Удельное давление на грунт автомобиля: Удельное давление на грунт

Содержание

Ох, нелёгкая это работа — вездеходы катать по болотам

Чтобы не строить дороги, русские придумали вездеход.

Удельное давление автомобиля в пятне контакта шины с дорогой практически равно давлению воздуха в ней. Именно за счёт этого шины низкого давления не дают машине провалиться в податливый мягкий грунт.

Сборка снегоболотохода начинается с изготовления рамы. После установки раздаточных коробок, дифференциалов, рулевых механизмов раму обошьют листами алюминия и она превратится в лодку. Без преувеличений. Вездеход в готовом виде способен плавать.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Элемент подвески снегоболотохода «Шаман». В конструкции отсутствуют рессоры или пружины. Их функции берёт на себя шина низкого давления, её деформации вполне хватает для обеспечения комфортного движения машины.

Сервомотор гидравлической системы рулевого управления снегоболотохода. Обеспечить синхронную работу рулевых механизмов, используя механические передачи, на длинных машинах практически невозможно.

Кокпит снегоболотохода. Место водителя расположено на центральной оси машины. Это позволяет водителю верно оценивать расстояния до препятствий.

Режимы рулевого управления. 1. Поворачиваются колёса передней тележки. Режим поворота в простых дорожных условиях. 2. Краб. Все колёса повёрнуты в одну сторону. В таком режиме машина движется боком, каждое из восьми колёс по собственной колее.

Снегоболотоходу на колёсах низкого давления глубокий снег не препятствие. Фото Владимира Волхонского.

‹

›

Открыть в полном размере

Фраза, вынесенная в эпиграф, встречается в разных вариантах: то мы придумали не просто вездеход, а ГАЗ-66 или «Ниву», то что-нибудь совсем заковыристое, типа восьмиосного тягача для перевозки баллистических ракет. Но суть от этого не меняется: произносящим её кажется, что сделать автомобиль, способный преодолевать бездорожье, проще, чем построить дорогу. В некоторых случаях прокладывать дорогу действительно просто нет смысла или невозможно.

Например, по заболоченной тундре, раскисающей летом и занесённой полутораметровым слоем снега зимой. Для таких мест и предназначены настоящие вездеходы.

Проходимость колёсных транспортных средств — а мы в этой статье будем говорить именно о колёсной технике — зависит от многих факторов.

Некоторые из них связаны с геометрическими характеристиками автомобиля, другие — с его энерговооружённостью (характеристиками двигателя), третьи — с характеристиками и возможностями трансмиссии, четвёртые — с распределением нагрузки по осям, пятые — с характеристиками шин, шестые … впрочем, продолжать этот список можно очень долго, постепенно вдаваясь во всё более и более мелкие детали.

Конструкторы вездеходов постоянно сталкиваются с проблемами, результаты решения которых противоречат друг другу. Первая — увеличение мощности силовой установки машины на средних и низких оборотах. Вторая — снижение удельного давления автомобиля на грунт.

Чтобы решить первую задачу, в большинстве случаев на машину устанавливают мощный дизельный двигатель. Такие моторы довольно тяжелы, зато обладают замечательным свойством — крутящий момент на валу и развиваемая мощность достигают высоких значений при сравнительно низких оборотах коленчатого вала. Для вездехода это важно, поскольку сопротивление качению колеса растёт тем сильнее, чем мягче грунт, по которому оно катится, и чтобы машина могла ехать медленно без пробуксовки колёс, двигатель не должен работать на высоких оборотах. Но даже «медленных» дизельных полутора-двух тысяч оборотов в минуту для колёс вездехода слишком много. Поэтому между мотором и колёсами помещают ещё как минимум два редуктора. Первый — коробка передач. Второй — дифференциальный редуктор, установленный на ведущей оси. В полноприводных вездеходах дифференциалов обычно столько же, сколько и осей. (Исключение составляют машины с бортовыми передачами, но здесь мы на них останавливаться не будем.)

