Лекция 7.2. Свойства проходимости колёсных машин

7.2.1. Тягово-сцепные свойства проходимости.

Тягово-сцепные свойства определяют в основном тремя измерителями: коэффициентом сопротивления качению машины , коэффициентом сцепления колёс с грунтом (почвой) и величиной буксования . Обобщённый показатель тягово-сцепных свойств – КПД движителя.

Для работы колёсных машин в условиях бездорожья, временного ухудшения почвенно-грунтовых условий, болот (мелиоративные работы) и на снегу необходимо повысить их касательную силу тяги и сохранить значения показателей тягово-сцепных свойств, полученные в обычных условиях. Поэтому создают специальные конструкции тракторов и автомобилей с устройствами, повышающими значение касательной силы тяги по сцеплению и улучшающими основной показатель – КПД движителя.

К дополнительным способам повышения тягово-сцепных свойств машин относятся: увеличение сцепного веса , увеличение значения коэффициента использования сцепного веса , установка дифференциального привода ведущих колёс.

7.2.2. Опорно-временные свойства проходимости машин

Способность колёсной машины передвигаться по болотам, снегу и переувлажнённым минеральным почвам с допустимым значением глубины следа колёс при заданной скорости движения характеризует их опорно-временные свойства. Таким образом, опорно-временные свойства с точки зрения проходимости колёсной машины важны лишь при движении по слабым почвам, грунтам и снегу. Глубину следа колёс необходимо сравнивать с дорожным просветом машины и толщиной дернового покрова болота. По значению глубины следа следует оценивать сопротивление качению колёсной машины и показатели других свойств машины (экологических и агротехнических).

Значение фактической глубины следа , образуемого ходовой частью, зависит от среднего и максимального давлений в контакте колёс с основанием и от периода их взаимодействия , который определяется формулой

,

где - длина опорной поверхности колеса; - скорость движения машины.

Для определения значения глубины колеи (следа) используют различные формулы при движении машины на различных грунтах. Анализ всех этих формул позволяет сделать вывод, что глубина следа , оставляемого колесом, уменьшается при снижении и , при увеличении несущей способности грунта, при уменьшении периода взаимодействия ходовых частей с основанием. В значительной степени глубина следа зависит от свойств почвы.

Для уменьшения значений давлений и на колёсах машин сдваивают пневмошины, устанавливают специальные шины с низким давлением воздуха в них, регулируемым в зависимости от свойств грунта.

7.2.3. Конструктивно-дорожные свойства проходимости

В реальных дорожных условиях возможны следующие виды геометрических препятствий: вертикальный порог при въезде и съезде машины; вертикальный порог с наклонной плоскостью при въезде (эскарп); вертикальный порог с наклонной плоскостью при съезде (контрэскарп); продольный бугор; поперечный бугор; колёсная колея, характеризующаяся шириной каждого следа, межследовым расстоянием и глубиной; габаритный коридор; ширина полосы движения на повороте.

Основные геометрические параметры автомобиля изображены на рисунке 49.

На рисунке: - передний свес; - задний свес; - передний угол проходимости (угол въезда); - задний угол проходимости (угол съезда); - продольный радиус проходимости; - поперечный радиус проходимости; - минимальный дорожный просвет (клиренс); - радиус колеса; - база колёсной машины; и - соответственно колея передней и задней оси; - габаритная длина колёсной машины; - габаритная ширина; - габаритная высота; - расстояние между внутренними поверхностями шин колёсной машины.

Очевидно, что передний угол проходимости и передний свес определяют величину эскарпа, который может преодолеть колёсная машина, задний угол проходимости и задний свес – величину контрэскарпа.

Для улучшения проходимости желательно чтобы углы проходимости были как можно больше. Для современных автомобилей , , причём меньшие значения для легковых автомобилей, а большие для грузовых и автомобилей высокой проходимости.

Минимальный дорожный просвет (клиренс) – это расстояние между наиболее низко расположенной точкой машины и дорогой. Он даёт представление о максимальных сосредоточенных неровностях, над которыми машина может свободно проходить.

Величина дорожного просвета лежит в пределах 140…220мм для легковых и 240…300мм для грузовых автомобилей. Для автомобилей повышенной проходимости величина на 25…30мм больше, а для автомобилей высокой проходимости она равна 400мм. Для сельскохозяйственных тракторов величина дорожного просвета находится в пределах 250…350мм, а для промышленных тракторов она равна 400мм.

