ДП - Привод мобильного робота (Заболотский) (rpz_проект_КОЛЕСНЫЙ_РОБОТ)

Посмотреть архив целиком

102



СОДЕРЖАНИЕ


СОДЕРЖАНИЕ 2

Аннотация 5

Перечень вопросов, подлежащих разработке (рассмотрению) в дипломном проекте 6

исследовательская часть 7

Физико – механические свойства опорной поверхности 7

Геометрические характеристики опорной поверхности 9

Прямолинейное движение колеса по твердой опорной поверхности 11

Сцепление колеса с опорной поверхностью 17

Сопротивление качению колеса по твердой опорной поверхности 22

Особенности качения колеса по деформируемой опорной поверхности (ворсистые настилы, ковровые покрытия и т. п.) 25

конструкторская часть 27

Обзорный анализ возможных вариантов исполнения колесной формулы МРР 27

Критерии оценки применения той или иной колесной формулы 28

Режим работы и предельный момент нагрузки электродвигателя 28

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ 31

Исходные данные 31

Определение потребной силы тяги 31

Определение необходимого тягового момента 31

Определение необходимого тягового момента на одном колесе 31

Подбор электродвигателей 32

Электродвигатель 35NT2R32 32

Электродвигатель ДПР - 72 33

Проверка электродвигателя ДПР - 72 по тепловой перегрузке 34

расчет редуктора ходовой части МРР 35

Исходные данные 35

Параметры зубчатых колес редуктора шасси МРР 35

Определение передаточных чисел редуктора шасси МРР 35

Определение моментов,частот вращения и окружных скоростей зубчатых колес редуктора шасси МРР 36

Расчет зубчатых передач редуктора шасси МРР 38

Выбор твердости, термической обработки и материалов колес редуктора шасси МРР 38

Проверка зубьев колес по контактным напряжениям 42

Силы в зацеплениях 46

Расчетные напряжения изгибов 53

Система управления 57

Работа системы управления МРР 58

Технологическая часть. 59

Разработка технологического процесса сборки узла конечного звена манипулятора (схвата). 59

Назначение узла. Краткое описание конструкции. 59

Анализ технических требований. 59

Анализ технологичности конструкции. 60

Расчет усилий запрессовки подшипников. 61

Нормирование времени сборочных операций. 62

Обоснование последовательности и методов сборки. 65

Примеры типовых операций. 66

Методы подготовки деталей к сборке. 66

организационно-экономическая часть 77

Бизнес-план инновационного проекта "Малогабаритный робот – разведчик" 77

Возможность предприятия (резюме) 77

Описание и характеристики МР – разведчика 80

Оценка рынков сбыта изделия 82

План маркетинга 82

Выбор ценовой политики 82

Определение себестоимости изделия 83

Экономические показатели в производстве 84

Расчет себестоимости изделия 85

Расчет стоимости ОКР 85

Расчет нормативной трудоемкости разработки чертежей 86

Расчет затрат на оплату труда исполнителей 88

Расчет амортизационных отчислений 90

Смета затрат на ОКР 90

Себестоимость МРР 91

Определение ожидаемой цены и прибыли 92

Финансовый план 93

промышленная экология и безопасность 94

Общие эргономические требования к средствам управления малогабаритного робота – разведчика 94

Требования к средствам отображения информации 94

Требования к органам управления 95

Требования к средствам связи и дополнительному оборудованию рабочего места 97

Требования к форме и габаритным размерам рабочего места 98

Требования к креслу оператора 99

Требования к размещению средств отображения информации и органов управления 99

Типовой пульт дистанционного управления 101

Список использованной литературы 102

Основная: 102

Дополнительная: 103

Аннотация


Дипломная работа на тему "Малогабаритный робот-разведчик", массой 25 кг выполнена в объёме:

  1. Расчётно-пояснительная записка на 101 листах формата А4.

  2. Графическая часть на 16 листах формата А1.

В исследовательской части работы проведён анализ физико-механических свойств опорной поверхности, обзорный анализ возможных вариантов исполнения колесной формулы МРР, определены критерии оценки применения той или иной колесной формулы.

В конструкторской части проведен выбор типов приводов, обеспечивающих техническое задание и тяговый расчет МРР.

В технологической части работы разработан технологический процесс сборки узла конечного звена манипулятора.

В организационно-экономической части работы разработан бизнес-план инновационного проекта.

В разделе " Промышленная экология и безопасность " рассмотрены общие эргономические требования к средствам управления малогабаритного робота – разведчика.

Перечень вопросов, подлежащих разработке (рассмотрению) в дипломном проекте


1. Исследовательских:


      • Физико – механические свойства опорной поверхности

      • Обзорный анализ возможных вариантов исполнения колесной формулы МРР

      • Критерии оценки применения той или иной колесной формулы


2. Конструкторских:


      • выбор типа привода обеспечивающего техническое задание

      • тяговый расчет МРР


3. Технологических:


      • разработка технологического процесса сборки узла конечного звена манипулятора.


