22 Энергетический баланс.

Уравнение энергетического баланса отражает распределение энергии двигателя на выполнение основного технологического процесса, совер­шение работы в разных механизмах трактора и взаимодействие движи­телей с дорогой. В общем случае мощностной баланс имеет вид

(68)

где Ne — эффективная мощность двигателя; NKp — тяговая мощность на прицепном уст­ройстве трактора; JVB0M — мощность на валу отбора мощности; Nr„, N&, Nj, N, — мощ­ности, характеризующие расход энергии на трение в трансмиссии, буксование движите­лей, преодоление сопротивлений качению и подъема; NK0U — мощность, необходимая для создания условий труда тракториста; Л^- — мощность сил инерции; Np — мощность рассеивания, поглощаемая устройством для снижения колебании и другими упругими элементами конструкции трактора; NH — недоиспользованная мощность, возникающая вследствие того, что двигатель не развивает полную эффективную мощность, если момент сопротивления носит переменный характер; N„ — мощность, затрачиваемая на буксова­ние движителей и качение трактора, возникающая вследствие подворотов, осуществляе­мых на гоне.Динамические составляющие потерь и недоиспользования мощнос­ти энергетического баланса тракторабудут рассмотрены в третьем разделе (п. 4.5). Мощности Nj, Nj имеют разные знаки в зави­симости от того, движется трактор на подъем или на спуске, разгоняется или снижает скорость. При подъеме и разгоне мощности Np N; берут со знаком «плюс», при спуске и замедлении — со знаком «минус».Степень совершенства трактора как тягана и соответствие его функциональному назначению характеризует изменение отдельных со­ставляющих энергетического баланса в зависимости от тягового усилия на крюке Ркр. Анализ этих зависимостей позволяет определить опти­мальный диапазон режима работы трактора в эксплуатации с наиболь­шей производительностью и наименьшими энергетическими потеря­ми, характеризуемыми КПД. Поэтому составляющие уравнения энер­гетического баланса, не зависящие от тяговой нагрузки (NqqM, Nkom), не анализируют.Рассмотрим статический энергетический баланс трактора при рав­номерном движении по горизонтальному участку поля. В этом случае динамические составляющие и составляющую Nt мощностного балан­са исключают а исходное уравнение (68) принимает следующий вид:

(69)

Для большей наглядности мощностной баланс трактора изображают графически (рис. 54). Он представляет собой функциональную зависи­мость составляющих уравнения (69) от тяговой силы на крюке трактора

Различают общий и тяговый КПД. Общий КПД учитывает мощность N^p, преобразуемую в тяговое усилие, и мощность на ВОМ. Тяговый КПД рассчитывают для двух случаев: трактор работает в тяговом режиме одновременно с приводом через ВОМ и только в тяговом режиме.

Коэффициент полезного действия трактора принято определять при равномерном движении его по горизонтальному участку пути, используя следующие формулы: (74) где Nnp bom — мощность механических потерь в приводе ВОМ.Графическая зависимость тягового КПД трактора в некотором масштабе совпадает с зависимостью мощности NKp по потенциальной характеристике (см. рис. 54). Это видно из выражения (74), так как Ne = const.

23. ТЯГОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАКТОРА СО СТУПЕНЧАТОЙ ТРАНСМИССИЕЙ

Основной характеристикой трактора, отражающей его функци­ональные свойства и соответствие назначению, принято считать тяго­вую характеристику, выражающую зависимость тяговой мощности, скорости, удельного расхода топлива, буксования и тягового КПД от тя­гового усилия на крюке. По существу тяговая характеристика — это по­строенная в других координатахрегуляторная характеристика двигате­ля, снятая через трансмиссию с учетом взаимодействия движителей с почвой. При снятии как регуляторной, так и тяговой характеристик по­следовательно повышают или снижают (от некоторого уровня) нагрузку на двигатель и измеряют показатели работы двигателя и трактора.

Рассмотрим пока только зависимости крутящего момента и эффек­тивной мощности от угловой скорости вала двигателя, а также тяговой мощности и скорости трактора от тягового усилия трактора со ступен­чатой трансмиссией. ,

Если регуляторную характеристику двигателя (рис. 59, а) перестро­ить в координатах Ne, юд =f(MK), то она примет вид, изображенный на рисунке 59, б, т. е. вид тяговой характеристики. Тяговая мощность NKp, тяговое усилие Ркр и скорость трактора vTp, используемые в качестве ко­ординат для построения тяговой характеристики трактора, представля­ют собой эффективную мощность Ne, крутящий момент Мк и частоту вращения вала двигателя сод.

