BADANIA PARAMETRÓW WSPÓŁPRACY OPONY Z GLEBĄ Z UWZGLĘDNIENIEM ZMIAN CIŚNIENIA POWIETRZA W OPONIE

Transkrypt

1 Badania parametrów współpracy... Lech Jalińsi Instytut Inżynierii Mechanicznej Plitechnia Warszawsa w Płcu BADANIA PARAMETRÓW WSPÓŁPRACY OPONY Z GLEBĄ Z UWZGLĘDNIENIEM ZMIAN CIŚNIENIA POWIETRZA W OPONIE Streszczenie Przedstawin zaprjetwaną i wynaną nwą aparaturę pmiarw-rejestrującą, służącą d pmiaru ątów współpracy pny z glebą (, ) raz zmian ciśnienia pwietrza w pnie w tracie badań plwych. Badania przeprwadzn w 004 r. w Federalnym Instytucie Technii Rlniczej (FAL) w Braunschweigu (Niemcy). Słwa luczwe: interacja pna-gleba, pmiar, ciśnienie w pnie, pis matematyczny, badania plwe Oznaczenia 1, 4 współczynnii charateryzujące parametry gleby raz parametry nstrucyjne i esplatacyjne badanej pn P u siła uciągu G bciążenie pny,, γ ąty współpracy pny z glebą B szerść pny D średnica pny z e zagłębienie pny w glebie (głębść leiny) ugięcie pny na glebie K 1 współczynni pisujący wymiary pny K współczynni pisujący dształcenie gleby i pny hi głębść rzpatrywanej warstwy gleby Mdele matematyczne rzładu nacisów pny na glebę Parametry charateryzujące współpracę pny z glebą przedstawin na rysunu 1. Mdel matematyczny (1) i (), pisujący wielść nacisów jednstwych na styu pny z glebą [Jalińsi 1999], wyrzystuje uzysane w tracie badań plwych wartści ątów współpracy pny z glebą raz 33

2 Lech Jalińsi wielści charateryzujące ddziaływanie pny na pdłże [Jalińsi 003], taie ja: zagłębienie z i ugięcie pny na glebie e. płaszczyzna X-Z płaszczyzna Y-Z Rys.1. Parametry charateryzujące współpracę pny z glebą Fig. 1. Parameters characterizing the tyre-sil interactin ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) ( ( ) = φ π γ γ σ cs tg tg tg d cs G P cs G P 4 1 u 1 u 1) ( ) ( ) [ ] ( ) = φ π γ γ τ tg d cs G P cs G P 0 u u tg tg 4 () e z D 4 B = 0 B a γ 1 e e D = e D e z D 4 π = zprzestr rda glebweg pisuje R zenianie się nacisów w głąb ś równanie (3) [Stasia 003]. ( ) ) h K i exp( K ) tg( ) tg( ) tg( G ) h ( 1 4 i = γ σ (3) 34

3 Badania parametrów współpracy... D D π K1 = 1 4 = z z e K = B,, e 4 Opis aparatury badawczej Schemat blwy uładu pmiarweg służąceg d pmiaru i rejestracji ątów współpracy pny z glebą (, ) w całym zaresie jej ntatu z pdłżem raz pmiaru zmian ciśnienia pwietrza w pnie, w tracie badań plwych przedstawin na rysunu. Pszczególne elementy systemu pmiarw-rejestrująceg umieszczn na metalwej płycie (rys. 3). Uład pmiarwy zasilany jest z baterii 7,5 V za pmcą przetwrnicy DC/DC 7,5/1 V. Sygnały wyjściwe są przeazywane d rejestratra, tóry p zańcznych pmiarach jest wyjmwany z uładu i pdłączany d mputera, gdzie są zbierane dane i twrzne wyresy. DC/DC 7,5V/1V Uład d frmwania sygnału Czujni ntatrnwy d wyznaczania bwdu ła Uład d frmwania sygnału Wzmzacniacz czujnia ciśnienia Czujni ntatrnwy d wyznaczania si pinwej Czujni ciśnienia Rejestratr 7,5 V Wzmacniacz Czujni ntatu Kmputer PC Rys.. Schemat blwy uładu pmiarweg umieszczneg na płycie wirującej Fig.. Blc diagram f measuring system installed n rtary plate RS3 35