4. Организационно-экономических:


      • разработка бизнес-плана инновационного проекта.


5. Промышленная экология и безопасность:


      • общие эргономические требования к средствам управления малогабаритного робота – разведчика.

Физико – механические свойства опорной поверхности


Движение колесной машины осуществляется за счет энергии ее двигателя, реализуемой при различных ее перемещениях, как всей машины, так и отдельных ее частей. Поскольку одним из главных назначений МРР является совершение транспортной работы между заданными пунктами, то основным и единственно полезным перемещением является поступательное движение всего МРР – по опорной поверхности.

Работу, связанную с полезным перемещением по опорной поверхности, МРР осуществляет в результате взаимодействия своего колесного движителя с этой поверхностью. Колесный движитель состоит из комплекта колес, имеющих определенные кинематические и силовые связи друг с другом.

Все многообразие опорных поверхностей можно классифицировать по ряду признаков.

Прежде всего, разделим их на твердые и деформируемые. В соответствии со спецификой, МРР в основном будет применяться для проведения работ на искусственно созданных опорных поверхностях. Абсолютно твердых опорных поверхностей нет, но практически твердыми можно считать всевозможные напольные покрытия (обработанное дерево, обработанный полиматериал, обработанное стекло, обработанный камень и тому подобный отделочный и строительный материал), дороги (бетонированные, асфальтированные, с булыжным, гравийным и другими искусственными покрытиями), а так же хорошо укатанные грунтовые дороги и обледенелые покрытия.

К деформируемым поверхностям относятся различные тканевые покрытия (ковры, настилы и т. п.), грунтовые дороги в период сезонной распутицы, снег. Грунты и снег являются дисперсными телами, в которых твердые частицы не образуют сплошной массы, а занимают часть объема, причем прочность связи между частицами меньше прочности самих частиц.

На взаимодействие колеса с опорной поверхностью непосредственно влияют механические свойства этой опорной поверхности, а они, в свою очередь, зависят от гранулометрического состава, влажности и некоторых других характеристик.

Гранулометрическим составом определяется содержание следующих частиц: глинистых, размером до 0,005 мм (они характеризуются липкостью и водонепроницаемостью); пылевидных (0,005 – 0,05 мм); песчаных (0,05 – 2,5 мм).

Гранулометрический состав – основная характеристика опорной поверхности, так как является наиболее стабильной.

Влажность опорной поверхности W определяется отношением массы влаги Wв, содержащейся во взятом объеме, к массе сухого вещества Wc и выражается либо в относительных числах, либо в процентах.

По этой характеристике опорные поверхности принято подразделять на три категории: с влажностью до 50% – твердопластичные или сухие; от 50 до 100% – пластичные; более 100% (т. е. Содержащие во взятом объеме более влаги, чем сухого вещества) – текучие.

Из механических характеристик опорных поверхностей важнейшими являются те, которые определяют формирование сил взаимодействия с колесом. Это сопротивление опорной поверхности нормальным нагрузкам, т. е. сопротивление сжатию или уплотнению, и сопротивление тангенциальным нагрузкам, т. е. сопротивление сдвигу.

В отличие от деформируемых, физико-механические свойства опорных поверхностей, принимаемых за твердые, весьма стабильны. Различие имеет место практически лишь в их фрикционных свойствах, причем для сухих поверхностей оно мало.

Как правило, коэффициенты трения скольжения колес по мокрым твердым поверхностям уменьшаются, а трения качения – увеличиваются. Так, например, коэффициенты для некоторых мокрых отделочных полиматериалов и асфальтобетонных покрытий в 1,5 – 2 раза меньше, чем для сухих. Следует учитывать, что в реальных условиях на твердых опорных поверхностях иногда нанесен тонкий слой грязи (глинистого, супесчаного или другого грунта), существенно изменяющий фрикционные свойства поверхности.

При движении колесная машина взаимодействует с опорной поверхностью, показатели механических свойств которой характеризуются случайными величинами. Однако, хотя изменение этих свойств носит случайный характер, как правило, дисперсия их показателей весьма мала на протяжении десятков и сотен метров, а на твердых покрытиях – многих километров. Длины участков со стабильными механическими свойствами обычно значительно превышают размеры не только колеса, но и всей машины. Это позволяет рассматривать взаимодействие машины с опорной поверхностью на значительных участках при различных, но стабильных механических свойствах. Лишь при решении некоторых задач, связанных с вероятностной оценкой тягово-скоростных, энерго-экономических характеристик и характеристик проходимости на участках значительной протяженности, необходимо использовать статистические показатели этих свойств.



