Тягачей путем выбора геометрических параметров
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
A O B H H q c p p AB e д p 2AB Рисунок 2 – Схема давлений при определении угла наклона площадки скольжения Уравнения для определения давле- ний p и q можно получить из схемы на рисунке 2: 2 2 ) cos ( ) sin ( H p p p д AB д AB + + = ω ω ρ ψ ρ sin sin Bh E c e q OB = + = sin c + , (3) где – действительное давление, дейст- вующее на площадку АВ со стороны трака; д AB p ctg H c ρ = ⋅ – давление связности; е – действительное давление от силы , действующей со стороны вытесняемой призмы грунта на площадку ОВ. K O B R OK P BK E OB С OB X Y Рисунок 3 – Расчетная схема сил, действующих на вытесняемую призму грунта OB E OB Величина силы , входящей в уравнение (3), определяется из условий равновесия вытесняемой призмы грунта (рисунок 3): E cos sin( ) OK OB OB R C E ψ ρ ψ − = + , (4) cos( ) sin BK OB OB P E C ρ ψ = + − ψ , (5) где – сила сцепления по площадке ОВ, OB C ψ sin / Bch C OB = ; h – высота грунто- зацепа (рисунок 1); – сила, действующая со стороны опорной части трака; – сила, действующая со стороны передней грани грунтозацепа. BK P OK R Уравнения (4) и (5) позволяют рассчитать величины сил и при за- данных значениях силы и угла ψ наклона площадки скольжения. BK P OB E OK R Использование этих уравнений при решении системы уравнений (1)…(3) позволяет получить искомое значение угла ψ для любого заданного значения силы , начиная со значения, при котором образуется первичная площадка скольжения. Тогда полная величина касательной силы R OK R II , действующей во время второй фазы разрушения на переднюю грань грунтозацепа, будет опре- деляться по уравнению ( ) ρ ξ tg 2 R OBK OK II q c S R R + + = , (6) где – давление от силы , действующее на площадку ОК, R q OK R ) ( sin Bh R q OK R α = ; – площадь бокового торца призмы ОВК (рисунок 3). OBK S В уравнении (6) дополнительно учитываются сопротивления по боковым торцам вытесняемой призмы. При определении касательной силы , действующей на трак гусенично- го движителя, дополнительно учитывается трение трака о неподвижный грунт: II R Σ 9 Элек тронная библиотек а Белорусск о-Рос cийск ого университета ) ( tg 2 2 OE OE AB AB II II l p l p B R R + + = Σ ω , (7) где , – нормальные давления, действующие на площадки грунта АВ и AB p 2 OE p 2 ОЕ соответственно; – длина участка грунта АВ (рисунок 1). AB l Изложенный метод расчета (уравнения (1)–(7)) позволяет оп- ределять параметры взаимодейст- вия трака с грунтом во время вто- рой фазы. Процесс переформиро- вания площадки скольжения во время этой фазы может быть ог- раничен разными причинами. При определенном значе- нии внешней касательной силы может произойти срез оставшейся призмы грунта ненарушенной структуры ТАВО, расположенной между грунтозацепами (рисунок 4). Из условий равновесия этой призмы можно получить предельную величину силы Е , действующей на нее со стороны пло- щадки скольжения: OB A T B O E OB P AB E OT E TABO С OB С TABO С OT Y X n Рисунок 4 – Схема сил, действующих на грунт ненарушенной структуры ) cos( tg ) sin( sin 2 2 sin cos sin tg tg cos ρ ψ ρ ρ ψ ρ ω ψ ψ ρ ρ ω + − + + + − − − + = TABO TABO AB OB OB AB OT n OB E C P C C P C E , (8) где – сила сцепления по площадке ОТ; – сила, действующая со стороны опорной поверхности трака; – сила сцепления по боковому торцу рассмат- риваемой призмы ; – сила, действующая на боковой торец призмы, полу- ченная с учетом того, что за главное напряжение принято нормальное давление от силы . OT C AB P TABO C ТABO E n OB E Силы сцепления, входящие в уравнение (8), определяются по уравнениям ) ( OE OT l T cB C − = и 2 / ) ( OE AB TABO l T l ch C − + = Срез по площадке вершин грунтозацепов произойдет, когда сила дос- тигнет предельного