Закономерности деформирования шин типоразмера 30,5-32 разного конструктивного исполнения при нагружении их крутящим моментом, продольной и вертикальной нагрузками. Целесообразность и предпочтительность их применения на движителях зерноуборочных комбайнов.
Аннотация к работе
Появление на полях страны новых зерноуборочных комбайнов высокой производительности вызвало необходимость решения сложных инженерных задач по разработке способов и методов повышения показателей функционирования их ходовых устройств, с целью улучшения качества выполняемого комбайнами рабочего процесса, снижения часового расхода горюче-смазочных материалов, уплотнения почвы, а также повышения уровня условий труда операторов. Уменьшение негативного воздействия на почву любой мобильной сельскохозяйственной техники, в том числе и зерноуборочной, означает необходимость обеспечения таких условий функционирования машины, при которых бы не разрушалась структура почвы, не повышалась бы ее эрозия, не изменялись бы в ней процессы аэрации и влагообмена, которые влияют на обеспечение развития растений, а также не возрастали бы затраты энергии на обработку земли при последующих операциях[1,2,3,4]. В процессе работы колеса, работающего в ведущем режиме, по деформируемому основанию (почве) происходят радиальная и тангенциальная деформации шины, проскальзывание отдельных частей и пятна контакта шины в целом относительно опорной поверхности, вертикальные колебания и смятие грунта[1, 2, 3, 4, 5], на что требуются затраты энергии двигателя. Движитель, перекатываясь по опорному основанию (почве), деформирует ее, перемещает и раздробляет почвенные частицы, в результате чего изменяется водный, воздушный, тепловой режим почв и, как следствие этого, ухудшается агробиологический процесс в почве, что приводит к снижению урожая[1, 2, 3, 4, 5]. У диагональных шин (рисунок 1 а) корд располагается от борта к борту под углом 15°…45° к меридиану и в обоих направлениях, образуя весьма жесткую на растяжение и изгиб оболочку.Из полученных данных по деформационным свойствам оболочки пневматических шин 30,5L-32 (рисунок 2) можно выделить следующее: - радиальная деформация Z оболочки шины 30,5L-32 по ее экватору имеет направление к оси колеса и от нее перед входом в контакт с опорным основанием: при ведомом и ведущем режимах качения шина испытывает радиальную деформацию в секторе окружающем контакт; под действием вертикальной нагрузки элементы шины перед входом в контакт с опорным основанием деформируются в сторону от оси колеса, поэтому происходит «выпучивание» оболочки (оно больше при ведущем режиме качения); угол поворота оси колеса, определяющий начало радиальной деформации диагональной шины типоразмера 30,5-32, приблизительно равен 1290 для ведомого режима и 1010 для ведущего режима качения колеса, а полное снятие деформации в радиальном направлении шины заканчивается, соответственно, при 2010 и 2270 (максимальное значение величины радиальной деформации - в центре контакта); шина 30,5L-32 в ведомом режиме испытывает окружную деформацию практически по всему периметру, причем смещение элементов оболочки шины относительно обода и в передней части шины, и в задней после контакта - к верху шины; Анализ зависимостей (рисунок 3) позволяет установить следующее: - радиальная деформация по экватору шины 30,5R-32 всегда имеет только одно направление - к оси колеса: при ведомом режиме качения деформация начинается еще до контакта протектора с опорным основанием, при ведущем - практически в точке контакта;Недостатком диагональной конструкции шины является то, что радиальная деформация ее оболочки перед контактом направлена от центра колеса.