Для того чтобы распределить мощность двигателя по осям машины, используют раздаточные коробки (РК). Это тоже редуктор, но имеющий один входной и как минимум два выходных вала. Раздаточные коробки зачастую делают двухступенчатыми. В таких механизмах одна ступень — это прямая передача (число оборотов на входном или первичном валу и выходных валах равны) и пониженная — скорость вращения выходных валов меньше скорости первичного вала. Раздаточные коробки имеют механизм отключения одного из выходных валов. (РК такого типа устанавливают на автомобили УАЗ.)

Существуют — и в последнее время получили довольно широкое распространение — раздаточные коробки с дифференциалом. Дифференциал позволяет двум выходным валам вращаться с разной скоростью. Соответственно и передача крутящего момента от двигателя будет происходить только в направлении одной из осей автомобиля. Но на тяжёлых участках пути механизм можно заблокировать, и тогда крутящий момент распределится между осями поровну. (РК с дифференциалом ставят на все модификации «Нивы», на многие иностранные внедорожники.)

Все эти механизмы необходимы для повышения проходимости автомобиля, но достаточно тяжелы. И это затрудняет решение второй проблемы — снижения удельного давления машины на грунт.

Эту проблему приходится решать, увеличивая площадь пятна контакта шин с дорогой. Для этого на машины ставят колёса увеличенных ширины и диаметра и используют шины низкого давления.

Удельное давление автомобиля на грунт численно очень близко к величине давления в шинах. А в шинах с мягкой боковиной, не передающей вертикальные нагрузки от веса автомобиля на опорную поверхность, точно ему равно. Именно на этом и основано использование шин низкого давления. Такие шины могут работать при давлениях порядка 0,15 кг/см². Таким же (или очень близким) будет и давление на грунт, а это даже меньше, чем у многих гусеничных машин.

Однако шины низкого давления интересны не только этим. Благодаря высокой эластичности они «обволакивают» рельеф грунта, сцепление с ним получается плотным и надёжным. Шины низкого давления почти не травмируют верхний слой почвы, поэтому их можно использовать, например, в тундре. Гусеничные вездеходы оставляют в тундре следы, которые не зарастают годами, а нередко растительный покров вообще не восстанавливается. На месте гусеничной колеи сначала образуются промоины, а затем и овраги, рост которых в тундре ограничить нечем. Колёса же низкого давления травмируют растительный покров минимально. Даже при поворотах такие шины просто перекатываются по рельефу, на срывая тонкий верхний слой грунта.

Для тяжёлых дорожных условий предназначены машины, получившие название снегоболотоходов. Значительная их часть в качестве движителя имеет гусеницы, но в последние годы появляется всё больше и больше колёсных вездеходов на шинах низкого давления. Есть среди них исключительно интересные конструкции, с тремя, а то и с четырьмя осями, с управляемыми поворотными колёсами на всех осях и даже плавающие. Один из таких автомобилей — «Шаман» — делают в тверской области.

На машины с колёсами низкого давления, как правило, устанавливают системы регулировки давления в шинах, или, как их иначе называют, системы подкачки.

При движении по относительно твёрдым покрытиям давление в шинах следует держать таким, чтобы шина не деформировалась слишком сильно. Большая деформация приводит к ускоренному износу колёс и увеличивает их сопротивление качению. Зато на мягких и рыхлых грунтах давление следует снижать. Делать это с места водителя и позволяют системы подкачки.

Повышение проходимости достигается, конечно, не только увеличением мощности мотора и использованием широких шин большого диаметра. Важно и то, как автомобиль поворачивает. На машинах большой длины управляемыми делают не только колёса передней или двух передних осей, но вообще все колёса. При этом поворотом колёс можно управлять по осям. Например, на твёрдом грунте отправить машину в поворот вполне могут только передние колёса. Если нужно совершить более крутой поворот (то есть уменьшить радиус поворота), то в работу подключаются колёса задних осей. В таком случае, чтобы повернуть направо, передние колёса так направо и поворачиваются, а задние, наоборот, поворачиваются налево.

Когда на машине делают управляемыми колёса всех осей, появляется ещё одна замечательная возможность: машина может ехать боком, или, как говорят водители, крабом. Такая функция позволяет выбираться из очень сложных дорожных «засад» благодаря тому, что каждое колесо движется по собственной колее.

