Магистерская диссертация на тему: Согласно поставленной задаче было проведено исследование возможных конструкций гусеничного

Введение

Сравнительный анализ и сопоставление колесных и гусеничных машин при эксплуатации их в тяжелых дорожных, а особенно во внедорожных, условиях показывает преимущество последних по таким важнейшим показателям, как проходимость, производительность, манёвренность, тягово-сцепные качества, удобство и надежность работы. Многоприводные автомобили и автопоезда даже при наличии четырех-пяти ведущих мостов не могут обеспечить в условиях бездорожья такую же реализацию тяговых качеств, как и гусеничные машины. При этом сложность и громоздкость активного привода к колесам ликвидирует такое важное достоинство автомобиля, как простота конструкций. Следовательно, необходимость в разработке новых и модификации старых конструкций тягово-транспортных средств с приводом от гусеничного движителя была и остаётся высокой. По-прежнему, эффективная работа целых отраслей народного хозяйства зависит от прогресса в разработках конструкторов гусеничных машин.

Машины с гусеничным приводом очень разнообразны по конструкции и назначению. Это промышленные и сельскохозяйственные тракторы, снегоболотоходные транспортеры, специальные тягачи, различные установки на гусеничном ходу, используемые для монтажа производственного или технологического оборудования, трубоукладчики на строительстве нефте- и газопроводов и т.д. Гусеничный движитель является одним из важнейших механизмов, определяющих тяговые качества, производительность, экономичность и надежность всех этих машин. Поэтому совершенствование конструкции движителя, выбор оптимальных параметров, рациональное сочетание характеристик отдельных его элементов, разработка более совершенной схемы привода и формы обвода гусениц представляют ответственный этап при создании или модернизации гусеничных машин.

Следует также учитывать, что в результате воздействия ходовых систем тракторов, в почве образуются уплотненные зоны, вызывая неравномерное распределение влаги и отрицательно влияющие на урожайности по всей ширине воздействия. Исследования влияния уплотнения почвы тяжелыми мобильными агрегатами на урожай сельскохозяйственных культур, проведённые в нашей стране, а также в США, Швеции, Японии показали, что урожай снижается на 20-35%. При этом большое влияние на уплотнение почвы оказывает среднее и максимальное удельные давления. Согласно данным [16] для большинства почв допустимое давление составляет 39-49 кПа, предельное - 98-147 кПа, а фактически же, оказываемое мобильными агрегатами давление достигает 294-420 кПа.

Создание долговечного, экономичного, экологичного гусеничного движителя является сложной научно-технической проблемой. Сложность ее обуславливается тяжелым режимом работы движителя, подвергающегося абразивному воздействию грунта, высокими динамическими нагрузками, нестабильностью геометрии и кинематики обвода, особенно при движении по пересеченной местности.

Стремление сократить до минимума все механические потери в движителе, иными словами обеспечить максимальный к. п. д., увеличить экономичность машины, повысить почвосбережение еще в большей степени усугубляет трудности решения этой задачи, так как неизбежным следствием повышения энергоемкости транспортного средства, уменьшения его массы является увеличение динамической нагруженности гусеничного движителя и уменьшение его надежности.

Существенное усовершенствование гусеничного движителя возможно только на базе серьезных теоретических и экспериментальных исследований. Теория гусеничного движителя была в основном разработана профессорами А. С. Антоновым, Е. Д. Львовым, М. К. Кристи, Л. В. Сергеевым, А. О. Никитиным, В. Ф. Платоновым и др. Она в достаточном объеме освещает вопросы кинематики нерастяжимого обвода, качения опорного катка по ровному основанию, потери мощности в движителе и взаимодействия опорной ветви с грунтом.

Применение новых конструктивных решений при создании современных ходовых систем гусеничных машин, а также необходимость улучшения их эксплуатационных показателей не могли не вызвать постановки и решения отдельных вопросов теории гусеничного движителя, разработки новых методов расчета его узлов и деталей. Это позволило развивать данную теорию в новых направлениях, позволяющих более полно и глубоко изучить динамическое нагружение гусеничного движителя, обосновать пути снижения его нагруженности и повышения надёжности.

