Исследование работы колесно-шагающего движителя и двигателя для передвижения по лестничным маршам

W – объем сдвигаемого грунта;

– коэффициент искажения веса.

Полученное выражение общего сопротивления качения Рс одинаково справедливо для пневмоколеса, автотранспорта и для шагающего колеса.

В последнем случае коэффициент искажения веса почти одинаков по сравнению колеса с ободом, а срезаемый объем грунта W по сравнен

ию с пневмоколесом значительно больше. Поэтому сопротивление качению при взаимодействии шагающего колеса с грунтом значительно больше, чем взаимодействие колеса с ободом, а по твердому грунту практически исключается буксование.

а) б) в)

Рисунок 4 – Схема взаимодействия колеса с грунтом

Спица, наступая на поверхность дороги в точке «а», воспринимает нагрузку движителя G роликом, расположенным на другом, противоположном от ступицы конце колеса, на расстоянии L.

Поэтому вес G создает сопротивляющий, к движению колеса, момент с плечом L · sin т.е.:

Мс =G · Lsin. (11)

Для определения реакции N со стороны дороги, действующей на спицу шагающего колеса, необходимо перенести силу G в параллельном направлении в точку «а» (точку приземления спицы). При этом возникает момент переноса:

Mn=Q · L=G · Lsin. (12)

Оттуда определяется сила Q, пара сил в точке «а»:

Q = Gsin . (13)

Вектор силы Q проектируется в направлении нормальной реакции опоры, т.е.:

Р= Q sin= G sin. (14)

Нормальная реакция поверхности дороги в точке приземления «а» будет:

N = G – P = G(I – sin2) = Gcos2. (15)

Как видно, сила реакции N, определяющая силу трения в точке приземления «а», меньше веса движителя на множитель cos2φ. При φ = 30 (момент приземления) нормальная реакция будет:

N = 0,74G.

При φ = 0 (вертикальное положение спицы):

N = G.

Эта особенность движения шагающего колеса создает неблагоприятное условие сцепляемости колеса при движении, т.к. величина силы трения в точке приземления уменьшается по сравнению с пневмоколесами.

Поэтому шагающее колесо ШКА создает хорошее сцепление при ведущем режиме движения. А в прицепном режиме, когда движущая сила приложена к ступице, создается «ползун», т.е. спица склонна скольжению в точке касания с поверхностью дороги по направлению движения.

Тяговая характеристика коляски, которая анализируется инженерными приемами для оптимальных значений каждого параметра путем анализа на круговой диаграмме. Сущность этого анализа заключается в следующем: из рисунка движителя (рисунок 3) видно, что вес инвалида Q раскладывается на две силы Q1 и Q2, предложенные в точке а и в. Причем:

,

кроме этого:

.

Из этой системы легко определить значения Q1 и Q2, силы которые зависят от значения ℓ1 и ℓ2:

.

Рисунок 5 – Схема распределения веса Q

,

. (16)

. (17)

Прежде всего нужно задаться значением ℓ1 из конструктивных соображений и определить значения Q1 и Q2 из соотношений (2) и (1).

Далее нужно определить момент сопротивления, созданный силой Q2 относительно точки о при вращении спицы оа по ходу стрелки:

кгс.м. (18)

При движении коляски по ровной поверхности опорные колеса не создают момент сопротивления.

Уменьшение силы Р возможно двумя путями. Первое: путем увеличения длины рычага L и путем перемещения сидения, куда приложен вес инвалида Q, так, чтобы составляющая сила Q2 как можно была меньше по величине. Это зависит от плечей ℓ1 и ℓ2. Для более наглядного анализа выбора указанных параметров построена круговая диаграмма (рисунок 6).

Мс1= О.

Полный момент сопротивления:

М=Мс2 + Мс1, (19)

Мс1= О.

Рисунок 6 – Круговая диаграмма

При подъеме по лестнице расчеты изменяются, т.к. при подъеме рама коляски становится под углом 26˚÷30˚ и плечо составляющих сил Q2 и Q1 изменяется. Кроме того, крестовина опорных колес начнет перешагивать полки лестницы. Поэтому составляющая Q1 создает начальный момент сопротивления:

Мс1= Q1 Rsin45ºкгс·м.

Полный момент сопротивления:

М=Мс1 + Мс2, (20)

Мс1 ≠ О.

Динамика движителя, оснащенного шагающим колесом

Для определения истинного движения рамы движителя вначале определим угловую скорость шагающего колеса. Поэтому силовые факторы приведем к ступице шагающего колеса (рисунок 7). Обозначим общую массу рамы вместе с массовой экипажной части через m. Вес рамы экипажной части, приходящейся на одно колесо, обозначим через G, момент инерции колеса обозначим Jк. Угол поворота спицы колеса через . Тогда уравнение движения имеет вид:

. (21)

Движение рассматривается на участке одного шага, т.к. дальнейшее движение колеса повторяется, т.к. до .

Движущий момент:

, (22)

а момент сопротивления:

, (23)

. (24)

Для преодоления общего момента сопротивления к ступице прикладывается момент, движущий Мдв, т.е.:

кгс.м, (25)

где P – усилие, прикладываемое к рычагу;

L – длина рычага управления.

Таким образом, для обеспечения легкого управления движением коляски, необходимо по возможности уменьшать усилия Р, прикладываемые инвалидом для движения коляски.

Момент сопротивления Мс имеет вначале со знаком минус, а =0 до =30 знак плюс. Поэтому угловая скорость не будет непостоянной.

 Скачать реферат