Геометрические характеристики опорной поверхности


Опорные поверхности, по которым будет двигаться МРР, делятся на плоские и неровные. Первые могут быть горизонтальными или наклонными. Абсолютно плоских поверх­ностей нет, поэтому для исследования ряда вопросов за плоскую поверхность будем принимать такую, дви­жение по которой практически не отражается на характере вза­имодействия машины с этой поверхностью.

Неровные поверхности различают по форме, размерам и харак­теру чередования неровностей в профиле — сечении в направлении движения МРР. Форма неровности может быть любая: синусоидальная, параболическая, прямоугольная и т. д. Размеры неровностей определяются их длиной и высотой.

Неровность может располагаться также поперек или под острым углом к направлению движения. Если размер такой неровности превышает размер МРР, то ее также называют уклоном. В помещениях и других подобных местах продольные уклоны составляют малую долю от всех возможных опорных поверхностей. На усовершенствованных дорогах величина продоль­ных уклонов ограничена в соответствии с категорией дороги.

Неровности от 0,5 см до 1 м составляют микропрофиль по­верхности, меньшие неровности называются шероховатостями, которые, как правило, не превышают длины отпечатка шины.

По характеру чередования неровности могут быть: единичными, периодическими, случайными. К единичным относятся такие неровности, как ямы, канавы, специальные инженерные соору­жения и т. д.

В реальных условиях колесные машины встречаются со слу­чайным изменением геометрических характеристик опорной по­верхности. Вместе с тем учитывать характеристику макропро­филя в качестве случайной величины необходимо лишь при рас­смотрении длительных перемещений машины, связанных главным образом с решением эксплуатационных задач. Макропрофиль, который характеризует неровности, соизмеримые с размерами машины, не следует учитывать.

Прямолинейное движение колеса по твердой опорной поверхности

Прежде чем рассматривать движение всего МРР, а также внешние и внутренние силы, действующие на него, рассмотрим основные зависимости, связанные с работой од­ного из важнейших устройств — колеса. Колесо — дви­житель МРР, посредством колеса осуществляется взаимодействие МРР с внешней средой — опорной поверхностью. Через колесо передаются силы, которые удерживают МРР на опорной поверхности, передвигают и останавливают его, заставляют - изменить направ­ление движения.

Несмотря на кажущуюся простоту, колесо является сложным устройством, работа которого в зависимости от поставленной цели и степени точности может изображаться и описываться с помощью различных моделей.

Заметим, что устройство на транспортных нерельсовых маши­нах, обычно называемое колесом, фактически состоит из двух основных частей: собственно колеса и упругой шины. Поскольку эти две части работают в МРР как одно устройство, целесооб­разно использовать термин «колесо», полагая, что шина является его частью. Лишь в отдельных случаях будет применен термин «шина».

Рассмотрим первоначально движение колеса в одной пло­скости — продольной, которая перпендикулярна опорной пло­скости, причем примем, что плоскость вращения колеса совпадает с продольной плоскостью.

Ни колесо, ни поверхность, по которой катится колесо, не являются абсолютно жесткими, а хотя бы незначительно деформи­руются. Вследствие деформации колеса под действием нормаль­ной реакции опорной поверхности Rz и деформации опорной по­верхности под действием нормальной нагрузки колеса Gк каса­ние колеса по опорной поверхности происходит не в точке или по линии, параллельной оси колеса, а по опорной площадке, форма которой приближается к эллипсу.

Виды движения колеса. В зависимости от соотношения жесткости колеса в направлении, перпендикулярном опорной поверхности, называемой в дальнейшем нормальной жесткостью, и жесткости опорной поверхности может быть различное соотношение деформаций колеса и опорной поверхности. В соответствии с этим можно условно рассматривать следующие три случая движения колеса.

1. Движение колеса, деформируемого под действием нормаль­ной реакции, по твердой опорной поверхности, когда ее деформа­ция мала в сравнении с радиальной деформацией колеса, и ею можно пренебречь. Примером этого служит движение колеса по полу помещения или асфальтированной (бетонированной) дороге.

2. Движение жесткого колеса по деформируемой поверхности, когда нормальная деформация колеса мала в сравнении с деформацией опорной поверхности. Это происходит при движении колеса с относительно жесткими шинами по различным ворсистым настилам, ковровым покрытиям, снежной целине, песча­ным и другим рыхлым грунтам.

3. Движение деформируемого колеса по деформируемой по­верхности, когда деформация колеса и опорной поверхности со­измеримы. Этот случай соответствует движению колеса с малым давлением воздуха в шинах по различным отделочным строительным отделочным материалам, песку, снегу, и т. д.

Начнем с наиболее простого и вместе с тем имеющего наи­большее распространение у колесных транспортных машин пер­вого случая, имея в виду, что все справедливое для него справедливо с некоторыми дополнениями или изменениями и для самого общего, третьего случая. Поскольку на МРР устанавливаются эластичные шины из пластика, второй случай можно рассматривать лишь как вспомогательный, облегчающий подход к анализу движения колеса в третьем случае.