Масштаб \х учитывает параметры взаимодействия движителей с поч­вой, а также передаточное число трансмиссии /тр, имеющее неодинако­вые значения для разных передач. Это означает, что каждой передаче со­ответствуют конкретные зависимости

На рисунке 60 изображено семейство кривых тяговой мощности трактора с четырехступенчатой коробкой передач. Каждая кривая мощ­ности NKp построена по одной и той же зависимости Ne = ДЛ/К), пред­ставленной на рисунке 59, б, но при разных значениях масштаба ц^> учитывающего передаточное число трансмиссии /тр.

При работе трактора на каждой передаче его тяговая мощность уве­личивается по мере роста нагрузки Ркр, начиная от нуля при холостом ходе до максимального значения NKp тах. Максимальное значение мощ­ности на тяговой характеристике соответствует точке Ь', на регулятор-ной — точке Ъ (см. рис. 59), т. е. номинальному режиму работы двигате­ля. Тяговая характеристика левее точки Ь' формируется регуляторным участком регуляторной характеристики, а правее точки Ь' — корректор­ным участком регуляторной характеристики двигателя.

Точки bub' характеризуют номинальный режим работы двигателя и соответствующие ему тяговый и скоростной режимы работы трактора. Таким образом, на каждой зависимости NKp = J{PKp) есть только одна точка, которой соответствует максимальное значение NKp. На одной из передач трактор обладает наибольшим значением NKp (точка Ь) по срав­нению с другими передачами (см. рис. 60). При силе Ркр, соответствую­щей этим значениям NKp и лт, сумма потерь на буксование и качение минимальная. Как правило, такой передачей должна быть II (у гусенич­ных тракторов) или III (у колесных тракторов) передача рабочего диа­пазона, на которой трактор выполняет наиболее энергоемкие операции и занят наибольшее время в году.

Огибающая линия на рисунке 60, соединяющая точки максималь­ной мощности по передачам, представляет собой потенциальную тяговую характеристику трактора. Степень совершенства тягово-энерге-тических свойств трактора оценивают по тому, как плотно потенциаль­ная тяговая характеристика Огибает тяговые характеристики по передачам.

Ординаты заштрихованных площадей на рисунке 60 характеризуют степень использования тяговой мощности трактора при ступенчатой трансмиссии в сравнении с потенциально возможным ее использовани­ем при бесступенчатой автоматической трансмиссии. Так, при работе с орудием, создающим тяговое сопротивление Р'кр, трактор, оснащен­ный ступенчатой коробкой передач, может работать с максимальной тяговой мощностью на III передаче в точке с (NKpc), а трактор с прогрес­сивной трансмиссией будет работать в точке d с мощностью Л^ d. При одинаковой ширине захвата орудия, соответствующей тяговой силе Р кР, разница мощностей NKp с и Л^р ^ определяет разницу скоростей ра­боты трактора, т. е. разную производительность МТА. При бесступен­чатой трансмиссии трактора производительность МТА в рассматривае­мом примере будет больше, потому что

Степень использования энергетическихвозможностей трактора в эксплуатации характеризует площадь заштрихованных на рисунке 60 фигур — чем она меньше, тем выше использование энергетических воз­можностей трактора. Сблизить тяговые характеристики тракторов со ступенчатой и бесступенчатой трансмиссиями можно двумя способами: увеличить число передач. Тогда заштрихованных областей будет боль­ше, но площадь каждой из них и их суммарная площадь будет меньше. Этот способ повышения тягово-энергетических свойств трактора ил­люстрирован на рисунке 60 дополнительной передачей 1а. При увели­чении числа передач до бесконечности можно получить бесступенча­тую трансмиссию, которая в сочетании с автоматическим регулирова­нием /.jp по загрузке обеспечит потенциальную тяговую характеристику;

добиться более пологого измене­ния зависимости NKp = J[PKp) на каждой передаче без изменения числа передач (штриховая линия III передачи на рис. 60). Это при­ведет к более полному использо­ванию мощности. Желаемого из­менения кривой тяговой мощнос­ти можно достичь увеличением запаса крутящего момента двига­теля (штриховые линии на рис. 59, а).

24

Типоразмерный ряд сельскохозяйственных тракторов в нашей стране образован по силе тяги. В качестве классификационного параметра принято номинальное тяговое усилие (ГОСГ 4.40—84), т. е. такое его значение, при котором достигается наиболее полное использование тягово-знергетических свойств трактора.