значения. В этом случае внешняя касательная сила, полу- ченная по уравнению (7), будет максимально возможной. OB E При устойчивом положении призмы площадка скольжения может дос- тигнуть верхнего ребра грунта у основания предыдущего грунтозацепа. При этом угол ее наклона уменьшится до значения ) ( arctg OE кр I l T h − = ψ , которое является критическим и определяется геометрическими параметрами трака (рисунок 1). При ψ = ψ I кр удерживающей поверхностью будет являться поверхность АТ, свободная от давлений из-за смещения трака в грунте. Поскольку грунт при 10 Элек тронная библиотек а Белорусск о-Рос cийск ого университета новой расчетной схеме будет менее устойчивым, то уменьшение угла ψ воз- можно только до критического значения, после чего произойдет срез оставшей- ся части грунта по плоскости вершин грунтозацепов. Уменьшение устойчивости призмы грунта ненарушенной структуры мо- жет произойти и при разрушении ее части TAG, находящейся у задней грани предыдущего грунтозацепа, давлением, действующим со стороны опорной по- верхности трака (рисунок 1). Для определения предельной величины этого дав- ления и положения образующейся площадки скольжения использовалась тео- рия пассивного давления грунта на подпорные стенки с учетом предложенных выше рекомендаций. В этом случае подпорной стенкой является опорная по- верхность трака, а удерживающей – площадка АТ. Если такое разрушение происходит, то необходим перерасчет устойчиво- сти оставшейся ненарушенной части грунта TGBO (рисунок 1). Если устойчивость призмы TGBO не нарушена, необходимо оценить угол наклона площадки скольжения по отношению к новому критическому углу: ) ( arctg AG OE кр II l l T h − − = ψ , где – длина отрезка AG. AG l При II KP ψ ψ < происходит срез грунта по плоскости вершин грунтозацепов вследствие причин, рассмотренных выше. Еще одно ограничение внешней касательной силы связано с возможностью вы- клинивания трака из грунта. Оно происходит в том случае, когда сила, дейст- вующая со стороны вытесняемой призмы грунта на опорную часть трака, пре- вышает вес трактора, приходящийся на один трак. Таким образом, внешняя касательная сила, приложенная к траку, может увеличиваться до тех пор, пока не произойдет одно из событий: либо полно- стью будет использована несущая способность грунта и произойдет его срез между соседними грунтозацепами по той или иной схеме, либо – выклинивание трака вытесняемой призмой грунта. В трудах Селицкого С.С., Ляско М.И., Забавникова Н.А. и многих других авторов предлагается определять силу тяги движителя по сцеплению как сумму горизонтальных реакций грунта, действующих на каждый грунтозацеп гусени- цы в отдельности. Такой подход сохранен и в данной работе. Принятый линей- ный закон распределения касательных реакций грунта по грунтозацепам позво- лил проанализировать напряженное состояние грунта перед каждым грунтоза- цепом в зависимости от его положения по длине гусеницы. Изложенный в работе метод анализа взаимодействия траков гусеничного движителя с грунтом рассматривает последовательность взаимодействия трака с грунтом и позволяет определять параметры такого взаимодействия при уве- личении внешней касательной силы, приложенной к траку, начиная с ее на- 11 Элек тронная библиотек а Белорусск о-Рос cийск ого университета чального значения, соответствующего первой фазе разрушения грунта, до пре- дельного значения, при котором происходит либо срез грунта между грунтоза- цепами, либо выклинивание трака. Решение уравнений, входя- щих в изложенный метод, является достаточно трудоемким вследствие использования итерационных спо- собов расчета. Поэтому их реше- ние осуществляется на ПЭВМ при помощи программного обеспече- ния, разработанного на основе предлагаемого метода. В