Вывод
Результаты экспериментальных исследований радиальной и окружной деформаций шины 30,5L-32 представлены в виде графиков зависимостей Z = f (?)и X = f (?) на рисунке 2. а б
Рисунок 2 ? Деформация шины 30,5L-32 при ведущем (а) и ведомом (б) режимах нагружения
Из полученных данных по деформационным свойствам оболочки пневматических шин 30,5L-32 (рисунок 2) можно выделить следующее: - радиальная деформация Z оболочки шины 30,5L-32 по ее экватору имеет направление к оси колеса и от нее перед входом в контакт с опорным основанием: при ведомом и ведущем режимах качения шина испытывает радиальную деформацию в секторе окружающем контакт;
- под действием вертикальной нагрузки элементы шины перед входом в контакт с опорным основанием деформируются в сторону от оси колеса, поэтому происходит «выпучивание» оболочки (оно больше при ведущем режиме качения);
- угол поворота оси колеса, определяющий начало радиальной деформации диагональной шины типоразмера 30,5-32, приблизительно равен 1290 для ведомого режима и 1010 для ведущего режима качения колеса, а полное снятие деформации в радиальном направлении шины заканчивается, соответственно, при 2010 и 2270 (максимальное значение величины радиальной деформации - в центре контакта);
- окружная деформация Х оболочки шины 30,5L-32 по экватору зависит от режима качения колеса: она определяется вертикальной нагрузкой на колесо и крутящим моментом, приложенным к оси колеса;
- диагональная шина 30,5L-32 как в ведомом, так и в ведущем режимах качения испытывает знакопеременную окружную деформацию;
- шина 30,5L-32 в ведомом режиме испытывает окружную деформацию практически по всему периметру, причем смещение элементов оболочки шины относительно обода и в передней части шины, и в задней после контакта - к верху шины;
-угол поворота оси колеса, определяющий начало окружной деформации шины 30,5L-32 равен 00;
-полное снятие деформации в окружном направлении заканчивается при 3000в ведомом режиме качения и при 2400 - в ведущем режиме качения.
Результаты экспериментальных исследований радиальной и окружной деформаций шины 30,5R-32 представлены в виде графиков зависимостей Z= f (?) и X = f (?) на рисунке 3. а б
Рисунок 3 ? Деформация шины 30,5R-32 при ведущем (а) и ведомом (б) режимах нагружения
Анализ зависимостей (рисунок 3) позволяет установить следующее: - радиальная деформация по экватору шины 30,5R-32 всегда имеет только одно направление - к оси колеса: при ведомом режиме качения деформация начинается еще до контакта протектора с опорным основанием, при ведущем - практически в точке контакта;
- максимальное значение величины деформации наблюдается по центру контакта, полное ее снятие происходит уже после выхода элементов протектора из контакта, причем такое «запаздывание» больше при ведущем режиме качения;
- полное снятие радиальной деформации у шины 30,5R-32 происходит при величине угла поворота колеса 2400, что объясняется, прежде всего, взаимосвязью всех видов деформации оболочки: нормальная нагрузка на колесо передается опорному основанию всей оболочкой шины, а нижняя часть шины деформируется и от силы, создающей давлением воздуха[6];
- изза гистерезисных потерь от внутреннего трения в материале шины и трения элементов протектора в контакте участок радиальной деформации шины 30,5R-32 после контакта больше, чем до него;
- давление воздуха в шине 30,5R-32 пренебрежимо мало, а перелома брекера на границе площадки контакта не происходит, поэтому радиальная деформация оболочки и вне контакта будет направлена к оси колеса[6];
- особенностью полученных зависимостей является наличие явно выраженных площадок с примерно постоянной величиной радиальной деформации элементов шины 30,5R-32 на выходе из контакта, появление которых обусловлено работой на преодоление сухого трения элементов шины в контакте, связанной со скольжением элементов протектора к центру контакта;
- величина радиальной деформации шины 30,5R-32больше, чем у диагональной шины (оболочка деформируется больше, а контактная площадка получает развитие за счет длины), поэтому уплотняющее воздействие на почву данной шины вследствие этого будет меньше;