Номинальное тяговое усилие (кН) трактора:

Значение Ркри экспериментально проверяют в процессе тяговых испытаниях трактора (ГОСТ 7057—81) на стерне колосовых. При этом масса трактора должна соответствовать эксплуатационной массе т.,

Методика проведения тяговых испытаний

В соответствии с требованиями ГОСТ 7057-81 тяговая нагрузка на ка­ждой передаче должна изменяться ступенчато от нуля до максимального зна­чения. Число ступеней загрузки - не менее 12. Максимальное тяговое усилие должно ограничиваться началом неустойчивой работы двигателя или буксо­ванием, предельное значение которого для гусеничных составляет 35 % и 30 % для колесных тракторов.

В данной лабораторной работе ступенчатая тяговая нагрузка задается буксировкой трактора МТЗ-80 с неработающим двигателем. Ступенчатость загрузки достигается переключением передач буксируемого трактора. По­следовательность включения передач на нем осуществляется по следующей схеме; 1. Нейтральное положение (соответствует- минимальной нагрузке). 2. Девятая передача. 3. Восьмая передача и т.д., до максимально возможной тя­говой нагрузки.

Такой способ загрузки испытываемого трактора не в полной мере соот­ветствует требованиям ГОСТ, так как не позволяет получить 12 ступеней за­грузки. Однако допускаемая при этом погрешность не велика.

Каждый опыт проводят в следующем порядке. Испытываемый трактор устанавливают в начале вспомогательного участка, включают соответст­вующую передачу, а акселератор перемещают до упора, что соответствует максимальной частоте вращения холостого хода. Затем разгоняют трактор до установившейся скорости. По ориентиру, соответствующему началу кон­трольного участка, подается звуковой сигнал, одновременно с которым включается шмерш-ельно-регистрируюпгзя аштратура. В конце контрольно­го участка по сигналу измерения заканчиваются.

К числу регистрируемых опытных данных относятся:

время опыта-- Топ;

крюковое усилие - Р_кр;

число оборотов ведущих колес - n_np, n_лев;

расход топлива за Gт.о.п. опыт.

После разворотя на вспомогательном участке опыт повторяют при движении в обратном направлении (2-кратная повторность опытов). Затем тяговую нагрузку по изложенной выше схеме увеличивают и испытания про­водят в той же последовательности. Результаты каждого опыта заносят в про­токол .

Формулы для расчета оценочных параметров испытаний

Средняя скорость трактора

Средняя тяговая мощность

Часовой расход топлива

Удельный крюковой расход топлива

Буксование колес

где n_p и n_x - среднее число оборотов ведущих колес при движении трактора с тяговой нагрузкой и холостым ходом соответственно. Условный тяговый кпд трактора

где N_кр.max - максимальная тяговая мощность на данной передаче, кВт; N_e -номинальная эксплуатационная мощность двигателя, определяемая по регу-ляторной характеристике.

25

ДИНАМИЧЕСКИЙ ФАКТОР И ДИНАМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

АВТОМОБИЛЯ

Динамическим фактором автомобиля называют отношение избы­точной тяговой силы к весу автомобиля:

D= (P_K-P_w)/G_a

Величина D представляет собой обобщенный показатель динамиче­ских свойств автомобиля.

P_K = G_afк+ G_ai + (G_a/g)_Bp ja+ kwFVa²

Сгрупировав члены содержащие вес автомобиля Ga,в правой части,получим

Левая часть уравнения представляет собой избыточную касательную силу тяги, которая преодолевает силу сопротивления качению и силы инерции. Если обе части уравнения разделить на G_a, то оно примет вид

При равномерном движении автомобиля j= 0. Следовательно,

D =fк + i= Ψ

Таким образом, при равномерном движении автомобиля динамиче­ский фактор численно равен коэффициенту суммарного дорожного сопротивления, т. е. D = Ψ

.

видно, что динамический фактор зависит от скоростного и нагрузоч­ного режимов работы двигателя и автомобиля. Поэтому строят дина­мическую характеристику автомобиля, представляющую зависимость D=f(Va) по передачам. Это основная характеристика автомобиля, от­ражающая его тягово-скоростные свойства (рис. 92)

Характерные точки динамической характеристики следующие:

• максимальная скорость v_{a max} и динамический фактор при макси­мальной скорости D_v;

• максимальное значение динамического фактора на первой передаче D_max и соответствующая ему скорость v_D;

• максимальное значение динамического фактора на каждой передаче и соответствующая ему скорость v_K (критическая).

