетная
часть 2" скопировать значение среднего значения коэффициента f с помощью кнопок "Сtrl"+"С", предварительно выделив это значение курсивом.
14. В окне "Исходные данные" во вставке "Параметры трактора" изменить
значение коэффициента сопротивления качению на скопированное с помощью кнопок "Сtrl"+"V", предварительно выделив старое значение курсивом.
15. В окне "Исходные данные" нажать кнопку "Принять".
16. В окне "Исходные данные" подставить начальную толщину слоя и нажать
кнопку "Подставить".
17. В окне "Модель колеса" выбрать передние колеса.
18. В окне "Расчетная часть" во вкладке "Что считаем?" выбрать вертикаль-
ную деформацию, а во вкладке "Расчетные параметры" этого же окна об-
32
нулить значение деформации, т.е. поставить значение "0".
19. В окне "Расчетная часть" последовательно нажимать кнопки "Предвари-
тельный расчет" и "Конечный расчет" до тех пор, пока расчетные значения не будут больше изменяться.
20. В окне "Расчетная часть" во вкладке "Что считаем?" вместо вертикальной
деформации выбрать горизонтальную деформацию и нажать кнопку "Конечный расчет".
21. В окне "Расчетная часть 2" нажать кнопку "Искомые значения".
22. В окне "Отчет" нажать кнопку "Создать отчет".
23. В окне "Расчетная часть 2" нажать кнопку "Принять расчетными".
24. В окне "Модель колеса" выбрать задние колеса.
25. В окне "Расчетная часть" во вкладке "Что считаем?" выбрать вертикаль-
ную деформацию, а во вкладке "Расчетные параметры" этого же окна обнулить значение деформации, т.е. поставить значение "0".
26. В окне "Расчетная часть" последовательно нажимать кнопки "Предвари-
тельный расчет" и "Конечный расчет" до тех пор, пока расчетные значения не будут больше изменяться.
27. В окне "Расчетная часть" во вкладке "Что считаем?" вместо вертикальной
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.
33
22
2
mсс
zmzmТ
2
0
2222
2
)()(2
t
mBшр
zdtSHHсЕ
2
0
222
0
222
22
)()()(1
t
B
t
Bсл
dtSHHdtShE
2
)(
cmc
zzc
Лабораторная работа № 4
Оценка плавности хода колесного трактора ЛТЗ-55А
Общие сведения
Во время работы пропашного трактора в агрегате с различными сельхозору-
диями в реальных условиях возникают вынужденные колебания остова и сиденья
водителя.
На рис. 9 представлена динамическая модель колесного пропашного трак-
тора (ЛТЗ-55А, ЛТЗ-60АВ, ЛТЗ-95, МТЗ-80, МТЗ-82 и др.) для исследований
вертикальных колебаний с учетом методологического подхода к оценке реологических свойств опорного основания.
Для упрощения анализа вынужденных колебаний в дополнение к представленным в лабораторной работе №3 приняты следующие допущения: 1) сиденье водителя расположено над осью задних колес трактора; 2) влиянием горизонтальной составляющей крюковой нагрузки на вертикальные колебания
водителя можно пренебречь.
Для вывода дифференциальных уравнений колебаний трактора применим
уравнение Лагранжа.
Кинетическая энергия системы
где mс – масса сиденья, включающая часть массы водителя; m – часть массы
(неподрессоренная) трактора, приходящаяся на задние ведущие колеса, включающая массу задних колес; zm , zc – координаты.
