Раздел (модуль) 7. Проходимость колёсных машин Лекция 7.1. Общие сведения о проходимости колёсных машин. Влияние дифференциального привода колёс на проходимость машин

7.1.1. Общие сведения о проходимости колёсных машин

Под проходимостью автомобилей понимается их способность к движению по плохим дорогам и бездорожью. Для эксплуатации автомобилей в условиях сельскохозяйственного производства это качество имеет особое значение и в ряде случаев определяет работоспособность автомобиля. Вместе с тем требования, предъявляемые к проходимости, не могут быть одинаковыми для автомобилей всех типов, а должны дифференцироваться в зависимости от назначения машины, сферы её применения и специфических условий работы.

По проходимости автомобили распределяются на три группы: обычной, повышенной и высокой проходимости.

Автомобили обычной проходимости предназначены для движения по шоссе и грунтовым дорогам. К ним относятся автомобили с колёсной формулой 4К2. В группу автомобилей с повышенной проходимостью входят автомобили, выполненные по схемам 4К4, 6К4 и 6К6.

Машинами высокой проходимости являются полноприводные автомобили с числом ведущих мостов больше трёх, полугусеничные автомобили и автомобили-амфибии; к таким машинам предъявляются требования вездеходности.

Улучшение проходимости может быть достигнуто:

- улучшением динамических свойств автомобиля путём повышения его удельной мощности, увеличения числа ступеней передач и т.д.

- уменьшением удельных давлений на поверхность пути и снижения сопротивления качению посредством применения шин соответствующих размеров и профиля, уменьшением давления воздуха в шинах, регулировкой этого давления в зависимости от условий движения, движением в след и т.п.

- улучшением сцепных свойств автомобиля и введением различной блокировки дифференциала;

- приспособлением конструкции автомобиля к движению по неровным дорогам.

Сельскохозяйственные тракторы, как тяговые машины, предназначенные для работы в полевых условиях, обладают лучшей проходимостью, чем автомобили обычной и даже повышенной проходимости. Тем не менее, и их проходимость с учётом способности развивать требуемую силу тяги во многих случаях является недостаточной. Механические свойства почвы, влияющие на условия качения и сцепления ведущих колёс трактора, подвержены значительным сезонным колебаниям под влиянием метеорологических условий.

Наиболее чувствительны к колебаниям почвенных условий колёсные тракторы, которые имеют весной и осенью на рыхлых и влажных почвах столь низкий тяговый КПД, что в ряде случаев оказываются из-за плохой проходимости неработоспособными.

Тракторы, как и автомобили, могут быть по проходимости разделены также на три группы. Колёсные тракторы обычной проходимости выполняются по схеме 4К2, повышенной проходимости – по схеме 4К4 и высокой проходимости – тракторы с полугусеничным ходом. В отношении проходимости к сельскохозяйственным тракторам помимо общих требований могут быть предъявлены ещё и специальные агротехнические требования, такие как проходимость в междурядьях, агроэкологические и др.

Основными свойствами, определяющими проходимость автомобилей и тракторов как качество, являются тягово-сцепные, опорно-временные, конструктивно- дорожные, агроэкологические и поворачиваемость.

7.1.2. Влияние дифференциального привода колёс на проходимость колёсных машин

Очень важным условием повышения проходимости является правильная работа дифференциального привода ведущих колёс, поэтому рассмотрим вопрос о влиянии дифференциала на проходимость колёсных машин.

Рассмотрим сначала межколёсные дифференциалы, устанавливаемые в ведущих мостах автомобилей и тракторов. Принципиальным недостатком дифференциального привода является его отрицательное влияние на тягово-сцепные свойства машины в тех случаях, когда ведущие колёса попадают в неодинаковые условия сцепления с дорогой. Возьмём, например, машину 4К2 с межколёсным дифференциалом обычного типа, у которого внутреннее трение пренебрежимо мало. В соответствии со свойством дифференциала ведущие моменты на обоих колёсах должны быть одинаковыми. Вследствие этого касательная сила тяги машины по сцеплению будет равна

,

где - касательная сила тяги по сцеплению с дорогой того из колёс, у которого эта сила имеет наименьшее значение (и вообще индекс «2» будем присваивать забегающему колесу, а индекс «1» - отстающему).

Если бы дифференциал был заблокирован, то это позволило бы полностью использовать сцепные возможности обоих колёс и таким образом повысить проходимость машины. Касательная сила тяги по сцеплению в этом случае была бы равна

,

где - касательная сила тяги по сцеплению отстающего колеса, причём если блокировка полная, то - т.е. максимальной касательной силе тяги по сцеплению колеса, находящегося в лучших условиях по сцеплению.

Эффективность полной блокировки характеризуется отношением

.

В частном случае, когда сцепные веса обоих колёс одинаковы

,

где и - коэффициенты сцепления с дорогой колёс, находящихся соответственно в лучших и худших условиях дороги.