Кроме нормальной реакции Rz на колесо могут действовать различные силы и моменты. В результате их действия шина де­формируется в радиальном, тангенциальном и боковом направле­нии, возникают также узловые деформации. Происходит измене­ние равновесной формы профиля шины и искривление ее радиальных сечений. На все виды деформации шины расходуется значи­тельная энергия. Часть этой энергии, затрачиваемая на трение в материалах шины и на трение в контакте, переходит в тепло, и рассеивается. Большая же часть энергии, определяемая упру­гим сопротивлением шины, возвращается при обратном деформи­ровании.

Если неподвижное упругое колесо нагружается нормальной нагрузкой Gк (рис. 6, а), элементы профиля шины деформиру­ются симметрично относительно центральной поперечной плоско­сти колеса. При таком деформировании шины упругие силы Rуп, зависящие лишь от величины деформации и жесткости элементов шины, слева и справа от центральной поперечной плоскости I-I равны по величине. Силы неупругого сопротивления Rну, зави­сящие от демпфирующих свойств и скорости деформирования, также равны. Следовательно, равнодействующая элементарных составляющих этих сил, являющаяся нормальной реакцией Rz опорной поверхности, лежит в центральной поперечной плоскости, т. е. проходит через ось колеса.

При любых видах нагружения, в том числе и при наличии только нормальной нагрузки Gк, деформации элементов шины по длине окружности различны. Верхняя часть шины практически не деформируется. Деформации же нижней части увеличива­ются с приближением к опорной площадке, имеющей форму эллипса, в котором большая ось располагается в центральной продольной плоскости колеса, а малая — в центральной попереч­ной плоскости. В опорной площадке деформации также неравно­мерны.

Неравномерны по длине и ширине опорной площадки и дав­ления qг опорной поверхности на шину. В зависимости от конструкции шин, давления воздуха в них и нагрузки эпюры давлений могут иметь как трапециевидную,

Рис. 6. Силы, действующие на эластич­ное колесо


Рис. 7. Эпюры давлений ко­леса

так и параболическую, форму (рис. 7). В некоторых случаях, например в направлении поперечной оси b-b контактной площадки при относительно жесткой боковине эпюра удельных давлений имеет седловидный характер.

При качении колеса с угловой скоростью wк (рис. 6, б) ха­рактер его деформаций несколько изменяется. Как правило, дей­ствительное объемное колесо можно заменить плоской моделью и принять, что его контакт с опорной плоскостью осуществляется по отрезку, соответствующему длине опорной площадки. Упругие составляющие Rуп сил деформации шины в зоне сжатия (впереди оси) и в зоне восстановления (сзади оси) так же, как при неподви­жном колесе, одинаково направлены и равны. Однако силы Rну неупругого сопротивления, действующие в сторону, противопо­ложную деформации, оказываются направленными в передней части шины в ту же сторону, что и упругие силы Rуп, а в задней — в противоположную. Таким образом, силы упругого и неупругого сопротивлений при качении колеса в передней части шины скла­дываются, а в задней — вычитаются. Центр давления, или точка приложения нормальной реакции Rz .оказывается расположенной впереди оси колеса на величину а, называе­мую продольным сносом нормальной реакции.

Рис.8. Смещение нор­мальной реакции ко­леса

Если к оси колеса приложена продоль­ная сила Px (рис. 8), то вследствие радиа­льной эластичности шины ось колеса сме­щается в направлении этой силы на вели­чину с. В результате действительное смеще­ние нормальной реакции от проекции оси определяется разностью b=a-c при лю­бом направлении силы Рx. Вместе с продоль­ной реакцией Rx реакция Rz дает равнодей­ствующую R, направленную к оси колеса и уравновешивающую силы Gк и Рх. Эпюра удельных давлений по длине отпечатка ста­новится несимметричной.

Режимы силового нагружения. В зависимости от характера и направления сил и моментов, действующих на колесо, разли­чают следующие режимы силового нагружения колеса.

1. Ведомый режим качения колеса (рис. 9, а), при котором колесо приводится во вращение продольной силой Рx (называемой толкающей силой Рв), приложенной к оси колеса и совпадающей по направлению со скоростью его продольного перемещения. Крутящий момент колеса при этом режиме

равен нулю. Колесо, находящееся в таком режиме, будем называть ведомым.

2. Ведущий режим качения колеса (рис. 9, б), при котором колесо приводится во вращение крутящим моментом Мк, вектор которого совпадает с вектором угловой скорости wк, и нагружено продольной силой Рх (называемой силой тяги колеса Рк), про­тивоположной по направлению скорости продольного переме­щения колеса. Колесо, находящееся в таком режиме, будем назы­вать ведущим.

