ДОСЛІДЖЕННЯ КОЧЕННЯ КОЛЕСА З ПІДВИЩЕНОЮ ШВИДКІСТЮ ПО ПУХКОМУ ГРУНТI

УДК 631.372

Калінін Є., докт. техн. наук, доц., Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка, kalininhntusg@gmail.com, Orcid ID: 0000-0001-6191-8446;

Балабай Т., керівник випробувальної лабораторії, Харківська філія Українського науково-дослідного інституту прогнозування та випробування техніки і технологій для сільськогосподарського виробництва імені Леоніда Погорілого, hfukrndipvt@gmail.com, Orcid ID: 0000-0002-0452-1407

Анотація

Мета дослідження – формалізація залежності між швидкістю кочення колеса, його параметрами і глибиною утворюваної колії, а також визначення потрібного тягового зусилля для кочення веденого колеса з жорстким ободом по пухкому ґрунті.

Методи дослідження передбачають використання основ синтезу аналітичних залежностей між кінематичними показниками колеса, яке рухається по пухкому ґрунті, та фізико-механічними характеристиками ґрунту.

Результати дослідження. Аналіз матеріалів попередніх дослідників показує, що закономірності процесу кочення колеса по пухкому ґрунті з утворенням колії можуть бути розкриті більш повно і в загальному вигляді, якщо прийняти дві основні передумови. Перша передумова передбачає, що залежність між нормальним тиском на елементарній площі обода колеса і глибиною його занурення в ґрунт змінюється за логарифмічним законом. Друга передумова говорить про те, що зусилля на перекочування колеса витрачається на деформацію ґрунту під час утворення колії під колесом, на надання кінетичної енергії об’єму ґрунту, який витискається з колії та на подолання тертя колеса об стінку колії і на силу зчеплення ґрунту з ободом колеса. Використовуючи ці дві передумови, визначено глибину колії під час кочення колеса. Встановлено, що глибина колії обернено пропорційна кубу швидкості і квадрату діаметра колеса.

Баланс тягового зусилля на перекочування веденого колеса складається з двох складових. Перша складова тягового зусилля витрачається на деформацію ґрунту й утворення колії. Оскільки зі збільшенням швидкості кочення глибина колії зменшується, очевидно, ця частина тягового зусилля теж повинна зменшуватися. Друга складова витрачається на надання кінетичної енергії масі ґрунту, який витісняється з борозни. Зі збільшенням швидкості кочення ця частина тягового зусилля буде збільшуватися.

Висновки. У ході моделювання взаємодії колеса, яке рухається з великою швидкістю, по пухкому ґрунті, отримана залежність, яка зручна для практичних розрахунків, оскільки враховує властивості ґрунту, розмір колеса і режим кочення. Встановлено, що тяговий опір перекочування зі збільшенням швидкості кочення буде зменшуватися, якщо навантаження на колесо не перевищує цілком певної величини, яка є критичною для конкретних умов.

Ключові слова: кочення колеса, пухкий ґрунт, тяговий опір, утворення колії, тяговий баланс

Читати повну версію статті

ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕНИЯ КОЛЕСА С ПОВЫШЕННОЙ СКОРОСТЬЮ ПО РЫХЛОЙ ПОЧВЕ

Калинин Е., докт. техн. наук, доц., Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени Петра Василенка, kalininhntusg@gmail.com, Orcid ID: 0000-0001-6191-8446;

Балабай Т., руководитель испытательной лаборатории, Харьковская филия Украинского научно-исследовательского института прогнозирования и испытания техники и технологий для сельскохозяйственного производства имени Леонида Погорелого, hfukrndipvt@gmail.com, Orcid ID: 0000-0002-0452-1407

Аннотация

Цель исследования – формализация зависимости между скоростью качения колеса, его параметрами и образующейся глубиной колеи, а также определение нужного тягового усилия для качения ведомого колеса с жестким ободом по рыхлому грунту.

Методы исследования предполагают использование основ синтеза аналитических зависимостей между кинематическими показателями колеса, которое движется по рыхлой почве, и физико-механическими характеристиками последнего.