Продольный радиус проходимости определяется как радиус окружности, проведённой касательно к колёсам соседних осей и наиболее низко расположенной точкой шасси в пространстве между соседними осями. Он определяется, как правило, графически.

Поперечный радиус проходимости представляет собой радиус окружности, проведённой касательно к колёсам и наиболее низкой точке оси или шасси в поперечной плоскости, и определяет крутизну поперечного бугра, который может быть преодолён автомобилем. Величина также определяется графически.

Для современных автомобилей величины и колеблются в пределах 2…8 метров.

Рассмотрим процесс преодоления порога передними колёсами неведущей оси колёсной машины, считая схему сил симметричной относительно продольной вертикальной плоскости, проходящей через середину машины. Представим так называемую «велосипедную» модель колёсной машины (рис. 50).

На рисунке: - толкающая сила, приложенная к оси шасси колёсной машины; - нормальная нагрузка, передаваемая от шасси на переднюю ось; - реакция порога на ось передних колёс; - высота порога; - расстояние от центра колеса до грани порога; - радиус колеса.

Уравнение моментов относительно точки контакта колёс с гранью порога имеет вид

.

Так как , , , где - вес колёсной машины; - нормальная нагрузка, передаваемая от шасси на ведущую ось; - коэффициент сцепления колеса с дорогой - коэффициент статического распределения веса машины между осями, то предыдущее уравнение можно записать

.

Решая это иррациональное уравнение относительно , получим

.

Анализ этой формулы позволяет сделать вывод, что величина вертикального порога, преодолеваемая передними колёсами неведущей оси колёсной машины, зависит от радиуса колеса , схемы привода и коэффициента сцепления колеса с дорогой .

Рассмотрим процесс преодоления порога колёсами ведущей оси. Схема сил и моментов, действующих на ведущее колесо при преодолении вертикального порога, представлена на рисунке 51.

На рисунке: - крутящий момент, приложенный к ведущим колёсам (величина этого момента ограничивается пределом по сцеплению ); - нормальная нагрузка, передаваемая от шасси на ведущую ось; - реакция порога на ось ведущих колёс; - высота порога; - расстояние от центра колеса до грани порога; - радиус колеса.

Нормальную реакцию порога определим из условия равенства проекций сил на линию, соединяющую точку грани порога и центр колеса

, а .

С учётом сказанного, уравнение равновесия моментов относительно точки грани порога имеет вид

.

Подставляя в полученное уравнение значения , и , получим

.

Решая это иррациональное уравнение относительно , определяем высоту порога, преодолеваемого колёсами ведущей оси машины

.

Анализ этой формулы позволяет сделать вывод, что величина вертикального порога, преодолеваемая ведущими колёсами машины, зависит от радиуса колеса и коэффициента сцепления с дорогой .

7.2.4. Агроэкологические свойства проходимости колёсных машин

Механизация возделывания культурных растений и трав осуществляется применением системы сельскохозяйственных и транспортных машин, среди которых значительную часть составляют тракторы и автомобили. Ходовая часть этих машин уплотняет и истирает почву, что отрицательно влияет на её плодородие и урожайность культур.

В результате указанного воздействия, плотность почвы в следе увеличивается в 1,1…1,2 раза по сравнению с неуплотнёнными участками, структура её ухудшается. И снижается биомасса в почве. Вследствие этого снижается урожайность на площади следов колёс, увеличивается сопротивление почвы обработке рабочими органами.

Для снижения отрицательного воздействия ходовых систем машин уменьшают их давление на почву, используют широкозахватные рабочие орудия, что позволяет уменьшить число проходов машин по полю и площадь следов колёс. В частности для уменьшения потерь урожайности необходимо, чтобы все машины имели одинаковую колею и при выполнении последовательных операций двигались по этой постоянной колее. Кроме того применяют комбинированные машинно-тракторные агрегаты, позволяющие помимо сокращения числа проходов по полю использовать привод колёс рабочих орудий и прицепов для увеличения силы тяги без роста массы машины, а также новые технологии возделывания культур.

7.2.5. Поворачиваемость колёсных машин

Проходимость колёсных машин при криволинейном движении характеризуется теми же свойствами и показателями, что и при прямолинейном движении и дополнительно статической поворачиваемостью, т.е. способностью совершать равномерные повороты с малыми радиусами при невысоких скоростях движения машины.

Критерий статической поворачиваемости и одновременно обобщённый показатель проходимости – относительный радиус поворота . С помощью этого критерия можно определить размеры площади, необходимой для поворота (манёвра).