3. Свободный режим качения колеса (рис. 9, в), при котором колесо приводится во вращение крутящим моментом, а продоль­ная сила равна нулю. Колесо, находящееся в таком режиме, будем называть свободным.

4. Нейтральный режим качения ко­леса (рис. 9, г), при котором колесо приводится во вращение одновременно крутящим моментом и толкающей си­лой. Колесо, находящееся в таком ре­жиме, будем называть нейтральным.

Рис. 10. Режимы качения колеса

5. Тормозной режим качения колеса (рис. 9, д), при котором колесо приво­дится во вращение толкающей силой и нагружено крутящим моментом, вектор которого противоположен вектору угловой скорости. Колесо, находящееся в таком режиме, будем называть тормозным.

На рис. 10 показана зависимость между силами и моментами при различных режимах 1—5 качения колеса, упомянутых выше.

Из этих режимов наиболее распространенным являются веду­щий 2, ведомый 1 и тормозной 5. При установившемся движении свободный 3 и нейтральный 4 режимы могут быть только у колес многоприводных машин, причем в реальных условиях особенно мала вероятность свободного режима.

Сцепление колеса с опорной поверхностью


Контакт деформируемого колеса с опорной поверхно­стью осуществляется по определенной площадке, поэтому при действии направленной в любую сторону реакции этой поверх­ности происходит скольжение хотя бы части элементов шины. С увеличением продольной реакции (как тяговой, так и тормозной сил) изменяется окружная деформация шины колеса, радиус качения, а значит (при-той же угловой скорости) изменяется поступательная скорость колеса. Одновременно изменяется и относительная скорость, т. е. скорость скольжения элементов шины.

На плоской твердой опорной поверхности сцепление можно уподобить трению скольжения. Если до настоящего времени не установлены точные физические законы трения, хотя трение явля­ется одним из самых распространенных явлений природы и встре­чается почти во всех задачах механики, то тем более это можно отнести к сцеплению. Практически при определении силы сцепле­ния пользуются законами, которые представляют собой только некоторое приближение к действительности.

Для пластика, как материала шины МРР, известно, что в начальный момент скольжения сила трения пластика резко увели­чивается, а затем при повышении скорости скольжения — умень­шается. Не совсем строго, но качественно эту закономерность можно распространить и на шину, имея также в виду, что с уве­личением продольной реакции увеличивается относительное ко­личество скользящих элементов шины, определяющих зону сколь­жения и уменьшающих зону сцепления опорной площадки.

При рассмотрении качения колеса большее практическое значение имеет не скорость скольжения, а коэффициент скольжения s колеса. Тогда зависимость силы, а при постоянной нормальной нагрузке колеса зависимость удельной силы Rx/Rz от коэффициента скольжения s колеса с эластичной шиной приобретает вид, показанный на рис. 16.

Наибольшее значение силы, действующей в опорной плоскости, которое может быть реализовано колесом, принято называть силой сцепления колеса P.

Соответственно наибольшее значение удельной силы колеса принято называть коэффициентом сцепления колеса с опорной поверхностью = P / Rz.

Коэффициент сцепления на твердых опорных поверхностях обычно соответствует 10-15%-ному скольжению колеса. При достижении максимальной силы начинается быстрое увеличение коэффициента скольжения колеса, со­провождающееся в соответствии с указанным выше уменьшением силы сцепления. В большинстве случаев при некотором значении коэффициента скольжения величины силы и коэффициента сцепления стабилизируются. Проводя не абсо­лютно строгую аналогию сцепления с трением, можно условно принять, что наибольшая величина удельной силы (при малом перемещении пра­ктически только за счет гистерезиса шины, а не относительного переме­щения поверхности отпечатка по опорной поверхности) соответ­ствует коэффициенту в состоянии покоя. Ее величина при значительном скольжении соответствует коэффициенту сцепле­ния в состоянии движения, который на большинстве твердых сухих поверхностей примерно на 20-25% меньше коэффициента сцепления в состоянии покоя.

Рис. 16. Зависимость удельной силы от коэффициента сколь­жения


Различают коэффициенты сцепления в продольном и боковом направлениях.

Коэффициент сцепления колеса с опорной поверхностью зависит, прежде всего, от рода и состояния сцепляющихся тел — шины и опорной поверхности. На сухих твердых и относительно ровных опорных поверхностях, где контакт шины с опорной по­верхностью осуществляется лишь по внешней поверхности шины, коэффициент в основном зависит от свойств опорной поверх­ности. Это объясняется тем, что фрикционные свойства шин почти одинаковы. Некоторое раз­личие коэффициентов шин с одинаковым пластиком может быть следствием неодинаковой формы и направления рисунка протек­тора. Так, продольные канавки протектора увеличивают сцепле­ние шины в боковом направлении, а поперечные — в продольном.