третьей главе приведены результаты теоретических иссле- дований взаимодействия грунтоза- цепов гусеничных машин с грун- том. Расчеты выполнены примени- тельно к трактору Т-170 с типовы- ми размерами грунтозацепов Т=0,203 м, Н=0,065 м. Рассматри- вался грунт III-ей категории с уг- лом внутреннего трения ρ =28 0 и удельным сцеплением =60 кПа. c Исследовано и проанализи- ровано влияние шага грунтозаце- пов на максимальную силу тяги по сцеплению, реализуемую гусенич- ным движителем (жирно выделен- ная линия на рисунке 5, а). Уста- новлено, что в рассматриваемых условиях существует три диапазо- на значений шага грунтозацепов, для каждого из которых характер- на своя конечная схема разрушения грунта. а) б) 1 – касательная сила, необходимая для среза грунта ( ); 2 – условная касательная сила, при которой появляется первичная площадка Σ ΣR скольжения ( ); 3 – условная касательная I R Σ Σ сила, при которой траки выклиниваются из грунта ( ); /// – зона протекания второй фазы V R Σ Рисунок 5 – Влияние шага (а) и высоты (б) грунтозацепов на силы, характеризующие взаимодействие гусениц с грунтом При относительно малом шаге (диапазон значений до отрезка LL) во вре- мя первой фазы происходит срез всего «кирпича» грунта, находящегося под гу- сеничным траком. Такой вариант является наиболее неблагоприятным. При значениях шага, находящихся в диапазоне от 0,19 м до 0,4 м, распо- ложенном между отрезками LL и ММ, по мере увеличения внешней касатель- ной силы, действующей на трак, происходит переформирование первичной 12 Элек тронная библиотек а Белорусск о-Рос cийск ого университета площадки скольжения до тех пор, пока не произойдет срез оставшейся призмы грунта между грунтозацепами. При значениях шага свыше 0,4 м (диапазон правее отрезка ММ) пере- формирование площадки скольжения продолжается до выклинивания трака вы- тесняемой призмой грунта. При таком варианте не полностью реализуется не- сущая способность грунта, поскольку часть грунта между грунтозацепами оста- ется неразрушенной. Таким образом, при увеличении шага грунтозацепов величина макси- мальной силы тяги по сцеплению гусеничного движителя может увеличиваться до определенного значения. Исследовано влияние высоты грунтозацепов на максимальную силу тяги по сцеплению (жирно выделенная линия на рисунке 5, б). При малых значениях высоты (диапазон до отрезка ММ) имеет место вы- клинивание трака на вытесняемой призме грунта. В этом случае величина шага оказывается относительно большой, вследствие чего часть грунта между грун- тозацепами остается неразрушенной и его несущая способность полностью не реализуется. При значениях высоты в диапазоне от 0,22 м до 0,72 м (между отрезками LL и ММ) происходит переформирование первичной площадки скольжения. Предельная зона грунта, примыкающая к грунтозацепу, увеличивается до тех пор, пока не произойдет срез оставшейся части грунта. При значениях высоты грунтозацепов свыше 0,72 м (диапазон правее от- резка LL) происходит срез всего “кирпича” грунта, находящегося под гусенич- ным траком во время первой фазы разрушения. Такая схема разрушения анало- гична схеме при малых значениях шага грунтозацепов. Таким образом, максимальная сила тяги, реализуемая движителем, ин- тенсивно увеличивается с ростом высоты грунтозацепов до определенного зна- чения (0,22 м), соответствующего границе между первым и вторым диапазоном (отрезок ММ). При дальнейшем увеличении высоты сила тяги изменяется толь- ко за счет увеличения площадей боковых торцов грунта. Аналитические исследования позволили установить рациональные соот- ношения между шагом и высотой грунтозацепов, при которых реализуемая траками сила тяги будет максимальной. Это соотношение для рассматриваемых выше условий изображено на рисунке 6 линией, расположенной в горизонталь- ной координатной плоскости, а для грунтов с различными физико- механическими свойствами – на рисунке 7. Анализ влияния угла наклона грунтозацепов на силу тяги по сцеплению показал, что в диапазоне от α =70 до 0 α =110 его влияние несущественно. 