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
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
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
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
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) 1 77 49 45 313 415 96 58,99 39,04 19,95 5,84 49 896 654 70 404 695 58,81 36,53,8 6,1 3 896 130 1058 1134 466 1103 58,71 34,76 3,95 5,95 Średnie wartści ątów 36,78,06 5,97 37
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 0,70 1699 1,338 0,698 0595 1,370 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
Badania parametrów współpracy... 3,5 40, N 58,66 N 3. nrmalna napręże nia [b ar],5 1, 5 Sł 1 0,5 0 0 5 10 15 0 5 30 35 40 45 50 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 1 31 431 191 55 400 39 57,60 38,70 18,90 5,14 431 89 586 653 398 630 60,60 39,80 0,80 6,03 3 89 133 990 1057 404 103 59,70 37,43,7 5,68 Średnie wartści ątów 38,78 0,66 5,6 39
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 1,094 6480,38 1,010 3906,496 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
Badania parametrów współpracy... Test plwy 8 (pślizg 10%, G=58,66KN, P=,bar) 50 45 40 Znacznii ąta i ćiśniena w pnie 35 30 5 0 15 C D E 10 05 A B 00 1 501 1001 1501 001 501 3001 3501 4001 4501 5001 5501 6001 6501 7001 7501 8001 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
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. 1999. Mdele ddziaływania ła pneumatyczneg na glebę. Oficyna Wydawnicza Plitechnii Warszawsiej, Prace Nauwe, Mechania z.175, Warszawa Jalińsi L. 003. Mnitrwanie rzładu nacisów jednstwych w badaniach plwych. Technia Rlnicza, Ogrdnicza, Leśna, 1 33
Lech Jalińsi Jalińsi L. 004. Ciśnienie pwietrza w pnie ja czynni determinujący zmianę nacisów jednstwych. Technia Rlnicza, Ogrdnicza, Leśna, 1 Smmer C., Lebert M., Jalińsi L., Jasińsi B. 003. Bdenschadverdichtung strategien und physialischen Bdenschutz. Landtechni, Stasia W. 003. Mdele prpagacji nacisów w glebie generwanych przez pnę. Praca dtrsa, Płc 34