Результаты исследований. Анализ материалов предыдущих исследователей показывает, что закономерности процесса качения колеса по рыхлой почве с образованием колеи могут быть раскрыты более полно и в общем виде, если принять две основные предпосылки. Первая предпосылка предполагает, что зависимость между нормальным давлением на элементарной площади обода колеса и глубиной его погружения в почву изменяется по логарифмическому закону. Вторая предпосылка говорит о том, что усилие на перекатывание колеса расходуется на деформацию грунта при образовании колеи под колесом, на сообщение кинетической энергии объему грунта, выталкиваемому из колеи и на преодоление трения колеса о стенку пути и на силу сцепления грунта с ободом колеса. Используя эти две предпосылки, определены глубина колеи при качении колеса. Установлено, что глубина колеи обратно пропорциональна кубу скорости и квадрату диаметра колеса.

Баланс тягового усилия на перекатывание ведомого колеса состоит из двух составляющих. Первая составляющая тягового усилия тратится на деформацию грунта и образование колеи. Поскольку с увеличением скорости качения глубина колеи уменьшается, очевидно, эта часть тягового усилия тоже должна уменьшаться. Вторая составляющая затрачиваемое на сообщение кинетической энергии массе почвы, которая вытесняется из борозды. С увеличением скорости качения эта часть тягового усилия будет увеличиваться.

Выводы. В ходе моделирования взаимодействия колеса, которое движется с большой скоростью, по рыхлой почве, получена зависимость, которая удобна для практических расчетов, поскольку учитывает свойства почвы, размер колеса и режим качения. Установлено, что тяговое сопротивление перекатыванию с увеличением скорости качения будет уменьшаться, если нагрузка на колесо не превышает вполне определенной величины, которая является критической для данных условий.

Ключевые слова: качение колеса, рыхлая почва, тяговое сопротивление, образование колеи, тяговый баланс

EXPLORATION OF ROLLING WHEEL WITH INCREASED SPEED ON FLOOR SOIL

Kalinin E., Ph. D, Associate Professor, Kharkiv Petro Vasilenko National Technical University of Agriculture, kalininhntusg@gmail.com, Orcid ID: 0000-0001-6191-8446;

Balabay T., head of Testing Laboratory, L. Pogoriliy Ukrainian Scientific Research Institute of Forecasting and Testing of Machinery and Technologies for Agricultural Production, Kharkov branch, hfukrndipvt@gmail.com, Orcid ID: 0000-0002-0452-1407

Abstract

Purpose of the study. The purpose of the study is to formalize the relationship between the rolling speed of the wheel, its parameters and the resulting track depth, as well as determining the required traction for rolling the driven wheel with a hard rim on loose soil.

Research methods. Research methods involve the use of the foundations of the synthesis of analytical relationships between the kinematic parameters of a wheel that moves along loose soil and the physical and mechanical characteristics of the latter.

The results of the study. An analysis of the materials of previous researchers shows that the patterns of the wheel rolling on loose soil with the formation of a gauge can be revealed more fully and in general terms, if two basic premises are accepted. The first premise assumes that the relationship between the normal pressure on the elementary area of the wheel rim and the depth of its immersion in the soil changes according to a logarithmic law. The second premise suggests that the effort to roll the wheel is spent on deforming the soil when a track is formed under the wheel, on communicating kinetic energy to the volume of soil pushed out of the track and on overcoming friction of the wheel against the track wall and on the force of adhesion of the soil to the wheel rim. Using these two premises, the track depth is determined when the wheel is rolling. It is established that the track depth is inversely proportional to the speed cube and the square of the diameter of the wheel.

The balance of traction on rolling the driven wheel consists of two components. The first component of traction is spent on soil deformation and rutting. Since the track depth decreases with an increase in the rolling speed, obviously, this part of the pulling force should also decrease. The second component is spent on communicating kinetic energy to the mass of soil, which is displaced from the furrow. With an increase in the rolling speed, this part of the tractive effort will increase.

Conclusions. In the course of modeling the interaction of a wheel that moves at high speed on loose soil, a dependence is obtained that is convenient for practical calculations, since it takes into account soil properties, wheel size and rolling mode. It was found that the traction resistance to rolling with increasing rolling speed will decrease if the load on the wheel does not exceed a well-defined value, which is critical for these conditions.

Keywords: wheel rolling, loose soil, traction resistance, rutting, traction balance