На многоколёсных вездеходах система блокировок дифференциалов позволяет подключать привод на колёса в различных комбинациях. Например, на «Шамане» в активном режиме могут работать две передние оси, две задние оси или все четыре оси. Дополнительно к этому могут быть включены межколёсные блокировки на передней и на задней тележках. В случае полной блокировки ведущими становятся все восемь колёс, и преград такой машине не будет. Но дороги строить всё же стоит!

Фильм о вездеходе см. на сайте nkj.ru в разделе «Видео».

Меры повышения проходимости. «Стравливание» колес » www.all-road.club

Современные автомобили оснащаются мощными тяговитыми двигателями и приводом на все колеса (4х4). Устанавливаются раздаточные коробки с пониженным рядом передач; в мостах и редукторах появляются всевозможные блокировки (гидравлические, механические, самоблокирующиеся и пр.). Устанавливаются длинноходные подвески или подвески с принудительным изменением высоты и жесткости (пневмо и гидро-пневмо подвески). Вносятся конструктивные изменения, направленные на облегчение управления автомобилем и его эргономики.

Наиболее труднопроходимы размокшие грунтовые (полевые) дороги (особенно в период весенне-осенней распутицы), а также заболоченные участки местности, участки с переувлажненными или сухими сыпучими грунтами, снежная целина, пашни, лесные просеки с колеями и молодой порослью, канавы, траншеи и пр.

При движении автомобиля по дороге с твердым покрытием (асфальт) или по весьма плотному естественному грунту, заметна только деформация покрышки, ее проминание под весом автомобиля. При движении по мягкому грунту отчетливо наблюдаются как деформация шины, так и деформация грунта (колесо с деформируемой шиной погружается в грунт, образуя при движении автомобиля колею). Между деформацией шины и деформацией грунта существует обратная зависимость: при возрастании деформации грунта деформация шины уменьшается, и, наоборот, при уменьшении деформации грунта деформация шины возрастает. В тех случаях, когда глубина колеи превышает величину дорожного просвета автомобиля, добавляется сила сопротивления грунта низко расположенными агрегатами (ведущий мост, коробка передач), автомобиль попросту цепляется и упирается ими в грунт, в результате чего общее сопротивление движению автомобиля резко возрастает.

Не вдаваясь в законы физики и сложные формулы можно резюмировать, что уменьшение сопротивления может быть достигнуто снижением величины удельного давления колеса на грунт, что приводит к уменьшению глубины образуемой колеи.

Снижение давления на грунт достигается увеличением площади контакта шины с грунтом. Рекомендуется применение шин с большим наружным диаметром и протектором с более развитыми грунтозацепами, также необходимо уменьшение внутреннего давления воздуха в колесе.

Рассмотрим несколько наглядных примеров.

Замена шоссейной резины на внедорожную не всегда целесообразна. Но если вы редко съезжаете с асфальта и не часто бываете вне дорог, то данный вариант лучше не рассматривать.

Как описывалось выше, наиболее действенный прием для увеличения проходимости автомобиля — уменьшение давления в шинах.

Стандартное давление для внедорожника или полноприводного кросовера 2-2.2 Атм.

Так выглядит колесо накачанное до 2.2 Атм на твердом покрытии.

Но на бездорожье или в снегу такое колесо будет иметь худшее сцепление с грунтом, оно будет пробуксовывать и, соответственно, разрывать грунт и закапываться, что может привести к застреванию автомобиля.

Стравив давление в колесе до 1-1.2 Атм., мы добьемся значительного увеличения проходимости. Ведь площадь контакта значительно возрастет, так же как и удельное давление на грунт. Покрышка будет как гусеница танка — мягко перекатываться по грунту и не зарываться в него.

Колесо с давлением 1 Атм. на твердом покрытии.

Всегда следует помнить, чем меньше давление в колесе, тем хуже управляемость автомобиля. Максимально низкое давление для стандартного автомобиля – 1 Атм. Этот простой, но действенный способ поможет преодолеть сложный участок бездорожья без применения каких либо специальных средств и устройств. На колесах с уменьшенным давлением следует избегать резких поворотов, маневрирование должно проходить как можно плавней. Да, на приспущенных колесах уменьшится клиренс автомобиля (дорожный просвет). Но, поверьте — это того стоит! Клиренс изменится всего на 1-2 см., но зато сцепление с грунтом и проходимость возрастет многократно.