4 Lech Jalińsi Rys. 3. Wid aparatury pmiarw nadawczej zamcwany na płycie Fig. 3. View f measuring-sending apparatus munted n the plate Płyta uładu pmiarweg przymcwana jest na le napędwym urządzenia badawczeg, umżliwiająceg badania w warunach plwych. Wid jednsti napędwej wraz z urządzeniem pmiarwym przedstawia rysune 4 (FAL, Niemcy). Rys. 4. Wid jednsti napędwej wraz z urządzeniem pmiarwym [Jalińsi 004] Fig. 4. View f a driving unit with measuring apparatus Pmiar ciśnienia pwietrza w pnie w tracie przejazdu D pmiaru ciśnienia pwietrza w pnie [Jalińsi 004] użyt przetwrnia ciśnienia firmy Simex typu PC-50 (rys. 5), tóreg masymalne ciśnienie wynsi,5 bara. Elementem pmiarwym jest piezrezystancyjny czujni rzemwy. Czujni daje napięcie wyjściwe prprcjnalne d ciśnienia at- temperatury. msferyczneg i jest uładem różnicwym z mpensacją Sy- 36

5 Badania parametrów współpracy... gnał z przetwrnia ciśnienia pdawany jest na wzmacniacz pmiarwy i na mduł nadawczy transmisji radiwej. Rys. 5. Wid przetwrnia ciśnienia Fig. 5. View f the pressure transducer Wynii badań plwych i bliczeń sładwych nacisu Badania przeprwadzne zstały na jesieni 004 r. w Federalnym Instytucie Technii Rlniczej ( FAL) w Braunschweigu w Niemczech w ramach międzynardwej wspó łpracy Instytutu Inżynierii Mechanicznej Plitechnii War-szawsiej w Płcu z wymieninym śrdiem nauw-badawczym (FAL ). W tabel i 1 przedstawin wynii pmiarów ątów współpra cy pny z glebą (,, γ). Obliczenia wg tych mdeli dnszą się d stanu naprężenia na głębści dna leiny przy różnych bciążeniach i ciśnieniach napmpwania pny pwietrzem. Tabela 1. Wynii pmiaru ątów raz bliczeń sładwych stanu naprężenia Table 1. Measuring results f the angles and calculatins f the stress state cmpnents Czas pmiaru (przejazdu) ms Czas ntatu czujnia Czas pełneg Czas pół brtu z glebą (ms) brtu ła c. alfa beta c. alfa c. beta Gamma blicz. Nr Start Stp Start Stp ms ms (deg) (deg) (deg) (deg) ,99 39,04 19,95 5, ,81 36,53,8 6, ,71 34,76 3,95 5,95 Średnie wartści ątów 36,78,06 5,97 37

6 Lech Jalińsi W tabeli przedstawin wynii bliczeń sładwych σ, τ i σ(h i ) na styu pny z pdłżem zgdnie z przedstawinymi na wstępie mdelami matematycznymi (1), (), (3). Zagłębienie pny w glebie z (głębść leiny) reśln ja wartść średnią z dziesięciu pmiarów równą z = 11,5 cm. Tabela. Wynii bliczeń sładwych nacisów Table. Calculatin results f pressure cmpnents Mdel (1, ) Mdel (3) P u σ τ σ(h i ) bar N bar bar z = 11,5 cm z = 0 cm z = 30 cm 803 1,311 0, ,338 0, ,370 0,678 1,356 1,135 0,90 W tabeli 1 przedstawin pmiary ątów zarejestrwane w tracie przejazdu dla bciążenia G = 40, N, ciśnienia pwietrza w pnie rysunach = 1,0 bara i pślizgu s = 10%. Pdane w tabeli wartści siły uciągu P u są wielściami pmiarwymi uzysanymi tracie badań plwych przy pślizgu s = 10%. Otrzymane wartści siły uciągu zmieszczn p dpwiednich przeliczeniach. Rysune 6 przedstawia przebieg charaterystyi tracyjnej [Smmer i in. 003] badaneg mechanizmu jezdneg w warunach plwych z uwzględnieniem przebiegu siły uciągu P u niezbędnej d bliczenia sładwych stanu naprężenia: σ() i τ(). Wynii bliczeń rzprzestrzeniania się nacisów w głąb śrda glebweg przedstawin dla dwóch wartści bciążenia zewnętrzneg pny: G = 40, N i G = 58,66 N, przy różnych ciśnieniach jej napmpwania (1,0 bar i, bara). 38