0 Таким образом, проведенные исследования позволили выявить и уста- новить рациональные соотношения между шагом и высотой грунтозацепов, 13 Элек тронная библиотек а Белорусск о-Рос cийск ого университета обеспечивающие максимальную величину силы тяги, реализуемой траком. Вы- явлены взаимосвязи между этими параметрами и схемами разрушения грунта. В четвертой главе дано описание экспериментальных установок, приве- дены методики лабораторных исследований и методика оп- ределения необходимого чис- ла опытов, представлены ре- зультаты экспериментальных исследований и сделан их со- поставительный анализ с тео- ретическими данными. ––––– – линия рационального соотношения между шагом и высотой грунтозацепов Рисунок 6 – Влияние шага и высоты грунтозацепов на силу тяги по сцеплению 1 – грунт с с=45 кПа; 2 – грунт с с=60 кПа; 3 – грунт с с=90 кПа; 4 – грунт с с=105 кПа; А – параметры грунтозацепов типовой конструкции движителя трактора Т-170 Рисунок 7 – Рациональные соотношения между высотой и шагом грунтозацепов для разных грунтовых условий Для исследования раз- рушения грунта подпорной стенкой использовалась уста- новка, изображенная на ри- сунке 8. Подпорная стенка устанавливалась на тележке, перемещаемой вдоль боковой стеклянной перегородки с малой скоростью. Это обес- печивало возможность визу- ального наблюдения за раз- рушением грунта. Направление смещения грунта по поверхности под- порной стенки фиксирова- лось при помощи флюгеров, которые были установлены сквозь отверстия в подпорной стенке. Через боковую стек- лянную перегородку произ- водилась видеосъемка, по- кадровый просмотр которой позволил определить поло- жение образующихся площа- док скольжения. Установлено, что направление сил трения между грунтом и подпорной стенкой зависит от угла ее наклона. При надвигании подпорной стенки с малым углом наклона флюгеры отклоняются вниз, следовательно, грунт смещается от- носительно подпорной стенки к ее вершине (рисунок 9, а). Такое направление 14 Элек тронная библиотек а Белорусск о-Рос cийск ого университета смещения грунта является общепри- нятым. Иная картина наблюдается при надвигании подпорной стенки с большим углом наклона. В этом слу- чае флюгеры отклоняются вверх, что свидетельствует о смещении грунта относительно подпорной стенки к ее основанию вплоть до момента его разрушения (рисунок 9, в). При промежуточных углах на- клона флюгеры не отклоняются до разрушения грунта. Очевидно, что и грунт не смещается относительно подпорной стенки. Такое смещение появляется лишь тогда, когда отде- ленная призма грунта будет вытес- няться вверх, что и зафиксировано на рисунке 9, д. Вывод о влиянии угла наклона подпорной стенки на направление сил трения подтверждается и поло- жением площадок скольжения, по- строенных для условий эксперимента с учетом действительного направле- ния сил трения (рисунок 9, б, г, е), определенного в ходе проведенных экспериментальных исследований. Из рисунка 9 видно, что угловое по- ложение площадок скольжения, по- лученное экспериментально, совпа- дает с расчетным положением во всех случаях. Таким образом, пред- ложенные рекомендации по учету направления сил трения для подпор- ных стенок с промежуточными и большими углами наклона являются обосно- ванными и позволяют повысить точность вычислений пассивного давления грунта на подпорные стенки. 1 – стеклянная перегородка; 2 – тележка; 3 – направляющие; 4 – тросик; 5 – бара- бан; 6 – подпорная стенка с флюгерами |