АНАЛІЗ ПІДХОДІВ ДО МОДЕЛЮВАННЯ ВЗАЄМОДІЇ ПНЕВМАТИЧНИХ ШИН З ОПОРНОЮ ПОВЕРХНЕЮ

Анотація

У статті розглянуто питання визначення площин плям контакту пневматичних шин мобільних машин при взаємодії з опорною поверхнею в умовах змінного навантаження та внутрішнього тиску в шині. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю адекватного врахування деформаційних властивостей шин і фізико-механічних характеристик ґрунту при моделюванні руху транспортних засобів, зокрема сільськогосподарської техніки та спеціалізованих мобільних платформ, що працюють у складних експлуатаційних умовах. Метою роботи є порівняння результатів розрахунку площі плями контакту шин при взаємодії з опорною поверхнею за різними математичними моделями, побудованими на основі емпіричних залежностей, з експериментальними даними. Методика дослідження базується на поєднанні математичного моделювання та експериментальних вимірювань параметрів контактної взаємодії шин із опорною поверхнею. У роботі проаналізовано низку моделей, що описують форму та площу контактної плями, зокрема моделі, засновані на припущенні еліптичної та супереліптичної геометрії контакту, а також емпіричні залежності. У результаті дослідження встановлено, що зі збільшенням навантаження на колесо відбувається закономірне зростання площі плями контакту, тоді як підвищення внутрішнього тиску в шині призводить до її зменшення через збільшення жорсткості шини та обмеження деформації. Виявлено відмінності у характері цих залежностей для передніх і задніх шин, що обумовлено конструктивними особливостями та розподілом навантаження по осях. Порівняльний аналіз показав, що найбільш адекватне відтворення експериментальних даних забезпечують окремі емпіричні моделі, середня похибка яких не перевищує 7,65 – 8,5% для передніх та 8,4 –14,3% для задніх шин, тоді як базові моделі демонструють суттєво більші відхилення. Показано, що моделі, які описують площу плями контакту шини у вигляді області, обмеженої супереліпсом, характеризуються значною похибкою порівняно з експериментальними даними при тиску в шині понад 150 кПа, проте можуть бути ефективними за умов зниженого внутрішнього тиску. Обґрунтовано доцільність використання емпіричних підходів для опису контактної взаємодії шин із подальшим уточненням їх параметрів. Отримані результати можуть бути використані для підвищення точності математичних моделей руху мобільних машин та оптимізації їх експлуатаційних характеристик.