Возникает вопрос: почему же не спустить колесо еще больше, скажем, до 0.5 Атм? Конечно же можно, но чем меньше давление, тем больше вероятность разбортироваться.

Колесо с давлением 0.5 Атм. на твердом покрытии.

Покрышка может соскочить с диска, что приведет как максимум: к аварии или даже опрокидыванию автомобиля, как минимум: вам придется менять колесо на запасное.

Если спускать колеса сильнее, то необходимы специальные приспособления, которые препятствуют разбортировке – бедлоки и таерлоки. Это специальные устройства, которые прижимают край покрышки к бортику диска и не дают покрышке соскочить. В основном приспособления используются на специально подготовленных автомобилях.

Бедлок и МТ покрышка.

Этот и многие другие приемы для покорения бездорожья вы можете опробовать в одном из наших клубных выездов (www.all-road.club).

Аналитическая модель для прогнозирования давления на грунт под жестко-гибкой гусеничной машиной на мягком грунте

На этой странице

АннотацияВведениеОбсуждениеЗаключениеДоступность данныхКонфликты интересовБлагодарностиСсылкиАвторское правоСтатьи по теме

Давление на грунт является важным параметром для подвижности, тяговых характеристик и уплотнения почвы. В данном исследовании была разработана аналитическая модель для прогнозирования распределения давления на грунт под жестко-гибкой гусеничной машиной на мягком грунте. В модели учитывались основные конструктивные параметры гусеничной машины, характеристики грунта и сдвиг грунта. Давление на грунт было неравномерным, а его максимальные значения под опорными катками составляли 90,20, 103,57 и 150,14 кПа. Давление на грунт было обратно пропорционально соотношению длин гибкой гусеницы и жесткого грунтозацепа. Был проведен эксперимент для проверки аналитической модели. Максимальная ошибка между измеренными и смоделированными результатами была меньше 8%, что подтверждает аналитическую модель.

1. Введение

Гусеничные машины становятся все более популярными в различных условиях сложной местности и в особых грунтовых условиях, таких как заснеженные земли, пустыни, болота, джунгли, горы и озера, из-за их высокой мобильности. Давление на грунт, которое представляет собой распределение напряжения в контексте поверхности контакта грунта с гусеницами, является важным параметром для мобильности, тяговых характеристик и уплотнения почвы. Номинальное давление на грунт, которое получается путем деления веса транспортного средства на площадь контакта гусеницы с грунтом, представляет собой давление на грунт под гусеницей на основе равномерного распределения. Однако давление на грунт неравномерно, особенно в случаях, когда гусеница является гибкой. За последние несколько десятилетий давление на грунт изучалось многими исследователями, и было установлено, что оно является сложным из-за различных факторов, таких как количество опорных катков, диаметр опорных катков, натяжение гусеницы и характеристики почвы. Беккер [1] предложил формулу понижения давления путем подгонки большого количества экспериментальных данных. Вертикальная деформация грунта под нагрузкой принималась аналогичной деформации грунта под плоской плитой. Давление на грунт под плоской пластиной рассчитывалось по следующей формуле: где P — это давление на земле, B — ширина дорожки, Z — это раковина, а K _C, K _ψ и N — Parameter из испытаний на просадку плиты.

Теория Мора утверждает, что материалы разрушаются при критической комбинации нормальных и касательных напряжений. Уолдрон [2] показал, что теория Мора пригодна для почвы. Соотношение между нормальными и касательными напряжениями в поверхности скольжения можно описать огибающей Мора. Оболочка определяется формулой Кулона: где τ — напряжение сдвига, c — сцепление грунта, угол внутреннего трения.

Когда башмак гусеницы врезается в почву, почва подвергается сжатию. Так как давление грунта действует на поверхность грунта, то грунт на этом участке можно рассматривать в пассивном состоянии Ренкина [3]: где σ _pn – давление грунта, действующее на вертикальную поверхность грунтозацепа, γ _s – удельный вес грунта, K _py , K _pq и K _pc – коэффициенты, связанные с прочностью грунта.