В отличие от принятого в классической механике отсутствия зависимости коэффициента трения от площади контакта соприкасающихся поверхностей, коэффициент , хотя и не в очень боль­шой степени, но зависит от площади контакта. С увеличением площади отпечатка шины колеса возрастает число микронеровностей, охватываемых этим отпечатком, поэтому в большинстве случаев с увеличением его площади растет и коэффициент сцепления.

Площадь отпечатка зависит от размеров и конструкции шины, а для данной шины — от нагрузки колеса и внутреннего давления воздуха в шине (имеется в виду общий случай) pш, которое является определяющим фактором нормальной жесткости шины. Чем меньше давление воздуха в шине, чем мягче сама шина, тем больше деформация и площадь отпечатка шины и больше (хотя и не намного) коэффициент сцеп­ления.

Некоторое влияние на коэффициент оказывает скорость ка­чения колеса. Для процесса деформации шины, внедрения эле­ментов ее поверхности во впадины микронеровностей или выступов опорной поверхности в шину требуется время. Поэтому при движении с большой скоростью элементы шины могут «не успеть» сделать это, колесо движется как бы по верхушкам микронеровностей, что приводит к некоторому снижению коэффициента сцепления.

Весьма большое влияние на величину коэффициентов сцепле­ния оказывает влажность опорной поверхности. На мокрых поверхностях коэффициент меньше, чем на сухих. Исключением является движение по некоторым опорным поверхностям, напри­мер по влажному песчаному грунту. Вследствие связности час­тиц влажного, более плотного песка коэффициент получается большим, чем при движении по сухому сыпучему песку.

Средние значения коэффициентов при движении по различным опорным поверхностям можно принимать в соответствии с табл. 1.


Таблица 1

Опорная поверхность

Коэффициент сцепления для шин

Наименование

Состояние

Высокого давления

Низкого давления

Высокой проходимости

Асфальтобетонное покрытие

Сухое

Мокрое

Покрытое грязью

0,5-0,7

0,35-0,45

0,25-0,45

0,7-0,8

0,45-0,55

0,25-0,4

0,7-0,8

0,5-0,6

0,25-0,45

Щебеночное покрытие

Сухое

Мокрое

0,5-0,6

0,3-0,4

0,6-0,7

0,4-0,5

0,6-0,7

0,4-0,55

Грунтовая дорога

Сухая

После дождя

В период распу-тицы

0,4-0,5

0,2-0,4

0,15-0,25

0,5-0,6

0,3-0,45

0,15-0,25

0,5-0,6

0,35-0,5

0,2-0,3

Песчаный грунт

Сухое

Влажное

0,2-0,3

0,35-0,4

0,22-0,4

0,4-0,5

0,2-0,3

0,4-0,5

Суглинистый грунт

Сухое

В текучем состо-янии

0,4-0,5

0,15-0,2

0,45-0,55

0,15-0,25

0,4-0,5

0,15-0,25

Снег

Рыхлое

Укатанное

0,2-0,3

0,15-0,2

0,2-0,4

0,2-0,25

0,2-0,4

0,3-0,5

Обледенелая дорога, лед

-

0,08-0,15

0,1-0,2

0,05-0,1




Сопротивление качению колеса по твердой опорной поверхности


Как было выше показано, при качении колеса проис­ходят различные деформации шины и опорной поверхности, ко­торые сопровождаются необратимыми потерями. Эти потери оп­ределяют сопротивление качению колеса — один из основных ви­дов сопротивления движению всей колесной машины. Необрати­мые потери при качении эластичного колеса по твердой опорной поверхности обусловлены следующими причинами: а) внутренним трением в шине; б) проскальзыванием элементов шины по опор­ной поверхности; в) присасыванием шины к опорной поверхности;

г) аэродинамическим сопротивлением.

Внутреннее трение в шине состоит из межмолекулярного тре­ния в пластике, покрышкой и ободом колеса. Это трение является результатом всех видов деформа­ций шины, в основном вызванных нормальной нагрузкой. Эксперименты показывают, что потери на различные виды трения в шине ведомого колеса составляют 90—95% от всех потерь на качение.

Проскальзывание элементов шины по опорной поверхности является следствием деформаций шины в тангенциальном направ­лении, т. е. в плоскости контакта. Потери на трение в результате этого скольжения сравнительно невелики и составляют 5—10% - для ведомого колеса. С увеличением тангенциальной силы или крутящего момента проскальзывание элементов шины распро­страняется на большую площадь. При полном скольжении или буксовании колеса, когда все элементы опорной площадки колеса перемещаются относительно опорной поверхности, потери на трение скольжения достигают максимальной величины и являются основными.

Потери на присасывание шины к опорной поверхности объяс­няются тем, что в момент соприкосновения отдельных участков протектора с опорной поверхностью образуются (а в некоторых протекторах всегда имеются) замкнутые контуры рисунка, из которых выжимается воздух. В последующем на отрыв шины от дороги требуется затрата дополнительной силы. При наличии влаги на опорной поверхности, которая герметизирует приса­сываемые участки, потери из-за присасывания, а, следовательно, и общие потери на качение возрастают.

