Vályogos homoktalaj terepprofil mérése

Átírás

1 Vályogos hooktalaj terepprofl érése Pllnger György Szent István Egyete, Gépészérnök Kar Folyaatérnök Intézet, Járűtechnka Tanszék PhD hallgató, Összefoglalás A terepen haladó járű ozgását a terep-járű kapcsolat fzka és echanka tulajdonsága határozzák eg. A járűvek ozgását eghatározó fontosabb befolyásoló tényezők a talaj fzka-, echanka tulajdonsága, a talaj-guabroncs kapcsolatban kalakuló tolóerő, valant a akró és kro akadályok [.,.]. E tanulány a vontatás kísérletek során felvett terepprofl érések ódszerét és kértékelésének eredényet tárgyalja. Mvel a terepen haladó járű ozgását a terep proflja jelentősen befolyásolja.. Bevezetés 00 nyarán a Szent István Egyete Járűtechnka Tanszéke szabadföld vontatás vzsgálatokat végzett. E vontatás vzsgálat célja a járű ozgásállapotát befolyásoló terepprofl hatásanak vzsgálata, valant a guabroncs-talaj kapcsolat energetkájának tanulányozása. A terep egyenetlenségek által gerjesztett ne csllapított lengések jelentős hatással bírnak a járű ozgásállapotára, és a létrejövő járűlengések száos járulékos energa veszteséget okoznak a haladás közben. Ebből adódóan a terep közlekedés során a lengésekkel száoln kell. A véletlenszerű folyaatok elezésére használják a sztochasztkus rendszerek eléletét. Így száos véletlenszerű folyaat eleezhetővé válk. Az útprofl dagraok s sztochasztkus függvények, látszólag seféle szabályosságot ne utatnak. Az útproflt hároféle képpen lehet éréssel eghatározn: gyorsuláséréssel (. ábra), optka úton, valant elozdulás-éréssel. A szntezőléc leolvasása geodéza szntérő űszerrel vagy közlekedőedénnyel oldható eg.

2 .ábra: Útprofl eghatározása gyorsulás éréssel Mérésenk során a közlekedőedényes ódszert alkalaztuk. Az alkalazott érőűszert profloéternek nevezk. A ódszer gen lassú és unkagényes, ezért csak forgaloentes útszakaszon használható. Azonban gondos unkával 0,5c-es pontosság érhető el. A. ábra szeléltet a proflértékek által kalakított útprofl függvény elélet esetét.. ábra: Útproflfüggvény H- érőszakasz hossza, h- a ntavétel lépésköze, - adtatszá

3 Megkülönböztetünk [3.,5.] szűz-, ható- és vsszaaradó proflt. Méréssel a szűz (taposás entes) és a vsszaaradó profl vehető fel. A hatóprofl kelt a függőleges rányú gyorsulásokat, azonban ez a profl éréssel ne határozható eg. A járű lengéseket elsősorban a ható profl kelt. Keényebb talajoknál a szűz és ható profl között eltérés a ks talajdeforácó att elhanyagolható. Laza talajoknál, a nagyobb talajdeforácó att, a szűz és a ható profl ár jelentősen eltér egyástól.. Anyag és Módszer A érések alkalával egy GAZ típusú járűvet különböző talajállapotok és eltérő guabroncsnyoások ellet vontattunk. A vzsgált talajállapotok: gabonatarló, tárcsázott gabonatarló és kultvátorozott talaj. A beállított guabroncsnyoások:,5 bar,,8 bar,, bar és,4 bar. A terepproflt nden talajállapot és nden beállított abroncsnyoás ellet közvetlen profléréssel, áthaladás előtt (szűz), lletve áthaladás után a deforált nyoban s felvettük. A talajprofl értékeket Gedeon [6] ódszer alapján értékeltük k. A éréseket a h (0,) ntavétel közök, valant a érőszakasz hossz H (0) egválasztásával kezdtük. Ezzel összesen 6464 db érés pont adódk a háro talajállapot és a négy abroncsnyoás ellet, egy talajállapotra pedg 66 db. A nták elezése A kjelölt terepszakaszon 0c-es lépésközzel, a szntkülönbségeket 0,5 c-es pontossággal vettük fel. A 3. ábra gabonatarlón felvett proflértékeket utatja a járű áthaladása előtt. A proflagasság - c és 3,5 c között változk a 0-es szakaszon. A két agasság érték alapján ez 4,5 c-es szntváltozás, a,4º -os lejtésszöget jelent, azaz,45%-os eelkedő. A terület lejtését kopenzáln kell, ert a kro doborzat szepontjából nncs jelentősége. A felvett értékekre szükséges egy ozgó középérték (μ) függvényt lleszten (4. ábra). A ozgó átlag enyhít a profl hullázásat, és könnyebbé tesz a trendek felserését. Ezután kszáítjuk a proflagasság ( ) és a ozgó átlag (μ) különbségét, aely értéket felveszünk X µ. 3

