Аннотация

Целью исследований являлось повышение грунтовой проходимости и экологичности шагающего движителя на водонасыщенных грунтах. Для исследований использован метод математического моделирования механики контакта стопы с грунтом при помощи пакета конечно-элементного моделирования ANSYS (компании ANSYS Inc.). Процесс взаимодействия шагающего движителя с грунтом подразделялся на фазу смены стоп и фазу реализации тягового усилия. При исследовании динамики смены стоп в качестве расчетной принималась 2-ногая схема шагающей машины с вертикальным поступательным движением корпуса. Моделирование показало, что при смене ног имеют место колебания стоп на грунте. При этом опорные реакции могут существенно (в 2 раза и более) превосходить статические. Вместе с тем на водонасыщенных вязких грунтах колебания, обусловленные сменой стоп, занимают по времени лишь малую часть цикла (порядка 5 %). Поэтому для них взаимодействие стопы с грунтом в опорной фазе можно считать квазистатическим. Выяснено влияние формы стопы и среднего давления на грунт на его напряженное состояние. Наименьшее воздействие на почву при прочих равных условиях оказывают лыжеобразные стопы. Доказано, что для лыжеобразных стоп нормы воздействия движителей на почву согласно требованиям ГОСТ 26955–86 соблюдаются при среднем давлении стопы на грунт порядка 0,08 МПа. На водонасыщенных грунтах, для которых характерны невысокие упругие свойства, давление стопы на грунт целесообразно снизить до 0,03–0,04 МПа. В противном случае имеют место недопустимо высокие деформации грунта. Полученные результаты могут быть востребованны как при разработке простейших шагающих машин, например для новых почвосберегающих технологий в орошаемом земледелии, так и для сложных робототехнических систем, предназначенных для работы в экстремальных условиях.

Ключевые слова: шагающие машины, взаимодействие движителя и грунта, слабонесущие грунты, динамическое моделирование, напряженное состояние грунта.