, (35)
Потенциальная энергия системы
, (36)
34
Z
m
N
сц
h
сл2
k
ш2
с
ш2
E
2
H2(V,t)
сс k
с
m
m
c
Z
c
Рис. 9. Упрощенная динамическая модель колесного пропашного трактора
при вертикальных колебаниях на деформируемом опорном основании
где сш2 – радиальная жесткость шин задних колес; Е2 - физико-механический
параметр материала опорного основания (почвогрунта), являющийся отображением модуля линейной деформации под задними колесами на единицу толщины
деформируемого слоя опорного основания, Е2= Е2Fк/(
(t)h
В2
линейной деформации слоя почвогрунта под задними колесами трактора, определяемый с использованием плоского штампа площадью Fк ;
тельная вертикальная деформация слоя почвогрунта толщиной h
колесами с учетом режимов качения колес; S
– ядро релаксации слоя почво-
В2
); Е2 – модуль
сл2
(t) – относи-
В2
под задними
сл2
35
Ф2
2
2
0
2222
)()()(
2
cmc
t
mBш
zzkzdtSHHk
сцz
NQ
m
0
c
z
Q
m
m
zm
z
T
dt
d
cc
c
zm
z
T
dt
d
)()()(
2
0
2222 cmc
t
mBш
m
p
zzczdtSHНс
z
E
)(
cmc
c
p
zzc
z
E
)()()(
2
0
2222 cmc
t
mBш
m
zzkzdtSHHk
z
Ф
)(
cmc
c
zzk
z
Ф
грунта под задними колесами в вертикальном направлении, SВ2(t-) = Ae
-t
-1
t
;
А, ,
время и половина времени воздействия заднего колеса на опорное основание соответственно; сс – жесткость подвески сиденья в вертикальном направлении; Н2
– высота неровностей микропрофиля перед задними колесами, Н2 = Н2(V, t).
где kш2 – радиальный коэффициент сопротивления шин задних колес; kс – ко-
эффициент сопротивления подвески сиденья в вертикальной плоскости.
- параметры ядра; е – основание натуральных логарифмов; t, t2 – текущее
Диссипативная функция Рэлея
, (37)
Обобщенные силы по соответствующим координатам
;
, (38)
где Nсц – вертикальная составляющая крюковой нагрузки или нагрузки со стороны плуга, учитывающая перераспределение веса трактора по осям колес от
действия горизонтальной составляющей.
Частные производные:
;
;
;
;
;
.
36
0)()(
cmccmcсс
zzczzkzm
)()()(
2
0
2222 cmc
t
mBшm
zzkzdtSHHkzm
сцcmc
t
mBш
NzzczdtSHHc
)()()(
2
0
2222
0
cсmcсс
zсzczm
сцcсmc
t
mBшm
NzсzczdtSHHczm
2
0
2222
)()(
tHtVН
sin),(
022
tzz
mm
sin
0
tzz
cc
sin
0
tNNN
сцсцсц
sin)(
00
LhFN
кркрсц/0
f
2
lVf /
Подставив полученные частные производные в уравнение Лагранжа, по-
лучим систему уравнений, характеризующую колебания отдельных масс системы "дорога – трактор – водитель" с учетом реологических свойств опорного основания:
; (39)
Полученная система интегродифференциальных уравнений (39) позволяет
.
решать задачи анализа и синтеза динамической системы "дорога – трактор – водитель" для пропашного трактора с учетом реологических свойств опорного основания.
Для упрощения аналитических расчетов предположим, что в подвеске сиде-
нья отсутствует амортизатор, представляющий в модели коэффициент вязкого
сопротивления kс . Кроме того, принимаем в качестве допущения, что радиальный коэффициент сопротивления шин kш2 также незначителен, если предположить движение трактора с небольшой скоростью и, следовательно, с малой частотой колебаний. Тогда упрощенная система уравнений будет иметь вид
; (40)
. (41)
Принимаем гармонический закон колебаний, соответствующий движению
трактора поперек картофельного поля. Тогда
;
;
;
;
;
;
,
37
2
0
0
cc
mc
c
mc
zc
z
2
2
2
022
00022
0
)1)((
)1)((
cc
cc
ш
сцсцш
m
mc
mc
mCHc
NNDHс
z
где Н02 , z0m , z0c – амплитудные значения перемещений, м; N
– амплитудное
0сц
значение вертикальной составляющей нагрузки со стороны плуга или крюка, Н;
/
N
– амплитудное значение дополнительной вертикальной составляющей на-
0сц
грузки ведущих колес от действия горизонтальной составляющей нагрузки на
крюке Fкр , Н; hкр – высота крюка, м; L – продольная база трактора, м; V – скорость трактора, м/с; l – расстояние между соседними рядками, м.
Относительно z0c имеем следующее решение:
. (42)
Амплитудное значение виброперемещений неподрессоренной части массы
трактора, приходящейся на задние колеса (вместе с массой колес) m :
, (43)
где D () и С () – соответственно косинус- и синус-преобразования Фурье.
Выражения (42) и (43) являются приблизительными решениями для пред-
ставленной динамической системы в рамках принятых допущений.