4 az y tengelyen (5.ábra). Az így kapott függvény ne tartalazza a terep lejtését, csak a kro profl értékeket, elyeket ajd a továbbakban használunk. 3. ábra: Tarló profl értékek 4. ábra: Mozgó átlag (runnng ean) felvétele 4

5 Ezek után a ódosított regsztrátu paraéteret határozzuk eg. Aelyek állandó értékű jelzők, függetlenek a felvett koordnáta rendszertől és egyéb tényezőktől. Így alkalasak a terep egyértelű jellezésére. 5. ábra: A ozgó átlag eltolása a vízszntes tengelyre Fontos az a kndulás feltételezés, hogy a folyaat staconárus, vagys a proflok középértéke a helytől függetlenül állandó, tehát egy ζ helyen ugyananny, nt egy ζ+k helyen. Valant feltételezzük, hogy a folyaat ergodkus, a azt jelent, hogy a hasonló útproflok egfelelő hbahatáron belül ugyanazt az eredényt (gerjesztő függvényt) hozzák létre. A következő lépésben elvégeztük a nták statsztka elezését. Szórásnégyzet száítása: σ l + 0. Vzsgáltuk a ζ ζ és ζ ζ+k helyen felvett érések között korrelácót, elynek eredénye az autokorrelácós függvény. Korrelácó vzsgálat: 5

6 .3 6. ábra: Valós autokorrelácós függvény Az autokorrelácós függvényt (6.ábra) ntegrálva egkaptuk az L léptékparaétert, aely egutatja, hogy lyen távolságon belül teknthető hoogénnek a függvény. Az L az útprofl egyk statsztka érőszáa. A szórásnégyzetre norált autokorrelácós függvény:.4 Integrál lépték:.5 6 ( ) + k R ) ( l ζ 0 ) ( ζ ζ d R L ( ) ζ σ R R

7 Végül elvégeztük Fourer sorba fejtéssel a frekvencavzsgálatot. A spektruot közvetlenül a regsztrátu transzforálásával s eg egkapjuk. Ez az úgy nevezett drekt spektru, aely az alább ódon száítható: 6. ábra: Gabonatarló spektráls sűrűségfüggvénye Az útprofl spektru odellezésére a (.7) képletet alkalazta, aely agában foglalja nd a négy független útprofl paraétert Eredények A. táblázat szeléltet a vzsgált talaj vályogos hook háro állapotán végzett érések eredényet a gépjárű áthaladása előtt és után. A talaj háro állapota: gabonatarló, tárcsázott gabonatarló és kultvátorozott. A vzsgált paraéterek a talaj térfogat töege Ts, a a talaj bolygatatlan állapotban vett ntájából száított sűrűség érték; továbbá a ) ( sn cos n l h l h G π π α α σ + n L L n G 4 4 ) (

8 regsztrált profl értékekből száított szórásnégyzet σ ; lletve az ntegrál lépték L, a egutatja, hogy lyen távolságon belül teknthető hoogénnek a profl függvény; valant az α úttípustól függő állandó. A táblázat áthaladás előtt részében az értékek csak a talaj állapotára vonatkoznak, íg az áthaladás után felében nden abroncsnyoáshoz tartoznak az útprofl jellezésére szolgáló paraéterek. Az ergodctásból következk, hogy az áthaladás előtt útszakaszokat össze lehet vonn, vel azoknak csak a térbel elhelyezkedése változott eg, de az út proflja jelen esetben például gabonatarló változatlan aradt. Az áthaladás után ezt ár ne lehet egtenn, hszen a guabroncs keénysége befolyással bír a kalakult profl szórásnégyzetére és ezzel a több terep- jellezőre.. táblázat: Mért és száított talaj és útprofl paraéterek 4. Következtetések A vzsgált terület talajfzka paraéteret eleezve egállapítható, hogy a legnagyobb térfogat töeg értéket tarlón kaptuk. A egunkálás lazított a talaj szerkezetén, ezért tárcsázás után ksebb értékben, íg kultvátorozás után nagyobb értékben csökkent a talaj térfogattöege. A tarlón való egyszer áthaladás töörítő hatása olyan csekély volt, hogy ezt érés ódszerrel ne tudtuk kutatn. 8