Рис. 92. Динамическая характеристика автомобиля с пятискоростной коробкойпередач

26

Тягово-динамические свойства трактора — это свойства, характери­зующие способность работы его в условиях динамических воздействий без снижения тяговых и энергетических показателей в сравнении с по­казателями при статических воздействиях. При работе с установившей­ся нагрузкой тягово-динамические свойства трактора принято оцени­вать по энергетическому балансу с учетом динамических составляющих и по степени снижения тяговых показателей вследствие динамичности внешних воздействий. В процессе исследований учитывают также амп­литуду колебаний угловой скорости коленчатого вала двигателя и ско­рости движения трактора.

Тягово-динаминеский расчет представляет собой тяговый расчет, вы­полненный с учетом того, что трактор является динамической систе­мой, состоящей из отдельных элементов и подверженной динамиче­ским внешним воздействиям.

Тягово-динамические испытания — это тяговые испытания, проводи­мые на стандартном поле с регламентированной динамической нагруз­кой на крюке и с подворотами, имитирующими непрямолинейное дви­жение трактора при выполнении сельскохозяйственных операций.

Тягово-динамические показатели трактора при оценке его работы с установившейся нагрузкой представляют собой параметры, получен­ные в процессе тягово-динамических испытаний или тягово-динамиче-ского расчета.

К тягово-динамическим процессам относятся также трогание и разгон МТА. Это переходный, или неустановившийся, динамический про­цесс, поэтому его рассматривают самостоятельно. Основными крите­риями оценки трогания и разгона МТА принято считать осуществление этого процесса без остановки двигателя и длительность разгона. Эти по­казатели приняты в качестве основных потому, что они определяют та­кие функциональные свойства, как производительность и агротехниче­ские показатели.

Тягово-динамическая характеристика трактора. При тяговых испыта-ниях происходит некоторое колебание нагрузки и угловой скорости ко­ленчатого вала двигателя, что вносит существенные изменения в стати­ческое представление о тяговых свойствах трактора.

Из рисунка 77 видно, что колебания нагрузки на нелинейном участ­ке регуляторной характеристики двигателя влияют и на формирование тяговой характеристики трактора. Одним из проявлений этого служит неизбежное относительное смещение точек (а и а') излома характерис­тик N_e =ЛМ_К) и Год =J{M_K) (рис. 77). Принято считать, что эти точки со­ответствуют максимуму тяговой мощности и номинальной угловой скорости коленчатого вала двигателя. Зависимости N_e = f[M_K) и со_д = ДЛ/_К), изображенные сплошными линиями, служат основой для формиро­вания тяговой характеристики, а зависимости с участками, изображен­ными штриховыми линиями, — основой для формирования тягово-динамической характеристики тракто­ра. По аналогии с динамической регуляторной характеристикой двигателя (см. рис. 74) тяговую характеристику, сформирован­ную ею и содержащую участки со штриховой линией, называют тягово-динамической характе ристикой трактора.

,.

Рис. 77. Влияние нелинейности регуляторной характеристики двигателя на за­висимости N_e и w_д тяговой характеристики трактора

Тяговый КПД трактора. Регламентируемый стандартом метод экспе­риментального определения КПД трактора заключается в следующем. При разной тяговой нагрузке измеряют средние за опыт значения тяго­вого усилия Р_кр на крюке и скорости V_Tp движения трактора. Далее расчитывают тяговую мощность, находят ее максимальное значение, со­ответствующее точке Ь' (см. рис. 77),

Тяговый КПД

27

Способы снижения уплотнения почвы тракторными движителями.

Снижение вредного воздействия тракторных движителей на почву до­стигается за счет применения трактора, тип и параметры движителя ко­торого соответствуют данному агрофону, а также правильным выбором состава машинно-тракторного агрегата.

Наиболее радикальное направление снижения вредного воздейст­вия движителей на почву — применение гусеничных тракторов. Однако они менее универсальны, чем колесные, не могут перемещаться по до­рогам с твердым покрытием, что препятствует их широкому использо-

ванию в сельскохозяйственных зонах с развитой сетью благоустроен­ных дорог. В связи с этим проводят большие исследовательские работы по применению резиновой гусеницы. Образцы бесконечной резиновой ленты, армированной стальными тросами, разработаны в Японии и в нашей стране. Тракторы с такой гусеницей (вместо стальной) созданы в НАТИ и проходят испытания.

Вредное воздействие колесных движителей на почву может быть снижено до уровня вредного воздействия гусеничных тракторов не­сколькими способами. К их числу относятся: сдваивание колес, приме­нение шин низкого давления и арочных шин, создание колесных трак­торов колесной формулы 6К6. Модель трактора с колесной формулой 6К6 считают перспективной. Положительные эксплуатационные свой­ства такого трактора, в том числе агротехнические, повышаются суще­ственным образом, если третий ведущий мост сделать отсоединяемым.