Для анализа плавности хода пропашного трактора был выбран липецкий
трактор ЛТЗ-55А. При расчетах принималось, что для шин 13,6R38 двух ведущих колес трактора ЛТЗ-55А при давлении воздуха в шинах 0,08, 0,11 и 0,14
МПа радиальная жесткость составляет соответственно 459016, 631148 и 803279
Н/м. Суммарная жесткость подвески сиденья с учетом жесткости подушки сиденья и расчетной жесткости человека составляла 6647,2 Н/м. Масса сиденья с
учетом части массы человека, приходящейся на сиденье, составила 63 кг.
Расчетным фоном являлось поле со следующими характеристиками:
среднее расстояние между соседними рядками - 0,6 м;
средняя амплитуда высоты неровностей (рядков) - 0,06 м;
средняя влажность почвы - 34 %;
средняя плотность почвы - 0,91 г/см3.
38
2
0
c
расч
с
zа
Предварительные эксперименты по оценке реологических свойств слоя
почвы при помощи специального устройства статического нагружения позво-
лили определить параметры ядра релаксации: = 0,075, = 2, А = 0,077.
Рассчитывалась деформация почвы под передними и задними колесами
трактора с учетом режимов качения колес, что позволило выйти на определение
величины амплитудного значения высоты неровностей микропрофиля в момент
прохода задних колес Н02 , которая в среднем составляла 0,03 м.
На рис. 10 представлены расчетные графики изменения амплитуды вертикальной составляющей ускорений на рабочем месте водителя трактора по выражению
. (44)
Пунктиром ориентировочно показаны сглаживающие кривые в зоне резонансных явлений, когда на снижение резонанса значительное влияние оказывают диссипативные коэффициенты сопротивления, не учтенные в предложенной математической модели динамической двухмассной колебательной системы, описывающей колебательный процесс пропашного трактора при исследовании плавности хода.
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 трактора, параметров состояния почвенного слоя, характеристик неровностей опорного основания и т.д.). При этом магистрантам необходимо построить аналогичные графики и дать им оценку на основе соответствующего анализа.
39
1
2
V = 1,5 м/с; р
= 0,11 МПа
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
13000
F
кр
, Н
а
с
расч
, м/с
2
а
с
расч
, м/с
2
а
с
расч
, м/с
2
2,2
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
V, м/с
V = 0,974 м/с
V = 1,778 м/с
1
2
1
2
1
2
Fкр = 9000 Н;
р = 0,11МПа
0,07
0,08
0,09
0,10
0,11
0,12
0,13
0,14
р
, МПа
С
= 444298 Н/м
1
2
1
2
V = 1,5 м/с;
Fкр = 9000 Н
Рис. 10. Расчетные графики изменения вертикальной составляющей ускорений
на рабочем месте водителя трактора ЛТЗ-55А:
1 – N
0сц
= 0 Н; 2 – N
0сц
= 1000 Н. L = 2,25м; l = 0,6м; hкр = 0,5м; Н02 = 0,03м;
Fкр – нагрузка на крюке; V – скорость движения трактора; р - давление воздуха в
шинах ведущих колес
40
Лабораторная работа № 5
Определение вертикальной и горизонтальной деформаций слоя
почвогрунта на переносной установке и модуля деформации грунта
Цель работы: освоить методику определения модуля деформации грунта,
получить навыки при работе с необходимым оборудованием.
Оборудование и принадлежности:
1) устройство для исследования физико-механических характеристик слоя
почвогрунта;
2) ноутбук;
3) режущее кольцо;
4) весы;
5) сушильный шкаф.
Теоретическая часть
Основными характеристиками деформационных свойств грунтов являются
модуль линейной деформации Е, модуль сдвиговой деформации G и коэффи-
циент поперечной деформации . В отличие от модуля упругости, модуля сдвига и коэффициента Пуассона, применяемых в теории деформирования упругих
материалов, модули деформации Е и G, а также коэффициент поперечной де-
формации учитывают не только упругие, но и вязкопластические части деформации, развивающиеся во времени нагружения. Именно поэтому при взаимодействии уплотнителей с грунтом параметры Е, G и могут быть представлены как их реологические характеристики.
Для оценки показателей взаимодействия деформаторов с грунтом используют, как правило, закономерности сжатия и сдвига, имея в виду, что в зависимости от выбранной модели, первая характеризует процессы образования следа
(колеи), а вторая – формирование движущей силы (сцепления). Для реализации
моделей более высокого уровня представляется несомненным совместное ис-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]