Келлер и др. В работах [4–6] путем подгонки экспериментальных данных были получены вертикальные и боковые напряжения грунта под сельскохозяйственными машинами с резиновыми гусеницами. Формула прогнозирования учитывала свойства транспортного средства, такие как количество и диаметр опорных катков, но не учитывала характеристики почвы. Кроме того, продольное (т. е. направление движения) и поперечное (т. е. перпендикулярное направлению движения) давление на грунт использовались в качестве верхних граничных условий напряжения для моделирования напряжений грунта. Чжао и др. [7] получили продольное давление на грунт путем подгонки экспериментальных данных в предположении, что давление на грунт под опорными катками является функцией квадратичного косинуса, а другие являются линейными функциями, учитывающими количество опорных катков и длину контакта с грунтом. Они также определили боковое давление на грунт в предположении, что давление является линейной функцией. Сан и др. [8] получили опускание путем подгонки экспериментальных данных. Затем с помощью модели Вонга была получена скорректированная модель нормальных и касательных напряжений под гибким рельсом.

Гарбер и Вонг [9, 10] разработали аналитический метод прогнозирования давления на грунт под гусеничным транспортным средством в статическом состоянии с учетом параметров транспортного средства и характеристик грунта. Они проанализировали влияние начального натяжения гусеницы, натяжения гусеницы, количества опорных катков, диаметра опорных катков, жесткости подвески и характеристик почвы на распределение давления на грунт с помощью аналитического метода. Парк и др. [11] представили математическую модель для прогнозирования нормальных и касательных напряжений грунта под гибкой гусеничной машиной с учетом не только параметров машины и характеристик грунта, но и повторяющихся нагрузок. Они использовали тяговое испытание для проверки математической модели. Ли и др. [12] предложил аналитический метод прогнозирования давления на грунт под жестким грунтозацепом с использованием баланса сил. Ян и др. [13] скорректировали модель Li, приняв во внимание сдвиг грунта, и получили скорость сдвига грунта с помощью метода конечных элементов. Они приняли тяговые эксперименты для проверки аналитической модели.

Вонг и Хуанг [14, 15] исследовали взаимосвязь давления на грунт с начальным натяжением гусеницы с помощью передовых моделей компьютерного моделирования, а именно TPPVTV (модель прогнозирования тяговых характеристик для гусеничных транспортных средств) и NTVPM (модель гусеничных транспортных средств Nepean). Мейверк и др. В работе [16] была принята совмещенная модель системы многотельных систем и метода конечных элементов для получения деформации грунта в реальном времени.

Вышеупомянутые методы исследования давления на грунт ориентированы на подгонку, математический анализ и динамический анализ, а целью исследования является гибкий или жесткий путь. Однако давление на грунт под сцепленной жестко-гибкой гусеницей еще не анализировалось. Жестко-гибкая гусеничная система широко используется в гусеничных машинах повышенной проходимости. Цели текущего исследования заключаются в следующем: (i) Разработать математическую модель для прогнозирования давления на грунт в продольном направлении с использованием основных конструктивных параметров гусеничного транспортного средства, а также характеристик грунта и сдвига грунта, а также в предположении равномерности давление на грунт в поперечном направлении(ii)Провести эксперимент, подтверждающий теоретическую модель(iii)Проанализировать влияние длины гибкой гусеницы и жесткого грунтозацепа на давление на грунт

2.

Аналитическая модель

Гибкая гусеница обычно называется резиновой гусеницей. Жесткая гусеница соединена металлическими башмаками, а грунт может иметь только выпуклую деформацию. Исследуемая гусеничная система отличается от традиционных гибких и жестких гусениц; это тип жестко-гибкой комбинированной гусеницы, состоящей из резиновой гусеницы и металлических грунтозацепов. Эта гусеничная система может обеспечить меньшее давление на грунт, чем жесткая гусеница, и более длительный срок службы, чем гибкая гусеница, как показано на рис. 1. Когда гусеничная машина движется по мягкому грунту, распределение давления на грунт под гусеницей зависит от почвы. взаимодействие треков, как показано на рисунке 2. Рассматриваются зависимость давления от снижения (уравнение (1)), формула Кулона (уравнение (2)) и пассивное состояние Ренкина (уравнение (3)). Анализ методом конечных элементов используется для анализа всей гусеничной системы. Гусеничная система с точки зрения ее контакта с грунтом делится на гусеничный участок, контактирующий с опорным катком, и гусеничный участок между опорными катками.