Сопротивление качению колеса можно характеризовать раз­личными показателями, причем применение некоторых из них целесообразно в одних случаях, а некоторых — в других. К этим показателям относятся мощность, момент, сила и коэффициент сопротивления качению.

Так, например, для определения мощности, необходимой для движения колесной машины, нужно знать мощности всех видов сопротивлений, в том числе и мощность сопротивлений качению всех колес. Однако сравнивать между собой или оценивать со­вершенство конструкций шин с точки зрения минимума потерь при условии использования различных шин, предназначенных для разных машин, можно лишь по безразмерной величине.

Характеристики сопротивления качению колеса можно опре­делять двумя путями. Первый состоит в раскрытии внутренних связей и явлений, физических процессов, происходящих при качении эластичного колеса, катящегося по твердой или дефор­мируемой поверхности. Второй путь основан на исследовании зависимостей между силовыми и скоростными факторами, полу­чающимися при совместном решении уравнений силового равно­весия и мощностного баланса колеса. Несмотря на то, что в на­стоящее время еще нет исчерпывающего решения задачи чисто аналитического определения потерь на сопротивление качению эластичного колеса даже по твердой опорной поверхности, осно­ванного на анализе происходящих в колесе физических явлений, первый путь предпочтительнее второго. При решении вторым путем приходится, как уже было показано, использовать некоторые нереальные, фиктивные величины.

Коэффициент сопротивления качению уменьшается при увеличении размера шин, уменьшении отношения высоты профиля шины к ее ширине, улучшении рецептуры пластика за счет повышения упругости и снижения гистерезисных потерь.

В табл. 5 приведены значения коэффициентов сопротивления качению, полученные при испытаниях стандартных шин в ведомом режиме. Как видно на сопротивление качению влияют еще ровность и влажность опорной поверхности. На неровной поверхности возникают дополнительные деформации шины под действием динамической нагрузки. На влажной поверхности большое значение приобретает прилипание шины к опорной поверхности.


Таблица 5

Дорожное покрытие и его состояние

Коэффициент f0

Асфальтобетонное:

  • в хорошем состоянии

  • в удовлетворительном состоянии


0,015 – 0,018

0,018 – 0,020

Гравийное:

  • в хорошем состоянии


0,020 – 0,025

Булыжное:

  • в хорошем состоянии

  • с выбоинами


0,025 – 0,030

0,035 – 0,050

Грунтовая дорога:

  • сухая, укатанная

  • после дождя


0,025 – 0,035

0,050 – 0,150

Песчаное и суглинистое:

  • сухое

  • сырое


0,100 – 0,300

0,060 – 0,150

Суглинистая целина:

  • сухая

  • в пластическом состоянии

  • в текучем состоянии

  • луговая


0,040 – 0,060

0,100 – 0,200

0,200 – 0,300

0,060 – 0,100

Обледенелая дорога

0,015 – 0,030

Снежная укатанная дорога

0,030 – 0,050



Особенности качения колеса по деформируемой опорной поверхности (ворсистые настилы, ковровые покрытия и т. п.)


При качении колеса деформация опорной поверхности происходит одновременно в трех взаимно перпендикулярных направлениях:

  • нормально к поверхности

  • поперек к поверхности

  • продольно по отношению к плоскости вращения колеса


Первая из этих деформаций характеризует уплотнение опорной поверхности, вторая — выпирание опорной поверхности в стороны и третья — смещение опорной поверхности в направлении движения.


Рис. 25. Распределение давлений q в контакте шины с опорной поверхностью


При смещении опорной поверхности в направлении движения происходит как уплотнение опорной поверхности, так и сдвиг ее. Соотношение этих видов деформаций зависит от состояния опорной поверхности, кинематики качения колеса, ширины колеса и скорости движения. При невозможности уплотнения опорная поверхность выдавливается вверх и в стороны.

При качении сильно деформируемой шины на деформацию опорной поверхности, кроме ее собственной характеристики, большое влияние оказывает жесткость шины и давление воздуха в ней, как фак­тора, влияющего на жесткость. Так, при достаточно высоком давлении воздуха в шине и ее большой нормальной жесткости сечение колеи имеет форму, показанную на рис. 25, а. При мень­шем давлении дно колеи получается плоским, соответственно изменяется и эпюра давлений q на грунт (рис. 25, б). При очень малом давлении в шине сечение колеи имеет выпуклую форму, а эпюра давлений q два горба (рис. 25, в).

Сопротивление, качению колеса по деформируемой опорной поверхности состоит из сопротивления шины качению и сопротивления опорной поверхности качению.