Чем больше разница в коэффициентах сцепления , тем эффективнее блокировка.

Почти на всех тракторах в настоящее время применяется принудительное управление водителем блокировки дифференциала заднего моста. Это хорошо, но её неавтоматичность, а, следовательно, неверное использование блокировки, может принести и отрицательные последствия. Поэтому принудительная блокировка рекомендуется главным образом как кратковременная мера для повышения проходимости на отдельных участках дороги.

Помимо принудительной полной блокировки дифференциала, применяется автоматическая частичная блокировка, которая достигается за счёт установки так называемых самоблокирующихся дифференциалов. Независимо от многообразия конструкций таких дифференциалов у большинства из них частичная блокировка получается за счёт повышенного внутреннего трения, препятствующего относительному вращению полуосей, пока разница между ведущими моментами колёс не достигнет величины, достаточной для преодоления трения в дифференциале.

На рисунке 48 изображена принципиальная схема самоблокирующегося дифференциала, для повышения внутреннего трения которого между полуосевыми шестернями и корпусом дифференциала установлены фрикционные дисковые муфты. Ведущие и ведомые диски муфт прижимаются друг к другу осевыми силами, возникающими при работе конических шестерён дифференциала. Значение этих сил пропорционально передаваемому через дифференциал крутящему моменту.

В некоторых конструкциях момент трения муфт увеличивается за счёт специально создаваемых дополнительных осевых усилий также пропорциональных передаваемому моменту.

Пока дифференциал остаётся заблокированным, обе полуоси вращаются как одно целое и крутящий момент, подводимый к дифференциалу, распределяется между полуосями пропорционально приложенным к ним сопротивлениям. Когда произойдёт разблокировка дифференциала, одна из полуосей (забегающая) начинает вращаться быстрей, а вторая (отстающая) – медленней.

Из уравнения равновесия внешних моментов, приложенных к дифференциалу, и из условия равенства мощности, подводимой к дифференциалу, сумме мощностей, передаваемых полуосям и затрачиваемой на преодоление трения внутри дифференциала, имеем систему уравнений

;

,

где и - соответственно крутящий момент, и мощность, подводимые к дифференциалу: и - крутящий момент и мощность на отстающей полуоси; и - крутящий момент и мощность на забегающей полуоси; - мощность, затрачиваемая на преодоление трения внутри дифференциала.

Как известно из теории дифференциалов

, тогда

; ; .

Относительная угловая скорость вращения ведущих и ведомых дисков блокировочных муфт равна

.

Учитывая это, имеем

,

где - момент трения блокировочных муфт.

Сделав соответствующие подстановки в систему уравнений, и решая их совместно, получим значения и

; .

Таким образом, момент на отстающей полуоси больше момента на забегающей полуоси. Отношение этих моментов называется коэффициентом блокировки

.

Величина уравновешивается моментом , т.к. это колесо находится в худших условиях, а, следовательно, величина будет определяться как

.

С другой стороны величина и, следовательно

.

В этом случае суммарная касательная сила тяги по сцеплению , которую в состоянии развить машина 4К2 при применении самоблокирующегося дифференциала будет иметь следующее значение

.

Здесь следует сравнить с , определённой при полной блокировке дифференциала. Естественно, что , а из их равенства можно найти предельное значение коэффициента блокировки в данных почвенных условиях.

Чем больше коэффициент блокировки, тем полнее может быть использован сцепной вес машины (до определённого выше предела) и тем, следовательно, лучше её проходимость. Однако повышение коэффициента блокировки имеет свои отрицательные стороны, главной из которых является ухудшение управляемости машиной на поворотах. В этом случае за счёт разности касательных сил тяги на отстающем и забегающем колесе создаётся момент в плоскости дороги, препятствующий повороту.

Можно доказать, что КПД дифференциала зависит от величины коэффициента блокировки и радиуса поворота.

Чем , тем и чем , тем . Например, при и .

Иногда вместо дифференциала между колёсами устанавливается механизм с муфтой свободного хода. Его называют дифферциалом свободного хода или обгонным дифференциалом. Такие дифференциалы устанавливаются на тракторах К-701, Т40А и др. Иногда применяются блокирующиеся дифференциалы другого типа, у которых блокировочные связи между ведущими полуосями автоматически прекращаются при совершении поворота. Управление блокировочной муфтой, как правило, осуществляется при помощи гидравлического распределителя и золотниковой системы.

Межосевые дифференциалы, применяемые в многоприводных машинах, могут, в свою очередь, ограничивать максимальную силу тяги машины, если какое-либо из колёс попадает в неблагоприятные условия сцепления с дорогой. Поэтому для повышения проходимости колёсных машин по плохим дорогам необходима возможность блокировки в той или иной форме не только межколёсных, но и межосевых дифференциалов.