Введение к работе
Актуальность темы. Одним из наиболее тяжелых случаев движения колесных машин по деформируемым опорным основаниям является движение по снегу. При этом проходимость в значительной степени зависит от правильного выбора, как конструкции самой машины, так и характеристик снега.
Одной из значительных составляющих сопротивления движению является сопротивление в результате экскавационно-бульдозерных эффектов. При криволинейном движении колесных машин по деформируемому опорному основанию экскава-ционно-бульдозерное сопротивление будет складываться как из продольной, так и из поперечной составляющей силы, действующей на движитель. Вопрос определения данного сопротивления достаточно изучен при прямолинейном движении, но при криволинейном движении теория представляет собой отдельные фрагменты исследований с множеством допущений.
Помимо доработки существующих методик исследования проходимости и теоретическое обоснование процессов, влияющих на проходимость машины, происходящих при взаимодействии колесного эластичного движителя со снегом и включающее в себя уточнение модели экскавационно-бульдозерного взаимодействия, необходимо учитывать особенности формы днища и дифферент, возникающий при движении, которые влияют на сопротивление движению от днища машины.
Несмотря на широкое изучение процессов движения многоосных колесных машин по снегу многие авторы не затрагивают вопросов криволинейного движения либо ограничивают выкладки определенной долей допущений и ограничений в теории, что не может отражать полной картины взаимодействия эластичного колесного движителя с деформируемым дорожно-грунтовым основанием.
Поэтому исследование моделей взаимодействия многоосных колесных машин со снегом является оправданным и приведет к уточнению существующих методик, позволит более качественно и количественно описать движение и формирование сил сопротивления.
Цель работы. Разработка методики оценки проходимости многоосных колесных машин при криволинейном движении по снегу с учетом влияния экскавационно-бульдозерного взаимодействия, как в продольном, так и в поперечном направлении, и особенностей формирования сопротивления от днища на основе теоретических и экспериментальные исследований.
Научная новизна.
Разработана математическая модель криволинейного движения колеса по снежной целине с учетом экскавации снега в боковом направлении и особенностей формирования геометрии колеи при этом.
В работе впервые приведена методика учета приращения силы сопротивления движению по снежной целине и увеличение ширины колеи при криволинейном движении с учетом экскавационных эффектов при фрезеровании снега боковыми грунто-зацепами, уточнен характер образования колеи при продольной экскавации снега колесом, а также характер взаимодействия движителей при различных радиусах поворота.
Учтены особенности формы днища и дифферента при движении многоосной колесной машины на сопротивление движению по снегу.
Приведены зависимости изменения сопротивлений движению, сцепления и запаса силы тяги при различных радиусах поворота с учетом особенностей формирова-
ния колеи с учетом экскавационно-бульдозерных эффектов в продольном и поперечном направлениях и особенностей формирования сопротивления днища.
Объекты исследования. На разных этапах работы в качестве объектов исследования выбирались колесные машины с колесной формулой 6x6 «КамАЗ 4310», ЗиЛ 4334, ЗиЛ 4972, полноприводное колесное шасси ГПИ-3901 с бортовым способом поворота.
Общая методика исследований. При проведении теоретических исследований использованы методы аналитической механики, механики контактного взаимодействия пространственных систем с ограниченными телами, численные методы решения систем дифференциальных уравнений и нелинейных алгебраических уравнений, разнообразные методы математического моделирования. Экспериментальные исследования проводились как на серийно выпускаемых машинах, так и на экспериментальных образцах с использованием разнообразных измерительных средств и систем визуальной регистрации.
Основные положения, выносимые на защиту:
Из теоретических разработок - уточненная модель качения колеса по снегу при криволинейном движении в режиме как кинематического, так и силового бокового скольжения, математическая модель криволинейного движения многоосной колесной машины по снежной целине, учитывающая фрезерование и экскавацию снега боковой поверхностью колес, характер формирования сопротивления от днища при разных его конфигурациях, оценка проходимости с учетом радиуса поворота по сравнению с прямолинейным движением.
Из научно-методических разработок - алгоритм и методика оценки проходимости многоосных колесных машин при криволинейном движении по снегу с учетом экскавационно-бульдозерного эффекта, как в продольном, так и в поперечном направлении движения, а также особенностей геометрии днища.
Из научно-технических разработок - обоснованные по результатам исследований рекомендации по выбору конструкции и режимов криволинейного движения многоосных колесных машин с целью обеспечения наибольшей проходимости.
Практическая значимость диссертационной работы состоит в следующем:
- на основе экспериментальных и теоретических исследований сформулирована
методика оценки проходимости при криволинейном движении многоосных колесных
машин по снегу с учетом экскавационно-бульдозерного эффекта, как в продольном,
так и в поперечном направлении движения, а также особенностей геометрии днища,
- получены зависимости сопротивления движению от экскавационно-
бульдозерных эффектов с внешней стороны колеса при движении колеса с боковым
скольжением, носящим как кинематический, так и силовой характер, уточнены зави
симости для определения экскавационной осадки и сопротивления на движителе в
продольном направлении движения, уточнены зависимости для определения сопро
тивления от днища при различных формах днища и дифферента при движении мно
гоосный колесной машины по снегу.
- разработана методика проведения лабораторных и полевых испытаний, по
зволяющая определить проходимость и режимы движения при криволинейном дви
жении по снегу как существующих многоосных колесных машин, так и сократить за
траты на разработку новых конструкций.
Реализация работы. Результаты экспериментально-теоретических исследований по теме диссертации внедрены в ЗАО «Завод вездеходных машин», НИЛ «Транспортных машин и транспортно-технологических комплексов», ООО «ТрансМаш», а
также используются в учебном процессе кафедры «Автомобили и тракторы» Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах кафедры «Автомобили и тракторы» (Н.Новгород, НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2008 - 2010 гг.); на 13-14-й нижегородских сессиях молодых ученых (Н.Новгород, 2008 - 2009 гг.); на 7-8-9-й международных молодежных научно-технических конференциях «Будущее технической науки» (Н.Новгород, НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2008-2010 гг.); на международной научно-технической конференции, посвященной 45-летию кафедры «Автомобильный транспорт» (Н.Новгород, НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2008 г.), на международной научно-технической конференции «Проблемы транспортно-технологических комплексов» посвященной 35-летию кафедры «Строительные и дорожные машины» (Н.Новгород, НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2008 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 22 научно-технических публикаций, в том числе 2 в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из четырех глав, общих выводов, приложения, изложена на 259 страницах текста, содержит 182 рисунка, 18 таблиц, список использованных источников, включающий 221 наименование.