9 A huzaosabb deg háborítatlan gabonatarló proflja a korább egunkálások valant az dőjárás hatásanak következényeképpen alakult k. Az lyen típusú talaj felülete általában gen keény. Az áthaladás okozta deforácó a érésenk során ezen a talajon ég,4 bar abroncslégnyoásnál s csak - c volt. Ebből adódóan a profl hatása jelentősebb a járűre, nagyobb lengés gyorsulások alakultak k. A tárcsázott talaj profljának a szórása ksebb a tarlón felvett proflnál. A tárcsázással egységesebb lett a profl, ajd a kultvátorozás és sítás űvelete ég jobban elegyengette a talaj egyenetlenséget. Míg a tárcsázás a talajnak csak a legfelső rétegét alakítja át, addg a kultvátorozás a élyebb rétegeket s egunkálja. A járű áthaladása sét csökkent a nyo profljának szórását, így a felület ég sább lesz. A felület egunkálás következtében az alsóbb keényebb rétegeknek ég jelentős hatása lehet a járű gerjesztésére. Ne úgy, nt a élyebb egunkálásnál, ahol a járű guabroncsa alatt élyebben fellazított talaj van. Ekkor a talaj fzka tulajdonságatól függően kalakuló ható profl kelt a gerjesztést. Ez azért fontos, ert a felvett szűz profllal ellentétben főleg, ha az frssen alakult k az alatta lévő keényebb réteg gerjesztése fog érvényesüln. Mnél élyebb rétegekben történk a talaj egunkálása, annál ksebb hatása van a szűz proflnak a gerjesztésre. Ilyenkor nkább a ható profl hozza létre a járű lengéset. A vsszaaradó profl függ a rajta áthaladó járű abroncstípusától és annak légnyoásától. Továbbá függ az áthaladás száától. E jelenség különösen járű konvoj (ultpass hatás) áthaladása esetén lehet száottevő. Ekkor az organkus profl gerjesztése csak az első járűre hat, a ásodkra ár az első által ódosított profl gyakorol hatást. Az organkus profl hatása annál nkább érvényesül, nél keényebb a talaj, és nél kevesebbszer haladtak át a szakaszon. Mnél lazább, annál nkább érvényesül a hatóprofl, valant az előző járű proflódosító hatása. 5. Ősszegzés 9

10 A terep éréseket vályogos hooktalajon, gabonatarló, tárcsázott gabona tarló és kultvátorozott talaj állapotok ellet végeztük. Mnden talajállapothoz rögzítettük az áthaladás előtt, valant az áthaladás után kalakult talaj proflt. Meghatároztuk a proflok L léptékparaéterét valant az α úttípustól függő állandót. A kszáolt független talaj paraéterek jól kegészítk a talajadatbázst. 6. Irodalo [] Lab L. Terepen ozgó (off-road) járű áthaladásának elezése nagyéretű (akro) terepakadályokon. (Járű akadályleküzdő képességének odellezése.) Járűvek és Mobl Gépek onlne folyórat, doan név alatt, 009 II. évf. 5.szá, pp [] Kss P. Az off-road járű és a talaj kapcsolata, nt a járű sebességét és a balesetek bekövetkezését befolyásoló tényező, Járűvek és Mobl Gépek onlne folyórat, doan név alatt, 009 II. évf. 5.szá, pp [3] Kss, P.: Deternaton of Sol Deforaton Energy. In: Proceedngs of the Internatonal Scentfc Conference Innovaton and Utlty n the Vsegrad Fours, p ISBN Ö, ISBN , Nyíregyháza, Hungary, 005. [4] Lab, L. Kss, P. G. Antos, Ernye, P.: The Effects of the Off-Road Vehcle on the Sol Coheson and Internal Frcton. In: Proceedngs of the 0 th European Coference of ISTVS, CD Sesson 3/6. ISBN , Budapest, Hungary, 006 [5] Kss, P. Lab, L.: Deternaton of rollng resstance coponents. In: Proceedngs of the Jont North Aerca, Asa-Pacfc ISTVS Conference and Annual Meetng of Japanese Socety for Terraechancs, CD Sesson Paper no: , Farbanks, Alaska, USA, 007 [6] Gedeon, J.: On Soe Basc Probles of Stohasztc Modelng, Perodca Polytechnca, Trasp. Eng., 993., p. 0