正文 第七章 地麵驅動(二)(3 / 3)

根據上述測定的結果,可以假定接地界麵沿胎寬方向不變,並屬於二維問題。在剛性輪情況下,界麵應力最大可以直到土壤失效,而在輪胎情況下,由於輪胎的變形,界麵法向應力不會超過某一極限,此極限與充氣壓R有關,但總比剛性輪的平均值低。

7.3.2輪胎切向變形引起的滑轉率分量

在輪胎和土壤的接觸過程中,每一界麵區域形成了不同的剪切應力和切向變形,這個胎體的切向變形導致產生一個滑轉率的分量。為了確定這個分量,作出輪胎在受扭矩驅動時及不受扭矩驅動時的輪胎接地印痕圖,測其位移量,即可分別算出由胎體變形以及由胎紋變形所引起的滑轉率分量,此變形分量應計入Janosi—Hanamoto公式的滑轉率之中。

一、土壤切向變形時的滾動阻力

由於胎紋的銑切作用,增加了輪轍深度,其值可以下式表示,式中:——胎紋高度;胎紋空隙中土壤的初始及作用後的密度;胎紋空隙中土壤實際體積與理論體積之比,對農業拖拉機輪胎,尺8可近似地從硬地麵上胎紋麵積與印痕麵積的關係找出;凡——淨接地麵積;A——總接地麵積。胎紋空隙中間和緊靠輪轍下方的土壤密度,比原土壤密度的增加量決定於起始密度,濕度和接地壓力。土壤很硬時,胎紋的整個高度不再能壓入土壤中。

二、充氣輪胎在軟土上的等效半徑

由於剛性輪各項性能預測公式比輪胎的可靠,Soehne建議針對在軟土上的輪胎引用等效剛性半徑的概念。

7.3.3輪胎-土壤界麵上應力分布的模型

Karafiath所測得界麵上應力分布的一些結果。他根據對輪胎胎體變形和應力的大量測定數據以及輪胎性能的試驗,提出了一個他認為可以作為進一步改進的基礎,砂壤土上輪胎和剛性輪的土壤應力此導出驅動輪胎、被牽引輪胎和被製動輪胎的輪胎-土壤初步模型。

(1)輪胎變形前後寬度不變。

(2)沿輪胎寬度方向應力是均勻的。

(3)平行於前進方向的各平麵上,輪胎形狀一樣。

在Karafiath的模型中,輪胎-土壤界麵有兩段對數螺旋線,中間聯以一段法向應力保持最大值的直線段。

影響輪胎-土壤相互作用的一個重要因素是由於驅動或製動扭矩所產生的界麵切向剪應力。切向剪應力影響輪胎底下土體失效區和滑移線的幾何形狀。前麵已指出,沿界麵切線方向的剪應力將導致失效的法向應力值減小,從而引起沿該方向的土壤失效。因此,驅動扭矩使得驅動輪胎-土壤界麵“後”失效區的界麵法向應力減少,而製動扭矩使得製動輪胎-土壤界麵“前”失效區的界麵法向應力減少。

Karafiath模型的描述需要確定式中係數m值。m值確定了對數螺線的曲率和前失效區界麵弧的長度,它是輪胎撓曲量的函數;亦為胎體剛度,充氣壓力和土壤強度的綜合反映。

7.3.4輪胎性能的計算

沉陷量、推力、滾動阻力和扭矩等輪胎性能的計算,通常從輸入下列數據開始。

輪胎特征值:不受載情況下的名義半徑和寬度、充氣壓力,在硬地麵上給定載荷下所測得的撓曲量。

土壤特性:內聚力係數,內摩擦角,容重。

載荷特性:垂直載荷,滑轉率。

一、驅動輪的性能計算

輪胎-土壤摩擦角4反映輪胎能引起的切向剪應力大小,從而嚴重地影響界麵法向應力的大小;通常,假設(角沿界麵與滑移量)成如下關係:

輪胎-土壤界麵上所產生的最大比壓與胎體剛度和土壤硬度相關。對直徑在17.8-50.8cm、寬為10.2-22.8cm的輪胎的測定,得出最大比壓與充氣壓力的關係式為:總之,Kamfiath的計算步驟是設定破壞區的各特征值,包括輪胎進到人土角之前已開始變形的角度Y(取為5度)及出土後變形複原的角度(取為5度),進入角,出土角前破壞區後端點圓心角後破壞區前端點4及對數螺線參數等,均能以相應的經驗值作為初值代入模型,然後用滑移線方程和與外力的受力平衡方程反複迭代與調整,通過計算機計算,達到平衡,得出輪胎-土壤界麵上的法向和切向應力的分布規律,即可算出輪胎各項性能。亦有研究者將輪胎作為均勻彈性圓筒,用平麵問題的極限平衡理論,使界麵的應力分布和失效區的大小與外載平衡。

二、輪胎的滾動阻力

當土壤較軟,輪緣最低點處土壤所能產生的最大支承壓力小於充氣壓力Fi與胎體剛度之和,則輪胎消耗在土壤壓縮功上的壓縮滾動阻力尺的計算與剛性輪相同,即:

輪胎的總滾動阻力由壓縮滾動阻力尺,推土滾動阻力凡和輪胎彈性變形能所形成的滾動阻力私組成。對於車輛的滾動阻力,後輪的滾動阻力應根據經前輪壓過後的土壤的參數來計算。根據經驗,在鬆沙上,連續通過同一輪將引起值的一些增加,值的稍減。在具有原來結構的摩擦土壤上,通常下降,而保持不變稍減少。對於一些粘土,剪切強度將顯著下降,k和n依地麵原始結構和狀態以及載荷而定。

三、輪胎性能的經驗關係式

由於在不同工況下胎土界麵應力分布模型特征值的多變性,實際應用上往往利用經過大量試驗回歸而得的各種經驗關係式,包括以無量綱值——機動性數M為基礎的一些關係式。譬如根據Dwyer的試驗,對於農用輪胎,牽引係數。最大牽引係數,牽引係數與最大牽引係數間的關係。

試驗結果表明,屬於目前常規結構的各種常用輪胎,在各種土壤上,牽引力為鉛垂載荷的40%時,牽引效率最好,此時滑轉率一般在10%-15%。到目前為止,寬型低壓輪胎牽引效率尚不好。可能原因為:①輪胎過寬,在軟土上推土作用大而增加滾動阻力;②側壁在阻力作用下揉折,引起滑轉增加;③接地麵積寬而短、較之長而窄所能發揮的剪力小,滑轉率較大。現隻適用於自走機器。