2.1. Анализ сегмента гусеницы в контакте с опорным катком

Форма сегмента гусеницы в контакте с опорным катком зависит от диаметра опорного колеса. Рассмотрим произвольный элемент из участка пути, контактирующего с опорным катком, с номером i , радиусом r _i , центральным углом d θ и длиной участка пути d l = r _i d θ , как показано на рисунке 3. Равновесие силы и крутящего момента представлено уравнениями (4)–(6). where T _αi and T _βi represent the tensions at the entry and exit angles, respectively, α _i and β _i represent the entry и углы съезда и -го опорного колеса, соответственно, W _i представляет собой вертикальную нагрузку i -е опорное колесо, а h представляет собой ширину гибкой гусеницы.

For the first roadwheel ( i = 1), T _{α 1} = T ₀ (equation (7)) and α _i = α ₀ (угол въезда гусеничной системы). Давление на грунт p ( l ) и напряжение на выходе T _βi можно рассчитать на основе уравнений (4)–(7) и основных расчетных факторов, таких как масса транспортного средства, ширина колеи, количество и диаметр опорных катков и звездочки, а также крутящий момент, действующий на звездочку. Тогда вертикальная нагрузка первого опорного колеса W ₁ и напряжение сдвига τ ( l ).

For the last roadwheel ( i = 3), T _βi = T (equation (7) [17]) and β _i = β (the угол съезда гусеничной системы). Давление на грунт p ( l ) и напряжение при входном угле T _αi можно рассчитать на основе уравнений (4–7) и основных расчетных коэффициентов. Тогда вертикальный вес последнего опорного колеса W ₃ и напряжение сдвига τ ( l ). , T — натяжение при угле съезда гусеничной системы, W — масса автомобиля, r _S — диаметр звездочки.

2.2. Анализ участка пути между опорными катками

Форма сегмента гусеницы между опорными катками зависит от взаимодействия между почвой и гусеницей. В качестве объектов исследования используются один жесткий грунтозацеп и один прилегающий к нему гибкий элемент пути Δ l , как показано на рис. 4. Равновесия сил представлены уравнениями (8) и (9): где j и T _{βi , j +1} представляют собой напряжения j th и j + 1-й элемент в и -м сегменте соответственно. β _{i , j} представляет собой угол между жестким грунтозацепом и горизонтальным направлением. Δ β _{i , j} представляет собой угол между жестким грунтозацепом и гибким элементом гусеницы. F _{1 i , j} — нормальная сила под жестким грунтозацепом (уравнение (10)). Ф _{2 я , j} — тангенциальная сила под жестким грунтозацепом (уравнение (11)). F _{3 i , j} – нормальная сила под j -м гибким элементом пути (уравнение (12)). F _{4 i , j} – тангенциальная сила под j -м гибким элементом пути (уравнение (13)). F _{5 i , j} — сила, действующая на вертикальную поверхность жесткого грунтозацепа (уравнение (14)). Для первого элемента ( j = 1), T _{βi , j} = T _βi and β _{i , j} = β _i . For the last element, T _{βi , j} = T _{αi +1} and β _{i , j} = α _{i + 1} . Отсюда можно рассчитать давление на грунт под гусеницей между опорными катками, где a представляет длину жесткого грунтозацепа, где d представляет высоту грунтозацепа.

Для жестко-гибкой гусеничной машины с количеством опорных катков N , количеством жестких грунтозацепов R и количеством гибких гусениц Q , когда сегменты гусеницы находятся в условиях равновесия, вертикальная и горизонтальная выполняются силы всей системы (уравнения (15)–(16)). Наконец, всю систему путей можно повторно проанализировать с помощью уравнений (1–16).

На примере переднего вагона на основе аналитической модели прогнозирования давления на грунт под жестко-гибкой гусеничной машиной на мягком грунте и исходных данных (табл. 1) можно рассчитать давление на грунт (рис. 5). . Кроме того, параметры грунта и транспортного средства были получены от Harbin First Machinery Building Group Ltd. Group Ltd. Испытательный автомобиль полной массой 148,9 г.0 кН проехал со скоростью 10 км/ч. Для измерения распределения давления на грунт под опорными катками в верхний слой почвы на глубину 100 мм закапывали два датчика напряжения (диаметр 16 мм, высота 6 мм, диапазон измерения 0–200 кПа). Они были размещены под центральной линией дорожки (рис. 6). На рис. 7 показано сравнение смоделированного и измеренного давления на грунт.

