Файл: Скотников В.А. Основы теории проходимости гусеничных мелиоративных тракторов [учеб. пособие].pdf

Г л а в а 3. ПРОЦЕСС ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГУСЕНИЧНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ С ТОРФЯНЫМ ГРУНТОМ И ОБОСНОВАНИЕ ЕГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

§ 3.1. Общие сведения о моделировании

Гусеничный трактор или машина взаимодействуют с грун­ том передачей на его поверхность через гусеницы нормальных и касательных нагрузок. Поэтому возможна замена трактора некоторой моделью, например в виде определенных сил, нагру­ жающих грунт подобно гусеницам натурной машины. Для мо­ делирования необходимо знать законы изменения нормальных и касательных давлений, действующих на поверхность грунта под опорными ветвями гусениц. Эти законы в виде эксперименталь­

лировании один из объектов, например грунт, можно оставить натурным, а другой, например трактор, заменить моделью, кото­

нить моделями оба взаимодействующих объекта. Для этого тре­ буется прежде всего математически описать как закономерность воздействия гусениц на грунт, так и закономерность изменения напряжений и деформаций грунта под действием приложенной нагрузки. При любом моделировании нужно знать определенные исходные данные о натурном процессе. Поэтому рассмотрим вначале результаты экспериментально-теоретических исследова­ ний процесса взаимодействия гусениц с торфяным грунтом.

§3.2. Касательные реакции торфяного грунта

исопротивление передвижению болотоходных тракторов

Проходимость — это способность машин передвигаться по болоту с заданной полезной силой тяги при наибольшем общем или тяговом к.п.д. Из этого следует, • что, при прочих равных

73

условиях, проходимость машины тем выше, чем больше каса­ тельная сила тяги, которую способен развить движитель, и чем меньше сила сопротивления перекатыванию машины. Послед­ няя зависит в основном от глубины погружения гусениц в грунт. Касательная сила тяги равна сумме касательных реакций почвы, действующих на гусеницы, и зависит не только от свойств грун-

//

v

та, но и от конструктивных особенностей гусеничного движите­ ля, от тягового режима работы машины. Независимо от типа и состояния грунта, а также положения центра давления машины существует два принципиально отличных вида этих эпюр:

1) волнообразные с резко выраженными пиками касатель­ ных реакций под осями опорных катков аналогично эпюрам нормальных давлений (рис. 3.1). Такой вид эпюр имеет место при больших тяговых нагрузках у движителей с отношением *к/*зв ^1,7— 2,5 на торфяных грунтах и с отношением /к Д3 в > >2,5 на минеральных грунтах.

В режиме малых тяговых нагрузок этот вид эпюр преобра­ зуется в пилообразный с пиками отрицательных (направленных против движения машины) и положительных (направленных в сторону движения) касательных реакций грунта по обе сто-

74

роны осей опорных катков и с нулевым значением реакций под осями катков. Под передним катком всегда имеется пик положи­ тельных касательных реакций;

2) треугольноподобная или параболическая эпюра каса­ тельных реакций почвы с местными небольшими пиками под ося­ ми катков. Такой вид эпюр характерен для жестких подвесок

так и непосредственно на глубину погружения гусениц в торф. Рассмотрим вначале влияние скольжения звена на касательные реакции грунта. •

Сопротивление грунта сжатию и сдвигу при взаимодействии с существующими конструкциями гусеничных звеньев использу­ ется далеко не полностью. Под гусеницами, звенья которых имеют грунтозацепы, происходит резание грунта в специфиче-

75

ск-их условиях. Специфичность обусловлена наличием нормаль­ ной нагрузки на грунт силой Q3 B со стороны звена и близким расположением так называемой «открытой стенки» N, в сторону которой происходит сдвиг грунта (рис. 3.3). Наличие нормаль­ ной нагрузки Q3 B не дает возможности выпирать грунту вверх при буксовании гусеницы (скольжение на величину S/), а на­ личие близлежащей «открытой стенки» обусловливает сдвиг грунта в сторону этой стенки. Из теории резания грунтов извест­ но, что «открытая стенка» значительно уменьшает сопротивление грунта резанию.

Рис. 3.3. Специфические условия работы груптозацепа (схема рабо­ ты и сил).

Процесс резания грунта состоит из трех этапов: пластиче­ ского сжатия грунта, сдвига — среза сжатой стружки, скольже­ ния сколотой стружки по грунтовой поверхности. При резании сплошной грунтовой среды (без наличия «открытой стенки») сдвиг стружки одного элемента грунта совпадает по времени с пластическим сжатием другого элемента, в результате чего повышается сопротивление грунта резанию. Характер динамограмм усилий резания в сплошнойсреде показан на рис. 3.4, а, где видно, что с увеличением пути резания 5 усилие практически

пы резания, перечисленные выше, следуют один за другим, т. е. существуют в разное время, и каждому этапу соответствует свое сопротивление грунта: сопротивление пластическому сжатию пе­ реходит в сдвиг, сменяющийся скольжением грунта по грунту. Поэтому усилие резания в этом случае, во-первых, имеет вели­

стремясь к некоторой постоянной величине, •обусловленной со­ противлением трения грунта по грунту (рис. 3.4, б ) .

Отсюда следует, что можно увеличить касательную реакцию Тав грунта на каждое гусеничное звено, если «открытую стен­ ку» отдалить на расстояние, например, 2t3a > 5П , где ее влия­ ние не сказывается на сопротивлении срезу, и если каждое звено имеет примерно одинаковую нормальную нагрузку Q3B.

76

Qse

ничной машины.

Подобную расстановку грун­ тозацепов целесообразно при­ менять на машинах с широки­ ми резинометаллическими гу­ сеницами. Теперь рассмотрим влияние скольжения S„ на глу- ;

бину погружения гусениц. Для ;того рассмотрим гусеничный движитель, у которого

77