7 Badania parametrów współpracy... 3,5 40, N 58,66 N 3. nrmalna napręże nia [b ar],5 1, 5 Sł 1 0, Głębść [cm] Rys. 6. Przebieg zmian rzprzestrzeniania się sładwej nrmalnej stanu na prężenia w głąb gleby Fig. 6. Tractin characteristics f the tested tyre W tabeli 3 przedstawin pmiary ątów zarejestrwane w tracie przejazdu dla bciążenia G = 58,66 N, ciśnienia pwietrza w pnie p =, bara i pślizgu s = 10%. Wynii bliczeń wg mdeli (1), () i (3) przedstawin w tabeli 4. Zagłębienie pny w glebie z (głębść leiny) reśln ja wartść średnią z dziesięciu pmiarów, ja równą z = 13,5 cm. Tabela 3. Wynii pmiaru ątów raz bliczeń sładwych stanu naprężenia Table 3. Measuring results f the angles and calculatins f stress state cmpnents Czas pmiaru (przejazdu) ms Czas n- Czas Czas tatu czujmbrtu peł- pół c. alfa c. c. Gamma nia z glebą neg brtu beta alfa beta Oblicz. ła Nr Start Stp Start Stp deg deg deg deg ,60 38,70 18,90 5, ,60 39,80 0,80 6, ,70 37,43,7 5,68 Średnie wartści ątów 38,78 0,66 5,6 39

8 Lech Jalińsi Tabela 4. Wynii bliczeń sładwych nacisów Table 4. Results f pressure cmpnents calculatins Mdel (1, ) Mdel (3) P u σ τ σ(h i ) bar N bar) bar z = 13,5 cm z = 0 cm z = 30 cm 3161,11 1, ,38 1, ,496 0,974,439,14 1,909 Przedstawine w tabelach 1,, 3, 4 wynii pmiarów i bliczeń przy różnych parametrach badań, bciążenia i ciśnienia pwietrza w pnie miały na celu zbrazwanie przebiegu zarejestrwanych wielści w całym zaresie p- różnych wartści bciążenia i ciśnienia p- miarwym przy uwzględnieniu wietrza w pnie, jaie mżna uzysać przy wyrzystaniu urządzenia badawczeg (rys. 4) raz minimalneg ciśnienia pwietrza napmpwania pny, ze względu na jej dpuszczalne masymalne ugięcie. Wynii te stanwią wytyczne d szczegółweg reślenia parametrów badań, tóre prwadzne będą w 006 r. w (FAL) w Braunschweigu (Niemcy) w ramach międzynardweg prgramu badawczeg. Pmiar zmian ciśnienia pwietrza w pnie w tracie przejazdu Rysune 7 przedstawia wyres zarejestrwanych znaczniów ątów współpracy pny z glebą raz przebieg zmian ciśnienia pwietrza w pnie w tracie przejazdu w funcji czasu. Znacznii te są t zarejestrwane zmiany mierznych wielści (ąta współpracy pny z glebą, i zmian ciśnienia pwietrza w pnie) w reślnym puncie ntatu pny z glebą w funcji czasu. Naliczane są ne d mmentu wejścia pny w glebę (tj. d miejsca zainstalwania na pnie czujnia ntatu) d mmentu wyjścia pny z gleby. 40