4. Обсуждение

Ошибка расчета между моделированием и измерением была меньше 10 кПа, а максимальная ошибка была меньше 8%. На этой основе была проверена целесообразность аналитической модели, и результаты, полученные в результате моделирования, могут быть использованы в будущих исследованиях.

Однако между измеренными и смоделированными результатами существовали небольшие различия, которые могут быть вызваны следующими причинами: во-первых, характеристики почвы между тестом и моделированием различались; во-вторых, измеренные результаты были почти больше, чем результаты моделирования, вероятно, потому, что жесткость почвы увеличилась, когда первая дорожка воздействовала на почву. Наконец, процесс тестирования содержал ошибки измерения, которых нельзя было избежать.

На рис. 5 показано давление на грунт под жестко-гибкой гусеницей в продольном направлении. На основании аналитических результатов можно сделать следующие выводы: (i) Давление на грунт неравномерно, а давление на грунт под опорными катками больше, чем под гусеницей между опорными катками, которое почти равно нулю. (ii) Номинальное давление на грунт. гусеничной машины, которая получается путем деления веса машины на площадь контакта гусеницы с грунтом, равна 190,90 кПа. Давление на грунт под опорными катками, в несколько раз превышающее номинальное давление на грунт, составляет 90,20, 103,57 и 150,14 кПа. Следовательно, давление на грунт лучше отражает подвижность, тяговые характеристики и уплотнение почвы, чем номинальное давление на грунт. (iii) Анализируется влияние длины жесткого грунтозацепа и гибкой гусеницы на давление на грунт. Исходная длина гибкой гусеницы и грунтозацепа составляет 90 мм и 74 мм соответственно ( l = 90 мм, a = 74 мм и l / a ≈1,2). При увеличении длины гибкой гусеницы до 110 мм ( l / a ≈1,5) и сохранении общей длины гусеницы постоянной давление на грунт увеличивается. При увеличении длины грунтозацепа до 90 мм ( l / a ≈1) и сохранении постоянной общей длины гусеницы давление на грунт уменьшается (рис. 8). В таблице 2 представлено сравнение давления на грунт под опорными катками.

5. Заключение

Разработана аналитическая модель для прогнозирования давления на грунт под жестко-гибкой гусеничной машиной на мягком грунте. Распределение давления на грунт в продольном направлении было получено с учетом основных конструктивных параметров гусеничной машины и характеристик грунта.

Аналитическая модель показала, что давление на грунт под опорными катками значительно больше, чем под гусеницей между опорными катками. Максимальное давление на грунт под опорными катками составляло 90,20, 103,57 и 150,14 кПа. Давление на грунт было обратно пропорционально л / . Когда l / a были большими, давление на грунт было небольшим, и была достигнута хорошая подвижность и небольшое уплотнение почвы. Однако когда l / a были маленькими, усталостная долговечность была большой.

Прогнозируемое давление на грунт относительно соответствовало значениям, измеренным в ходе эксперимента. Ошибка между измеренными и смоделированными результатами была меньше 8%. Результаты подтвердили мнение о том, что аналитическая модель, разработанная для прогнозирования давления на грунт, действительна. Эта модель может обеспечить эффективное прогнозирование давления на грунт под жестко-гибким гусеничным транспортным средством на мягком грунте и является важным ориентиром для гусеничных транспортных средств.

Доступность данных

Данные, использованные для поддержки результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Это исследование было выполнено при финансовой поддержке Национальной ключевой программы исследований и разработок Китая (№ 2016YFC0802703), которая выражает благодарность.