С целью снижения уплотнения почвы колесными тракторами следу­ет применять шины низкого давления, позволяющие работать при дав­лении воздуха 0,08...0,12 МПа. Для энергетических средств транспорт-но-технологического назначения наиболее эффективным способом снижения вредного воздействия на почву является применение ароч­ных шин. Так, высокую оценку в эксплуатации получила созданная на основе трактора Т-150К машина ЭСВМ-7 для внесения удобрений. Она оснащена арочными шинами шириной 1200 мм и способна переме­щаться по вспаханному переувлажненному полю со скоростью 30 км/ч, не создавая при этом глубокой колеи.

Вредное воздействие движителей на почву можно снизить, приме­няя широкозахватные и комбинированные агрегаты. При работе с ши­рокозахватными агрегатами вредное воздействие движителей на почву уменьшается за счет снижения относительной площади вытаптывания обработанного поля движителями трактора по мере увеличения шири­ны захвата агрегата. Применение комбинированных агрегатов связано с изменением технологического процесса обработки почвы и возделы­вания культур. Влияние их на почву рассмотрено далее.

28

Устойчивость от сползания трактора, стоящего поперек склона, считают достаточной, если составляющая силы тяжести трактора, параллельная склону, не больше суммы боковых реакций почвы левого Z2 и правого Z1 бортов.

GтрsinβφZ1+Z2

Предельное значение боковых реакций почвы на всех колесах можно выразить через вес:

Z1+Z2= φкGтрcosβφ

Тогда:GтрsinβφφкGтрcosβφ

Или tgβφφк

Таким образом, сползание трактора со склона не произойдет, если коэффициент сцепления колес с почвой больше тангенса угла наклона поверхности, на которой стоит машина.

Критерием устойчивости против опрокидывания является значение нормальной реакции почвы на колеса машины, расположенные на стороне, противоположной опрокидыванию, Трактор не опрокинется при условии:

Y10

В качестве оценочного показателя поперечной устойчивости машины принимают предельный статический угол βlim поперечного уклона, на котором она может стоять без опрокидывания.

tgβlim = 0.5Bk/hц.

Для колесного трактора принимают, что точка возможного опрокидывания лежит на середине ширины профиля колеса

Для гусеничного трактора возможной осью опрокидывания является внешняя кромка гусеницы. Тогда:

tgβlim = 0.5(Bk + bг) /hц.

где bг – ширина гусеницы.

На поперечную устойчивость машины при криволинейном движении существенно влияют инерционные силы, возникающие от поворота.

Рассмотрим простейший случай поворота колесной машины на го­ризонтальном участке с установившейся скоростью и постоянным ра­диусом вращения вокруг центра.. При повороте возникает результирующая центробеж­ная сила Рц, приложенная к центру тяжести машины и направленная по радиусу от центра. С увеличением скорости дви­жения и уменьшением радиуса поворота центробежная сила рез­ко возрастает. Так, при равномер-ной скорости движения автомобиля vM = 15 м/с (vM = 54 км/ч) и радиусе поворота Rn = 40 м боковая составляющая центробежной силы превы­шает половину веса машины, т. е. 0,5GM.

Переход от прямолинейного движения к установившемуся криволи­нейному с постоянным радиусом поворота сопровождается непрерыв­ным изменением положения центра О\ и радиуса поворота. Происходит ускоренное вращение центра тяжести машины вокруг точки 02> вслед­ствие чего возникает инерционная сила При входе машины в поворот направление действия этой силы такое же, как и силы Р'п, а при выходе из поворота — противоположное.

Факторы (подвеска, эластичность шин, касающиеся оси мостов), снижающие статическую поперечную устойчивость, ухудшают попе­речную устойчивость автомобиля и на повороте. Пример отрицательного

влияния подвески на поперечную устойчивость машины показан на рисунке. При повороте коорди­ната центра тяжести смещается не только в сторону опрокидывания машины из точки А в точке А1 но и понижается на величину hц — hц1.

29

Проходимость автомобиля. Под проходимостью автомобиля пони­мают его способность перемещаться без остановки, преодолевая до­рожные препятствия двух типов: препятствия профильного характера (стенка канавы, камни и т. д.) и участки дороги со слабонесущим опор­ным слоем почвы или грунта. Поэтому проходимость автомобиля при­нято называть дорожной, подразделяя ее на профильную и опор­но-сцепную.

Профильная проходимость машины определяется главным образом геометрическими размерами и конкретными конструктивными осо­бенностями, позволяющими машине преодолевать профильные пре­пятствия.