Вследствие сложности определения сопротивления опорной поверхности качению деформируемого колеса можно рассматривать процесс качения жесткого колеса, которое имеет больший, чем деформируемое колесо, диаметр, но оказывает эквивалентное воздействие на опорную поверхность.

Обзорный анализ возможных вариантов исполнения колесной формулы МРР


Применительно к данному типу машин необходимо рассмотреть следующие варианты колесных формул:

  • 2 х 6

  • 4 х 6

  • 6 х 6


Колесная формула

Необходимый момент на одном колесе, Н*м

2 х 6 + сцепные ролики

5,15

4 х 6 + сцепные ролики

5,83

6 х 6 + сцепные ролики

2,92

4 х 6

8,75

6 х 6

8,75


В следующей таблице представлены данные об альтернативных вариантах применения зарубежных электродвигателей в ходовой части МРР.


Двигатель

Характеристики двигателя

Редуктор

На выходе

Колесная формула

35NT2R32

U=24 В

I=1,2 А

nхх=4400 об/мин

M ном =0,0583 Н*м

i=33

=0,75

MKmax=2,9 Н*м

nKmax=120 об/мин

Vmax=3,2 км/ч

6 х 6 + сцепные ролики

i=72,3

=0,65

MKmax=5,5 Н*м

nKmax=55 об/мин

Vmax=1,4 км/ч

4 х 6 + сцепные ролики

i=138

=0,65

MKmax=10,5 Н*м

nKmax=29 об/мин

Vmax=0,8 км/ч

2 х 6 + сцепные ролики

35NT2R82

U=18 В

I=3,7 А

nхх=7100 об/мин

M ном =0,085 Н*м

i=24

=0,75

MKmax=3,1 Н*м

nKmax=266 об/мин

Vmax=7 км/ч

6 х 6 + сцепные ролики

i=33

=0,75

MKmax=4,2 Н*м

nKmax=194 об/мин

Vmax=5,2 км/ч

4 х 6 + сцепные ролики

i=99,8

=0,65

MKmax=11,0 Н*м

nKmax=64 об/мин

Vmax=1,6 км/ч

2 х 6 + сцепные ролики


Критерии оценки применения той или иной колесной формулы


  • обеспечение тяговых характеристик движения

  • обеспечение скоростных характеристик движения

  • обеспечение габаритных требований характеристик применяемых приводов


Режим работы и предельный момент нагрузки электродвигателя


Электродвигатели постоянного тока могут использоваться в одном из следующих режимов:

а) продолжительном, при котором длительность работы электродвигателя превышает время, в течение которого температура электродвигателя достигает установившегося значения, не превышающего предельно допустимой величины;

б) кратковременном, при котором за время работы электродвигателя его температура не успевает достигнуть установившегося значения, но не превышает предельно допустимой величины. После этого электродвигатель должен быть отключен и полностью охлажден до температуры окружающей среды;

в) повторно – кратковременном с неограниченным количеством циклов работы при длительности цикла не более 10 мин и продолжительности включения не более 40%, при котором установившееся значение температуры не превышает предельно допустимой величины.

Микроэлектродвигатели постоянного тока серии ДПР при номинальном моменте нагрузки на валу рассчитаны на продолжительный режим работы. При кратковременном и повторнократковременном режимах работы полезный момент нагрузки на валу электродвигателя может быть увеличен.

Определение допустимой длительности работы при кратковременном режиме или допустимой цикличности работы при повторнократковременном режиме в зависимости от величины полезного момента нагрузки на валу электродвигателя может быть произведено с помощью графиков, представленных на рис. 1, 2.

Рис. 1. Зависимость для определения допустимой нагрузки электродвигателя при кратковременном режиме работы.


Рис. 2. Зависимость для определения допустимой нагрузки электродвигателя при повторно – кратковременном режиме работы при различных

Определив коэффициент тепловой перегрузки электродвигателя

,

где P1i и P2i – соответственно потребляемая и полезная мощности электродвигателя при выбранном моменте нагрузки Mi, подсчитываемые по формулам

[вт]

[вт]

где

Mi – момент нагрузки на валу, Г*см;

Ni – скорость вращения, об/мин;

Ui – напряжение питания, В;

Ii – ток якоря, А;


P и P - соответственно потребляемая и полезная мощности электродвигателя при номинальном моменте нагрузки МН и номинальном напряжении питания UН, и зная постоянную времени нагрева электродвигателя TР, находим допустимую длительность работы tP для кратковременного режима или допустимую длительность работы tP и длительность паузы tП для повторно - кратковременного режима. Определенные таким образом величины выражаются в минутах. При этом для повторно - кратковременного режима работы должны быть соблюдены условия

tP+tП10 мин, tP0,4(tP+tП).

Для электродвигателя постоянного тока ДПР-72, примененного в ходовой части МРР, постоянная времени нагрева TP = 20 мин.

Расчет редуктора ходовой части МРР.