Как часть данного направления можно рассматривать и текущую работу, основными задачами которой являлись изучение путей увеличения к. п. д. гусеничного движителя, экономичности и экологичности его работы путем введения новых конструктивных элементов, в частности ведущего колеса с внутренним подрессориванием, служащего одновременно ведущим и опорным элементом. Это позволяет при несущественном увеличении длины гусеничного обода увеличить базу, навесоспособность и устойчивость трактора от опрокидывания назад, а также значительно улучшить условия труда тракториста на рабочем месте путем улучшения характеристик плавности хода и шумности.

Оглавление

- 1. Введение 6

- Аналитический обзор и состояние вопроса

- Анализ литературных источников

- Патентное исследование

- АС 821229 Упругое колесо транспортного средства со ступицей и обводом

- АС 933481 Металлоэластичное колесо транспортного средства

- АС 160092 Опорный каток гусеничных машин

- Патент США 5125443 Пружинно подвешенное колесное устройство

- Достоинства и недостатки рассмотренных конструкций

- Анализ работы объекта исследования

- Требования, предъявляемые к конструкции

- Описание конструкции и принципа работы ведущего колеса с внутренним подрессориванием

- Кинематический расчет исследуемой конструкции

- Определение точек кривой траектории движения конца упругого элемента

- Определение радиуса ведущего колеса по трём точкам

- Определение координат шарниров упругих элементов колеса в любой момент времени

- Физическая осуществимость кинематической модели ведущего колеса с внутренним подрессориванием

- Кинетостатический анализ работы ведущего колеса с внутренним подрессориванием

- Расчетная схема

- Определение неизвестных реакций в шарнирах упругого элемента

- Расчет на изгиб пластинчатых упругих элементов, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси ступицы

- Анализ результатов проведённых исследований

- Программная эмуляция работы ведущего колеса с внутренним подрессориванием на поверхности с неровностями почвы

- Расчет навесоспособности трактора с ведущим колесом с внутренним подрессориванием

- Расчет угловой жесткости трактора с ведущим колесом с внутренним подрессориванием

- 6. Заключение 73

- Список использованной литературы 76

Заключение

На основании вышеизложенного материала следует ряд общих выводов:

Сравнительный анализ и сопоставление колесных и гусеничных машин при эксплуатации их в тяжелых дорожных, а особенно во внедорожных, условиях показывает преимущество последних по таким важнейшим показателям, как проходимость, производительность, манёвренность, тягово-сцепные качества, удобство и надежность работы.

На эффективность работы гусеничного движителя влияет целый ряд факторов, среди которых расположение центра масс трактора, тип привода ведущего колеса, форма обвода гусеницы, тип ленты гусеницы и шаг гусеничной цепи, число опорных катков, а также некоторые другие.

Среди факторов, влияющих на эффективность работы гусеничного движителя можно выделить конструктивное положение ведущего колеса трактора и тип его подрессоривания.

Как один из способов повышения эффективности работы гусеничного движителя предложено применить ведущее колесо с внутренним подрессориванием, опущенное на грунт. Предположительно это позволит увеличить базу трактора, навесоспособность машины, угловую жесткость машины, характеристики плавности хода.

Патентный обзор с глубиной поиска до тридцати пяти лет показал, что существующие аналоги конструкций не применяются в силу ряда причин на гусеничных сельскохозяйственных тракторах.

Кинематическое исследование предложенной конструкции колеса показало принципиальную возможность реализации подобной конструкции. Выведены формулы для определения координат точек колеса в любой момент времени.

Анализ физической осуществимости кинематической модели колеса показал принципиальную реализуемость данной конструкции с точки зрения кинетостатики. Также рассчитан на изгиб упругий элемент, обеспечивающий подрессоривание колеса. Конструкция обладает необходимым запасом прочности.

С помощью средств автоматизированного проектирования смоделировано движение колеса по поверхности с неровностями. Моделирование подтвердило выводы, сделанные в предыдущих разделах.

Расчет навесоспособности и углового перемещения рамы трактора показал, что с применением на тракторе новой конструкции ведущего колеса, улучшается целый комплекс параметров, связанный с эффективностью работы.

Работа также поставила ряд вопросов перед исследователями, выраженные в необходимости проведения целого ряда расчетов и экспериментов с привлечением опытных образцов конструкции, следовательно, работа не завершена, она будет продолжена в дальнейшем и имеет большие перспективы на успех.

