Аналіз максимального тиску на ґрунт тракторних сільськогосподарських шин при їх заповненні рідиною

Abstract

В статті наведений аналіз максимального тиску на ґрунт тракторних сільськогосподарських шин при їх баластуванні рідиною, оскільки такий спосіб підвищення зчіпної ваги трактора суттєво відрізняється від традиційного встановлення баластної. Розглянуто два варіанти: баластування одинарних шин при заповнені їх на 75% об’єму та баластування здвоєних шин при заповненні їх на 40%. Встановлений рівень підвищення максимального тиску на ґрунт та особливості формування характеристик жорсткості порожньої і заповненою рідким баластом шини. Для визначення максимального тиску тракторної шини на ґрунт розглянуті питання складових роботи по деформуванню шини. Встановлена необхідна робота по статичному деформуванню каркаса, стисненню повітря і деформуванню протектору шини за якими отримані аналітичні залежності для визначення складових жорсткості шини. Модель шини представлена у вигляді паралельно-послідовного з’єднання пружних елементів з жорсткістю, що відповідає пружності каркасу, протектору і стисненого повітря. Розглянута зміна складових жорсткості шини залежно від внутрішнього тиску і радіальної навантаги. Виявлено, що для шин, заповнених рідиною, змінюється складова жорсткості, що відповідає стисненню повітря, оскільки суттєво змінюється частка об’єму, викликана радіальним прогином шини по відношенню до об’єму, заповненому повітрям. Це спричиняє підвищення жорсткості для шин, заповнених на 75% від внутрішнього об’єму. Для шин, заповнених на 40% зміна жорсткості несуттєва. Встановлено, що максимальний тиск на ґрунт заповненої на 75% шини зростає на 40-45кПа в зоні експлуатаційних навантаг, а при можливому зниженні тиску на 0,1 бар – на 30-35 кПа. При заповненні на 40% від об’єму, що рекомендують для здвоєних шин, максимальний тиск на ґрунт в зоні експлуатаційних навантаг підвищується на 20-25 кПа. Визначено, що на відмінну від порожніх у заповнених баластною рідиною шин максимальний тиск на ґрунт остається практично постійним при навантагах 75-100% від допустимих при заповненні на 75% і 50-100% – при заповненні на 40%. При менших навантагах максимальний тиск на ґрунт у баластованих рідиною шин на відміну від порожніх не знижується, а, навпаки, стрімко зростає.

В статье приведен анализ максимального давления на почву тракторных сельскохозяйственных шин при их балластировке жидкостью, поскольку такой способ повышения сцепного веса трактора существенно отличается от традиционной установки балластных грузов. Рассмотрены два варианта: балластировка одинарных шин при заполнении их на 75% объема и балластировка сдвоенных шин при заполнении их на 40%. Установленный уровень повышения максимального давления на почву и особенности формирования характеристик жесткости пустой и заполненной жидким балластом шины. Для определения максимального давления тракторной шины на грунт рассмотрены вопросы составляющих работы по деформированию шины. Установлена необходимая работа по статическому деформированию каркаса, сжатию воздуха и деформированию протектора шины по которой получены аналитические зависимости для определения составляющих жесткости шины. Модель шины представлена в виде параллельнопоследовательного соединения упругих элементов с жесткостью, что соответствует упругости каркаса, протектора и сжатого воздуха. Рассмотрено изменение составляющих жесткости шины в зависимости от внутреннего давления и радиальной нагрузки. Выявлено, что для шин, заполненных жидкостью, меняется составляющая жесткости, соответствующая сжатию воздуха, поскольку существенно меняется доля объема, вызванная радиальным прогибом шины по отношению к объему, заполненному воздухом. Это приводит к повышению жесткости для шин, заполненных на 75% от внутреннего объема. Для шин, заполненных на 40% изменение жесткости несущественно. Установлено, что максимальное давление на почву заполненной на 75% шины возрастает на 40-45 кПа в зоне эксплуатационных нагрузок, а при возможном снижении давления на 0,1 бар - на 30-35 кПа. При заполнении на 40% от объема, рекомендуемом для сдвоенных шин, максимальное давление на почву повышается на 20-25 кПа в зоне эксплуатационных нагрузок. Определено, что в отличие от порожних в заполненных балластной жидкостью шинах максимальное давление на почву остается практически постоянным при нагрузках 75-100% от допустимых при заполнении на 75% и 50-100% - при заполнении на 40%. При меньших нагрузках максимальное давление на почву в балластированных жидкостью шинах в отличие от порожних не снижается, а, наоборот, стремительно растет.

The article offers an analysis of the maximum soil pressure of tractor tires when they are ballasted with liquid, since this method of increasing the tractor's coupling weight is significantly different from the traditional installation of ballast cast iron weights in terms of tire-soil interaction. Two options are considered: single tire ballasting at 75% fill volume and dual tire ballasting at 40% fill volume. Increasing of the maximum pressure on the soil and the peculiarities of forming the rigidity characteristics of the empty and filled with liquid ballast tires are established. It is shown that the maximum soil pressure increases by 40-45 kPa when filling the tire by 75% volume and by 20-25 kPa when filling the tire by 40% volume. In order to determine the maximum tractor tire pressure on the soil, the components of the tire deformation work are considered. The necessary work on static deformation of the tire cell, compression of the air and deformation of the tire tread were determined according to which analytical dependences to determine the components of the stiffness of the tire were obtained. The tire model is presented in the form of a serial-parallel connection of elastic elements with rigidity, which corresponds to the elasticity of the tire cell, tread and compressed air. The change of the components of the rigidity of the tire depending on the internal pressure and radial load is considered. For tires filled with liquid, the component of rigidity corresponding to compression of the air changes, since the volume fraction caused by the radial deflection of the tire respect to the volume filled with air changes significantly. This causes the tires to be filled with 75% of the internal volume. For tires filled by 40% the change in stiffness is insignificant. It is established that the maximum soil pressure of a 75% filled tire increases by 40-45kPa in the area of operational loads, and with a possible reduction of pressure by 0.1 bar - by 30-35 kPa. When filled with 40% of the volume, which recommended for dual tires, the maximum soil pressure in the load area increases by 20-25 kPa. It is determined that, unlike the tires filled with the ballast liquid, the maximum soil pressure remains almost constant at loads of 75-100% of the allowable at filling by 75% and 50-100% at filling at 40%. At lower loads, the maximum pressure on the soil in the liquid-ballasted tire, unlik empty tires, does not decrease, but, on the contrary, increases rapidly.