Имитационная модель формирования нагрузок на ведущих колесах гусеничного бульдозера

Введение. В статье отмечается, что при проведении прочностных расчетов сборочных единиц и деталей бульдозеров, в том числе ведущих колес, используются коэффициенты динамичности. Анализ результатов исследований других авторов показывает, что изучение динамических процессов, проходящих во время движения гусеничных машин разного назначения, вызывает большой интерес.

Материалы и методы. Для анализа динамических нагрузок на ведущие колеса во время копания грунта авторами предлагается использовать динамическую, математическую и имитационную модели бульдозера, разработанные на основе системного подхода, включающие двигатель трансмиссию, движитель рабочего оборудования, внешнюю среду. С использованием программного обеспечения, разработанного на основе математических моделей и позволяющего имитировать движение бульдозера, заглубление отвала, увеличение толщины стружки, рост призмы волочения, транспортировку грунта, проведен ряд численных экспериментов, имитирующих движение машины в режиме копания грунта с разными толщинами стружки.

Результаты. Результаты имитационных экспериментов, моделирующих процесс копания с разными толщинами стружки, показывают, что значения коэффициентов динамичности достигают 20% при меньших толщинах стружки и, соответственно, более низком уровне нагружения по сравнению с более высокими толщинами стружки, когда значения коэффициентов динамичности не превышают трех процентов при более высоком уровне нагружения.

Обсуждение и заключение. Таким образом, при прочностных расчетах ведущих колес гусеничного движителя бульдозера и максимальных нагрузках на рабочем оборудовании использование коэффициентов динамичности не требуется в связи с тем, что расчеты на прочность предполагают использование коэффициентов запаса, которые составляют около 20% от статических нагрузок. Необоснованное использование высоких значений коэффициентов динамичности приводит к увеличению металлоемкости конструкций, и, соответственно, увеличиваются стоимость проектируемой техники.

1. Тараторкин А.И., Абдулов С.В., Держанский В.Б., Волков А.А., Сарач Е.Б., Комиссаров А.И. Расчетно-экспериментальное исследование динамики обвода гусеничного движителя транспортной машины высокой проходимости // Механика машин, механизмов и материалов. 2024. № 4 (69). С. 50–60.

2. Strutynskyi S. Mathematical modelling of a specialized vehicle caterpillar mover dynamic processes under condition of the distributing the parameters of the caterpillar // International Journal of Engineering & Technology. 2018. Vol. 7, no. 4.3. Pp. 40–46. Https://doi.org/https://doi.org/10.14419/ijet.v7i4.3.19549

3. Тараторкин И.А., Держанский В.Б., Абдулов С.В., Волков А.А., Тараторкин А.И. Динамика процессов взаимодействия элементов гусеничного движителя при наезде первого опорного катка на неровность // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. 2023. Т. 23, № 3. С. 27–38.

4. Поддубный В.И., Трехтлер А., Варкентин А., Хенке К. Механико-математическая модель гусеничного движителя с треугольным обводом для решения задач вертикальной динамики гусеничной машины // Вестник машиностроения. 2020. № 12. С. 26–29.

5. Гудков В.В., Сокол П.А., Могутнов Р.В., Колтаков А.А .Анализ динамики движения гусеничных машин // В сборнике: Энергоэффективность и энергосбережение в современном производстве и обществе. Материалы международной научно-практической конференции. Воронеж, 2021. С. 322–327.

6. Лесковец И.В., Леоненко О.В., Бужинский А.Д. Влияние параметров гусеничного обвода на давление опорных траков на грунт // В сборнике: Интерстроймех-2014. Материалы Международной научно-технической конференции. 2014. С. 45–48.

7. Балакин П.Д., Кузнецов Э.А., Скрипниченко Д.А., Рахимжанов Н.Е. Математическое моделирование динамики движения многоцелевых гусеничных машин // Омский научный вестник. 2012. № 3 (113). С. 40–44.

8. Алябьев В.А., Бердов Е.И. Особенности взаимодействия гусеничного движителя с деформируемой опорной поверхностью при неравномерном движении машины // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. 2021. Т. 21, № 4. С. 49–60.

9. L. Zhou, J. Gao, C. Hu, Q. Li. Numerical simulation and testing verification of the interaction between track and sandy ground based on discrete element method // Journal of Terramechanics. 2021.Vol. 95: 73–88. Https://doi.org/10.1016/j.jterra.2021.03.002

10. Recuero A., Morales R., Nieto R., Aceituno J. F. Multi-body dynamics modelling and simulation of the ride behaviour of a tracked vehicle. International Journal of Vehicle Design,2017. 73(4), 288–311.

11. Mohamed A. M., Wang D., Li D. Tracked Vehicle Dynamics Using Absolute Nodal Coordinate Formulation Nonlinear Finite Elements. Machines, 2021. 9(5): 91.

12. Lee J.-H., Yoo J.-H., Han C.-S. Dynamic Loads and Fatigue Analysis of a Tracked Vehicle. International Journal of Automotive Technology, 2002. 3(2), 47–53.

13. Lee S. H., Yoo J. H., Han C. S. Dynamic Simulation of a Tracked Vehicle using RecurDyn. Journal of the Korean Society for Precision Engineering, 2005. 22(11), 136–143.

14. Tao J., Deng Z., Cao X., Hu G., Wang, P. Modeling and dynamic characteristics of tracked vehicle equipped with symmetrical suspensions based on multi-body dynamics and discrete element coupling method. Applied Sciences, 2024. 14(22), 10045. https://doi.org/10.3390/app142210045

15. Stankovic M.R., Madonski R., Manojlovic S.M. Systematic design of adrc-based unmanned tracked vehicle trajectorytracking with fpga-in-the-loop validation // Military Technical Courier. 2024. Т. 72. № 4. С. 1700–1725.

16. Swadi M. A. K., Al-Gailani A. M. S. A Review on Modeling and Simulation of Tracked Vehicles. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering,2020. 870(1), 012115.

17. Лесковец И.В., Леоненко О.В., Бужинский А.Д Нагруженность траков в гусеничном обводе // Механизация строительства. 2015. № 10 (856). С. 32–35.

18. Li J., Wang H., Chen Z. Comparative study of mathematical models in vehicle dynamics with applications to tracked vehicles // IEEE Access. 2024. Vol. 12. P. 45678–45690.