Список литературы

Всероссийская сеть распространения правовой информации "КонсультантПлюс": WEB-страница.-www.consultant.ru

Intellectual prophecy network: WEB-страница.-www.patent.ibm.com/ibm.html

А.С. 821229.СССР, МКИ3 B60 В 9/00. Упругое колесо железнодорожного транспортного средства со ступицей и обводом/ В.В.Калякин

А.С. 933481.СССР, МКИ3 B60 В 9/00. Металлоэластичное колесо транспортного средства/ В.В.Кацыгин, В.И.Воронцов, И.Г.Львутин, А.В.Вавилов и А.Н.Орда

А.С. 160082.СССР, МКИ3 B62 D 9/00. Опорный каток гусеничных машин/ В.Н.Бондарев, В.В.Гриднев, Б.В.Круглов, А.А.Незин

Пат. 5125443.США, МКИ3 B60 В 9/26. Spring-mounted wheel assembly/ Gil Schwartzman

Пат. 4553577.США, МКИ3 B60 В 9/26. Wheel structure with resilien spokes/ John D.W.Gregg

Платонов В.Ф. Динамика и надежность гусеничного движителя.-М.: Машиностроение, 1973.-232 с.

Антонов А.С. Теория гусеничного движителя.- М.: Машгиз, 1949.-354 с.

Медведев М.И. Гусеничное зацепление трактора.- М.: Машиностроение, 1985.- 268 с.

Анилович В.Я., Водолажченко Ю.Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов: Справочное пособие.- 2-е изд., переработ. и доп. - М.: Машиностроение, 1976.- 456 с.

Барский И.Б. Конструирование и расчет тракторов: Учебник для ВУЗов по специальности "Автомобили и тракторы".- 3-е изд., переработ. и доп.- М.: Машиностроение, 1980.-335 с.

ПлатоновВ.Ф., Леиашвили Г.Р. Гусеничные и колёсные тягово-транспорные машины.- М.: Машиностроение, 1986.-296 с.

Гуськов В.В. Оптимальные параметры сельскохозяйственных тракторов.- М.: Машиностроение, 1966.-195 с.

Гинзбург Ю.В., Швед А.И., Парфенов А.П. Промышленные тракторы.- М.: Машиностроение, 1986.-296 с.

Мировые достижения по пахотным гусеничным тракторам и основные направления: Методические указания/ Сост. Мезенцев М.С.-Волгоград: ВолгПИ, 1988.-40 с.

Ксеневич И.П. и др. Ходовая система-почва-урожай/ И.П. Ксеневич, В.А. Скотников, М.И. Ляско.- М.: Агропромиздат, 1985.-304 с.

Барский И.Б., Анилович В.Я., Кутьков Г.М. Динамика трактора.- М.: Машиностроение, 1973.-280 с.

Тракторы. Проектирование, конструирование и расчёт/ Под ред. И.П. Ксеневича. М.: Машиностроение, 1991.-544 с.

Гуськов В.В., Коммисарчук А.М. К вопросу выбора оптимального положения центра тяжести гусеничного трактора.- В кн. Механизация и электрификация сельского хозяйства, Минск: Вышейшая шкла, 1968, вып.1.- с. 38-39

Мацепуро М.Е., Порошков В.А. Влияние положения центра тяжести и центра давления болотного трактора на его проходимость и тяговые качества.- В кн. Вопросы земледельческой механики. Т. 3. Минск: Гос. изд. БССР, 1960.- с.353-377

Фесик С.П. Справочник по сопротивлению материалов.- Киев: Будивельник, 1970.-674 с.

Фирма Valtra Vamet и её новые тракторы: Отчет/ НАТИ; А.П.Парфенов.-М., 1999.-143 с.

Тракторы фирмы New Holland с автоматическим включением привода переднего моста: Отчет/ НАТИ; А.П.Парфенов.-М., 1999.-96 с.

Будущее трансмиссий сельскохозяйственных тракторов за бесступенчатыми передачами: Отчет/ НАТИ; М.Я.Мининзон.-М., 1999.-136 с.

Забавников Н.А. Основы теории транспортных гусеничных машин.-М.: Машиностроение, 1968

Кушнарёв А.С. Конференция по проблеме уплотняющего воздействия на почву ходовых систем.- М.: Тракторы и сельхозмашины, 1981, № 3.- с.38-39