- окружная деформация Х внешних элементов протектора по экватору шины у шины 30,5R-32 происходит по всему периметру оболочки: с верхней точки и до середины контактной площадки, элементы шины испытывают сжатие, на оставшейся части - также сжатие, но в противоположном направлении, причем, деформация сжатия набегающих волокон шины значительно больше деформации сжатия сбегающих волокон;
- при ведомом режиме качения шины 30,5R-32 единственным фактором, вызывающим сжатие набегающих волокон шины, является нормальная нагрузка на колесо, а при ведущем режиме качения шины 30,5R-32 сжатие дополнительно увеличивается от прилагаемого крутящего момента;
- при ведомом режиме качения шины 30,5R-32 сжатие сбегающих волокон шины 30,5R-32 происходит в связи с тем, что элементы протектора в задней части контактной площадки скользят к ее центру вперед по ходу движения и, тем самым, задерживают не только снятие радиальной, но и создают условия для окружной деформации;
- при ведущем режиме шины 30,5R-32 элементы протектора не скользят к ее центру вперед по ходу движения, а растяжение под действием крутящего момента сбегающих волокон частично компенсируется их сжатием от нормальной нагрузки, и, вследствие этого, величина деформации сжатия меньше по сравнению с ведомым режимом качения;
- от крутящего момента набегающие волокна шины 30,5R-32 испытывают дополнительное окружное сжатие, а выходящие из контакта - растяжение, поэтому в зоне после контакта, где нормальная сила сжимает волокна, а крутящий момент их растягивает, суммарная деформация шины в окружном направлении при номинальном значении Мк практически равна нулю[6];
- по сравнению с ведомым режимом качения сжатие набегающих волокон при номинальном значении крутящего момента возрастает на 56%, причем максимальной величины сжатие волокон достигает до контакта шины с опорным основанием и, вследствие зоны скольжения в начале контактной площадки [6], затем уменьшается, увеличиваясь снова в зоне сцепления.1. Недостатком диагональной конструкции шины является то, что радиальная деформация ее оболочки перед контактом направлена от центра колеса. Такое «выпучивание» элементов шины увеличивает гистерезисные потери в ней, отчего сопротивление качению неминуемо возрастает.
2. Величина радиальной деформации шины 30,5R-32больше, чем у шины 30,5L-32(оболочка деформируется больше, а контактная площадка получает развитие за счет длины), поэтому уплотняющее воздействие на почву данной шины вследствие этого будет меньше.
3. Основным фактором окружной деформации является нормальная нагрузка на колесо: с увеличением крутящего момента окружная деформация пропорционально возрастает.
4. Применение в качестве ведущих радиальных шин 30,5R-32для зерноуборочных комбайнов предпочтительно.
Список литературы
1. Кравченко, В.А. Транспорт в сельскохозяйственном производстве/ В.А. Кравченко. - Зерноград, АЧГАА, 2003. - 320 с.
2. Повышение эксплуатационных качеств колесных движителей / В.В. Коптев, В.А. Кравченко, В.Г. Яровой и др. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2000. - № 5. - С. 33…34.
3. Кравченко, В.А. Повышение динамических и эксплуатационных показателей сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатов: монография / В.А. Кравченко. - Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА. - 2010. - 224 с.
4. Кравченко, В.А. Повышение эффективности МТА на базе колесных тракторов / В.А. Кравченко, В.А. Оберемок, Л.В. Кравченко. // Технология колесных и гусеничных машин. - 2014. ? № 6 (16). - С. 45…50.
5. Кравченко, В.А. Математическая модель машинно-тракторного агрегата с УДМ в трансмиссии трактора / В.А. Кравченко, Л.В. Кравченко, В.В. Серегина // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного университета (Научный журнал КУБГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КУБГАУ, 2014. ? № 103. - IDA: 1031409016. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru / 2014 / 09 /pdf/ 16.pdf, ? С. 251…261.
6. Кнороз В.И. Работа автомобильной шины. - М., Автотрансиздат, 1960. - 229 с.