Опорно-сцепная проходимость зависит от свойств движителей и тяго-во-сцепных качеств машины в целом.

Различают автомобили ограниченной, повышенной и высокой про­ходимости.

Автомобили ограниченной проходимости — это дорожные автомоби­ли, эксплуатируемые на дорогах с твердым покрытием и грунтовых су­хих дорогах. С дополнительными приспособлениями, повышающими главным образом сцепные свойства движителей, они могут работать в сложных дорожных условиях.

Автомобили повышенной проходимости представляют собой, как пра­вило, модификации основных моделей автомобилей ограниченной проходимости, отличаясь от них некоторыми конструктивными осо­бенностями: приводом на все колеса, пониженным или регулируемым давлением воздуха в шинах, блокируемым дифференциалом. Некото­рые машины оснащают лебедками для самоподтягивания и другими приспособлениями для преодоления препятствий.

Автомобили высокой проходимости должны обладать способностью преодолевать различные рельефные препятствия — канавы, бревна, пни, камни, вертикальные стенки и т. д. Специальные машины создают также для песков, заболоченной местности, условий вечной мерзлоты и Крайнего Севера. Такие автомобили отличаются от автомобилей огра­ниченной проходимости существенными конструктивными особен­ностями. Их комплектуют специальными шинами.

Профильная и опорно-сцепная проходимости характеризуются на­личием свободной толкающей силы F_n. Когда в общем тяговом балансе сила F_n равна нулю или несколько больше его, то машина еще может пе­ремещаться. Если толкающая сила меньше нуля, машина теряет под­вижность. Это условие можно выразить следующим уравнением:

P_K-(P_f+Pi) = F_n≥0.

В качестве оценочного критерия удобнее пользоваться безразмер­ной величиной. Поэтому тягово-сцепные свойства и опорно-сцепную проходимость оценивают по коэффициенту запаса тяговой силы

kТ = PкPΨ.

Коэффициент запаса тяговой силы — это важный показатель степени совершенства машины, соответствия ее функциональному назначению.

Из условий проходимости коэффициент запаса тяговой силы дол­жен быть больше или равен единице: к_Т > 1.

Показатели профильной проходимости. Размеры и формы препятст­вий, вызывающих потерю проходимости, очень разнообразны. Однако все они могут быть приведены, по М. Г. Беккеру, к типу уступ и выступ .Препятствия этих двух типов встречаются раздельно или в сочетании. Тогда они образовывают канаву или насыпь.

Профильная проходимость машины на конкретной дороге опреде­ляется ее компоновкой, геометрическими параметрами, диаметром и числом колес, в том числе ведущих.

Основные геометрические параметры автомобиля в соответствии с государственным стандартом — дорожный просвет, углы переднего и заднего свесов, продольный радиус проходимости.

Дорожный просвет — это расстояние /г_пр (рис. 143) от дороги до наи­более низкой точки автомобиля, расположенной между колесами. В таб­лице 5 даны значения дорожного просвета для различных автомобилей.

Углы переднего У] и заднего у₂ свесов представляют собой углы между плоско­стью, касающейся беговой дорожки ши­ны и наиболее выступающей точки ма­шины

Продольный радиус R_а на рисунке характеризует проходимость ав­томобиля по неровностям. Чем меньше продоль­ный радиус проходимости при прочих одинаковых геометрических па­раметрах машины, тем большее препятствие может преодолеть автомо­биль, не зависая на нем.

30

Плавность хода и трактора, и автомобиля оценивают по влиянию ко­лебаний главным образом на физическое состояние и здоровье челове­ка. Наряду с этим имеются и другие важные показатели работы маши­ны, зависящие от плавности хода. Так, при эксплуатации грузовых ав­томобилей на дорогах, покрытия которых с большими неровностями, скорость движения снижается на 40...50 %, межремонтный пробег на 35...40 %, расход топлива увеличивается на 50...70 %, а себестоимость перевозок — на 50...60 %.

Колебания от неровностей профиля дороги и агрофонов составляют некоторую часть общего спектра частот колебаний. Мероприятия по за­щите водителя от неровностей поля и дороги также составляют лишь часть общих мероприятий. Поэтому проблема плавности хода относит­ся к области динамики машины. Показатели плавности хода являются исходными для общей оценки виброзащиты и должны соответствовать нормам, по которым оценивают свойства безопасности трактора и ав­томобиля для обслуживающего их персонала.