Ссылки

М. Г. Беккер, Introduction to Terrain Vehicle System , The Universtity of Mihigan Press, Ahn Arbor, MI, USA, 1969.
L. J. Waldron, «Сопротивление сдвигу проницаемой корнями однородной и слоистой почвы1», Американское общество почвоведов. Журнал , том. 41, нет. 5, стр. 843–849, 1977.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
J. Y. Wong, Theory of Ground Vehicles , John Wiley & Sons, Хобокен, Нью-Джерси, США, 4-е издание, 2008 г.
Т. Келлер, А. Траутнер и Дж. Арвидссон, «Распределение напряжения и смещение почвы под гусеничным и колесным трактором во время вспашки, как на суше, так и в борозде», Исследование почвы и обработки почвы , том. 68, нет. 1, стр. 39–47, 2002 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Дж. Арвидссон, Х. Вестлин, Т. Келлер и М. Гилбертссон, «Системы резиновых гусениц для обычных тракторов — влияние на уплотнение почвы и сцепление», Исследование почвы и обработки почвы , vol. 117, нет. 1, стр. 103–109, 2011.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Т. Келлер и Дж. Арвидссон, «Модель для прогнозирования распределения вертикального напряжения вблизи поверхности почвы под системами ходовой части с резиновыми гусеницами, установленными на сельскохозяйственных транспортных средствах», Soil and Tillage Research , vol. 155, нет. 1, стр. 116–123, 2016 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Академия Google
З. Чжао, С. Му и Х. Го, «Испытания и моделирование статического давления на грунт системы преобразования резиновых гусениц», Труды Китайского общества сельскохозяйственной инженерии , том. 34, нет. 3, pp. 72–79, 2018.
Просмотр по адресу:
Google Scholar
Z. Sun, L. Tang, and W. Wang, «Распределение напряжения гибкого пути с учетом оседания проскальзывания», Transactions of the Китайское общество сельскохозяйственной инженерии , том. 48, нет. 2017. Т. 1. С. 317–324.
Просмотр по адресу:
Google Scholar
М. Гарбер и Дж. Ю. Вонг, «Прогнозирование распределения давления на грунт под гусеничными транспортными средствами-I. Аналитический метод прогнозирования распределения давления на грунт», Journal of Terramechanics , vol. 18, нет. 1, стр. 1–23, 1981.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
М. Гарбер и Дж. Ю. Вонг, «Прогнозирование распределения давления на грунт под гусеничными машинами-II. Влияние конструктивных параметров гусеничной подвески на распределение давления на грунт», Журнал Террамеханики , том. 18, нет. 2, стр. 71–79, 1981.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
WY Park, YC Chang и SS Lee, «Прогнозирование тяговых характеристик гибкой гусеничной машины», Journal of Terramechanics , vol. 45, нет. 4, стр. 13–23, 2008 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Дж. Ли, К. Ли и Дж. Чжоу, «Анализ взаимодействия пути с поверхностью на мягком грунте», Acta Armamentarii , том. 33, нет. 12, pp. 1423–1429, 2012.
Просмотр по адресу:
Google Scholar
C. Yang, L. Cai, Z. Liu, Y. Tian, and C. Zhang, «Метод расчета пути толчок башмака на мягком грунте для растопыренных грунтозацепов», Journal of Terramechanics , vol. 65, нет. 1, стр. 38–48, 2016 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Дж. Ю. Вонг и В. Хуанг, «Исследование влияния начального натяжения гусеницы на подвижность гусеничных машин по мягкому грунту с использованием усовершенствованной модели компьютерного моделирования», Труды Института инженеров-механиков, часть D: Journal of Automobile Engineering , vol. 220, нет. 6, стр. 695–711, 2006 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
JY Wong, C. Senatore, P. Jayakumar и K. Iagnemma, «Прогнозирование характеристик подвижности небольшой и легкой гусеничной системы с использованием компьютерного метода NTVPM», Journal of Terramechanics , vol. 61, нет. 2015. Т. 1. С. 23–32.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Мейверк М. , Фортмюллер Т. и Фур Б. Модель реального времени для моделирования гусеничной машины на деформируемых грунтах // Достижения в области машиностроения. 8, нет. 5, стр. 1–14, 2016 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
В. Лю, К. Ченг и Дж. Ван, «Анализ отказов резиновой гусеницы гусеничного транспортера», Достижения в области машиностроения , том. 10, нет. 2018. Т. 7. С. 1–8.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar

Copyright

Copyright © 2020 Weiwei Liu and Kai Cheng. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.