9 Badania parametrów współpracy... Test plwy 8 (pślizg 10%, G=58,66KN, P=,bar) Znacznii ąta i ćiśniena w pnie C D E A B Czas x 10ms Rys. 7. Pmiar zmian ciśnienia pwietrza w pnie w tracie przejazdu. Odcine A-B dnsi się d ciśnienia pwietrza w pnie w stanie swbdnym (niebciążnym), B-C - pna jest puszczana na ziemię, C-D - pna sti na glebie, bciążna ciężarem zewnętrznym, D-E - przebieg zarejestrwanych zmian ciśnienia pwietrza w pnie w tracie przejazdu Fig. 7. The changes in distributin f nrmal stress cmpnent deep in the sil 33

10

11 Badania parametrów współpracy... Wyres A-E uzysany zstał w wyniu zastswania filtrująceg prgramu mputerweg i przedstawia zmianę ciśnienia pwietrza w pnie, funcji czasu w różnych jej stanach bciążenia. Filtracji pdane zstały załócenia wyniające z drgań całej maszyny badawczej wywłanych pracą hydrauliczneg silnia napędweg urządzenia pmiarweg (rys. 4). Na dcinu C-D widczne są zmiany ciśnienia w pnie wyniające ze zmian strutury i właściwści gleby w tracie przejazdu na dcinu pmiarwym. Zmiany te są dzwierciedleniem niejednrdnści gleby raz zmiennych jej parametrów. Pdsumwanie Z pmiarów i bliczeń wynia, że wraz ze wzrstem bciążenia wzrastają wartści sładwych stanu naprężenia σ i τ na styu pny z glebą (tab., 4). Zabserwwan pnadt wpływ siły uciągu P u na wielść tych sładwych, blicznych zgdnie z mdelem (1) i (). Odnśnie pmiaru ciśnienia pwietrza w pnie w tracie przejazdu, bserwujemy jeg wzrst (rys. 7) w pszczególnych cylach, d mmentu iedy pna jest niebciążna, aż d mmentu przejazdu p glebie w stanie bciążnym. W związu z tym, mżliwe jest reślenie w czasie rzeczywistym bezpśredniej relacji pmiędzy zmianami ciśnienia pwietrza w pnie w tracie przejazdu a nacisami wywieranymi na pdłże przez pnę. Prblemem nauwym d rzwiązania jest pisanie równaniem matematycznym zmian nacisów jednstwych, wywieranych przez pnę na glebę w funcji zmian ciśnienia pwietrza, w tracie jej współpracy z pdłżem raz znalezienie relacji pmiędzy współczynniami równania a zmiennymi parametrami pdłża przy uwzględnieniu parametrów nstrucyjnych i esplatacyjnych badaneg mechanizmu jezdneg. Będzie t stanwić lejny etap badań i analiz teretycznych nad zagadnieniem reślenia współzależnści pmiędzy zmianami ciśnienia pwietrza w pnie, a zmianą nacisów jednstwych wywieranych na glebę przez pnę w tracie badań plwych. Bibligrafia Jalińsi L Mdele ddziaływania ła pneumatyczneg na glebę. Oficyna Wydawnicza Plitechnii Warszawsiej, Prace Nauwe, Mechania z.175, Warszawa Jalińsi L Mnitrwanie rzładu nacisów jednstwych w badaniach plwych. Technia Rlnicza, Ogrdnicza, Leśna, 1 33

12 Lech Jalińsi Jalińsi L Ciśnienie pwietrza w pnie ja czynni determinujący zmianę nacisów jednstwych. Technia Rlnicza, Ogrdnicza, Leśna, 1 Smmer C., Lebert M., Jalińsi L., Jasińsi B Bdenschadverdichtung strategien und physialischen Bdenschutz. Landtechni, Stasia W Mdele prpagacji nacisów w glebie generwanych przez pnę. Praca dtrsa, Płc 34

13