Водитель и пассажиры оценивают плавность хода субъективно, по собственным ощущениям, которые зависят от интенсивности колеба­ний и длительности их воздействия. Экспериментально установлено, что хорошая плавность характеризуется вертикальными колебаниями, свойственными человеческому телу при ходьбе 60...90 шагов в минуту, т. е. с частотой 1... 1,5Гц. Организм человека наиболее чувствителен к верти­кальным колебаниям в диапазоне частот 4...8 Гц и горизонтальным — в диапазоне 1...2 Гц. При этом колебания воспринимаются по-разному, в зависимости от частот. Низкие частоты воспринимаются пропорциональ­но ускорениям, средние — скоростям, а высокие — перемещениям

МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ПЛАВНОСТИ ХОДА АВТОМОБИЛЯ

Ход подвески. Основной параметр подвески, определяющий плав­ность хода машины, — ее максимальное перемещение. Оно зависит от расстояния между верхним и нижним ограничителями. График, выра­жающий зависимость деформации упругого элемента подвески от при­ложенной статистической нагрузки, называют характеристикой подве­ски (рис. 136).

136. Приведенная характеристика подвески

Основной способ повышения плавности хода состоит в применении «мягкой» подвески, которая определяется приведенным статическим ходом f_ст (деформацией). На рисунке 137 представлена зависимость из­менения частоты собственных колебаний z подрессоренной массы отстатического прогиба_ст упругого элемента. Из приведенной зави­симости следует, что чрезмерное увеличение хода_ст приводит к по­явлению сверхнизких (z < 1 Гц) колебаний, которые вызывают «морскую» болезнь у водителя и пассажиров.

Рис. 137. Зависимость частоты собственныхколебаний от статического прогиба упругогоэлемента подвески

Нелинейные характеристики. Применение мягкой подвески при движении по неровностям может иногда приводить к про­бою и вызывать удары об ограничители подвески. Чтобы этого избежать, применяют подвески с нели­нейной характеристикой, в которой используются упругие элементы с переменной жесткостью. Изменение жесткости в зависимости от на­грузки может выражаться плавной или ломаной характеристикой с од­ним (рис. 138, б) или несколькими изломами. При этом малым нагруз­кам G_H на подвеску (рессора 7) соответствует «мягкий» участок характе­ристики с углом а.\. При увеличении G_H жесткость повышается (в работу включается рессора 2), соответствуя углу сс₂. Реализация в конструкции такой характеристики со ступенчатым изменением жесткости показана на рисунке 138, 6.

Рис. 138. Подвеска с дополнительной рессорой:а — схема конструкции; б — характеристика

Нелинейность амортизаторов (рис. 139) также повышает плавность хода автомобиля. Как и нелинейная характеристика упругого элемента подвески, нелинейность характеристики амортизатора имеет «мягкие» и «жесткие» участки. Последовательность включения в работу этих участ­ков амортизатора согласуется с изменением нагрузки на подвеску: вна­чале — «мягкий» участок, затем «жесткий» и в конце отбоя также «мягкий».

Пневматические подвески. В пневматической подвеске в качестве уп­ругого элемента используется воздух, находящийся под давлением в герметично замкнутом резервуаре. Преимущество этой подвески за­ключается, прежде всего, в возможности регулирования жесткости пневмоэлемента. За счет этого мож­но получить лучшую характеристи­ку по сравнению с подвеской на ос­нове механического упругого эле­мента. Пневматическая подвеска по сравнению с механической имеет ббльший срок службы и более высо­кую чувствительность к неровнос­тям. К недостаткам пневматиче­ской подвески относят ее сложность (особенно регулируемой подвески) и высокую стоимость.

Рис. 139. Нелинейная характеристика гидрав­лического амортизатора

31

По управляемостью понимают способность машины двигаться по заданной траектории с требуемой точностью при воздействии водителя на механизм управления.Управляемость обусловлена двумя свойствами машины: устойчиво­стью при неуправляемом движении и реакцией на управляющее воздей­ствие водителя. Эти два альтернативных свойства должны быть прису­щи машине в определенном соотношении. Тогда машина в целом будет обладать хорошей управляемостью. Учитывая, что разграничить эти ка­чества машины весьма трудно, их часто рассматривают совместно.В теории автомобиля различают траекторные и курсовые отклоне­ния. Траекторное отклонение — это отклонение вектора скорости ма­шины от заданного направления. Курсовое отклонение — отклонение продольной оси машины от направления траектории движения. В соот­ветствии с этими определениями различают курсовую управляемость и курсовую устойчивость.

СПОСОБЫ ПОВОРОТА КОЛЕСНЫХ МАШИН

Различают следующие способы поворота:

-управляемыми колесами только передней оси (рис. 169, а);

-управляемыми колесами обеих осей двухосной машины (рис. 169, б);

-бортом за счет создания разности крутящих моментов на ведущих

колесах кинематически или торможением (рис. 169, в);

-комбинация первого или второго способа с третьим (рис. 169, г);

-с помощью шарнирно сочлененной рамы (рис. 169, д).

СТАБИЛИЗАЦИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ КОЛЕС

Установка шкворней. Поперечный наклон шкворней (рис. 176) вы­зызывает подъем автомобиля при повороте колеса вокруг оси аа, что сле­дует из кинематики соединительного устройства шкворня с осью. Будучи выведенным из нейтрального положения, колесо стремится занять исходное положение под действием приходящейся на него части веса автомобиля. Эта же вертикальная нагрузка будет удерживать его от са­мопроизвольного выхода из нейтрального положения. Момент в пятне контакта колеса с дорогой, возникающий вследствие кинематики соединительного устройства шкворня с осью и удерживающий управляе­мое колесо от самопроизвольного поворота, называется стабилизирую­щим моментом.

Кинематика колеса со шкворнем, наклоненным в продольной плоскости под углом у к вертикали и установленным вертикально, но со смещением относительно оси колеса (рис. 177, а) аналогичны. В обоих случаях момент от боковых сил всегда стремится вернуть коле­со в нейтральное положение. В соответствии с рисунком 177,5 стабилизирующий момент управляемого колеса с жестким ободом при качении по несминаемой поверхности

, где -боковая реакция, действующая перпендику-ми|1мо к плоскости качения колеса.

Рис. 177. Схема стабилизации управляемого колеса со смешением шкворня без наклона (а), за счет наклона шкворня в продольной плоскости при недеформируемом ободе (б) и деформи­руемом (в)

При качении эластичного колеса по несминаемой поверхности точка приложения равнодействующей боковых реакций смещается назад на величину е (рис. 177, в)

Как видно из полученного выражения, при одинаковой боковой ре­акции плечо и стабилизирующий момент колеса с эластичной шиной больше стабилизирующего момента колеса с жестким ободом.

Боковая реакция К_г и стабилизирующий момент от наклона шквор­ня в продольной плоскости зависят от скорости движения автомобиля в квадрате, потому что основной составляющей боковой реакции при высокой скорости движения автомобиля является реакция на центро­бежную силу. Большой стабилизирующий момент затрудняет управле­ние автомобилем с высокоэластичными шинами при движении с высо­кой скоростью. Поэтому в обоснованных случаях шкворни устанавли­вают вертикально или даже с обратным наклоном.

Развал колес. Колеса устанавливают наклонно (рис. 178, а) к гори­зонтальной плоскости под углом р, называемым углом развала. Этим до­стигаются три важных для эксплуатации фактора.

1. Сила сопротивления качению /у создает момент сопротивления повороту колеса на плече с при установке его с развалом и на плече с\ при установке вертикально. На меньшем плече (с < с\) момент сопро­тивления повороту меньше, поэтому управление автомобилем (тракто­ром) легче.

2. При установке с развалом колесо поджимается к внутреннему ко­ническому подшипнику ступицы, что исключает или снижает виляние колеса в случае появления зазора в подшипниках ступицы.

Рис. 178. Развал (в) и схождение (б) управляемых колес

3. Установка колес с развалом предотвращает обратный развал при |П11осс цапф шкворней.

Для современных тракторов с = Ь/2- 10...30 мм (здесь Ь — ширина шины), а угол = 1,5...4°.

Развал управляемых колес плохо сочетается со сдваиванием колес, применяемым на тракторах с целью повышения их тягово-сцепных гпойств и снижения давления на почву.

Схождение колес. Наклон колеса к поверхности качения вызывает боковой увод его в сторону наклона, т. е. колеса стремятся разойтись: левое — налево, правое — направо. Поверхность качения колеса фор­мирует поверхность конуса, а не цилиндра, что вызывает проскальзывание и интенсивное изнашивание шин. Для устранения этого явления вводят схождение колес (рис. 17, б). Расстояние А между колесами впе­реди делают меньше (на 1.. .4 мм в автомобилях и на 2.. .8 мм в тракторах), чем расстояние В сзади. Касательные и боковые реакции дороги, а так­же удары, действующие на колеса, стремятся вызвать их отрицательное схождение. В связи с наличием зазоров и рулевой трапеции и других соединениях управляемым коле-I им придается несколько большее схождение, чем необходимо из условий компенсации только развала колес.

Схождение колес повышает ко­эффициент сопротивления каче­нию, как показано на рисунке 179.

Рис. 179 Зависимость относительного увеличения сопротивления качению управляемых колёс от угла схождения колёс