 |
Определение нормальных реакций почвы на передние и задние колеса трактора при работе с прицепными машинами
|
|
|
|
Нормальные реакции дороги на колеса трактора могут иметь разные значения в зависимости от внешних сил и моментов, действующих во время работы. Величина этих реакций определяет степень нагруженности колес и оказывает существенное влияние на тягово-сцепные и тормозные свойства, продольную устойчивость и управляемость, а также на нагруженность трансмиссии.
Рассмотрим возможный общий случай, когда трактор с прицепом движется ускоренно на подъем под углом a к горизонту.
При прямолинейном движении трактора на него действуют в продольной плоскости следующие внешние силы и реакции.
1. Вес трактора G, он приложен в центре тяжести трактора. Положение центра тяжести зафиксировано на схеме двумя координатами: продольной a и вертикальной h; первая из них определяет расстояние от центра тяжести до прямой, проведенной через геометрическую ось ведущих колес перпендикулярно поверхности пути; вторая – расстояние от центра тяжести до опорной поверхности.
2. Нормальные реакции дороги: Yк - на задние ведущие колеса, Yп - на ведомые; реакция Yк смещена на расстояние ак, а реакция Yп - на расстояние 
от прямых, проведенных через оси соответствующих колес перпендикулярно их опорной поверхности.
3. Реакции дороги, параллельные поверхности пути: действующая по направлению движения толкающая сила 
, приложенная на расстоянии 
от геометрической оси ведущих колес, и действующая против направления движения реакция 
, приложенная на расстоянии 
от геометрической оси передних колес.
4. Тяговое сопротивление 
, приложенное в точке прицепа, находящейся на высоте 
от поверхности пути; в общем случае тяговое сопротивление направлено под углом 
к этой поверхности.
|
|
|
5. Суммарная сила инерции 
поступательно движущихся масс трактора, возникающая при неравномерной скорости движения.
Рисунок 1- Внешние силы, действующие на трактор в продольной плоскости в общем случае движения с прицепной машиной.
В продольной плоскости действуют еще касательные силы инерции колес и вращающихся деталей трансмиссии, сидящих на поперечных валах. Моментами, создаваемыми указанными касательными силами инерции, а также сопротивлением воздуха пренебрегаем ввиду их относительно небольшого влияния на общую динамику трактора.
Для удобства дальнейших вычислений перенесем силу тягового сопротивления по направлению ее действия до пересечения с плоскостью, проходящей через ось ведущих колес нормально к поверхности пути.
Рассмотрим случай при условиях 
=0,5м, 
=10; 
=0,65м; 
=3,2м; 
=30; 
=0; 
=14000 Н; 
=1 м; h=1,2м.
Новую точку приложения тягового сопротивления назовем условной точкой прицепа. Высота ее над поверхностью пути 
определяется из соотношения:
=0,5+0,65·tg10=0,61м;
где 
- продольное расстояние от действительной точки прицепа до оси ведущих колес.
Угол 
условимся считать положительным, когда линия тягового сопротивления наклонена вниз по направлению к опорной поверхности, и отрицательным, когда она наклонена вверх. На рассматриваемой схеме принят первый случай.
Чтобы определить нормальную реакцию дороги 
, действующих на передние колеса, составим уравнение моментов всех сил, показанных на рисунке 3, относительно точки 
, в которой толкающая сила 
пересекается с нормалью к поверхности пути, проведенной через геометрическую ось ведущих колес. Уравнение моментов имеет следующий вид:
,
где L - продольная база трактора.
Заменим в приведенном уравнении произведения 
и 
соответствующими моментами сопротивления качению 
и 
ведущих и ведомых колес. Учитывая далее, что 
представляет собой момент сопротивления качению всего трактора, который условимся обозначать через 
получим следующую формулу для определения реакции 
:
|
|
|
=g 
mmax=9,81 4180=41006 Н;
=4168 Нм;
Здесь, как и всюду дальше, принимаем 
.
Нормальную реакцию дороги 
можно определить, написав уравнение проекций действующих сил на поперечную плоскость, перпендикулярную поверхности пути: 
Подставив сюда вместо реакции 
ее значение из уравнения, получаем следующую формулу:
Если рассматривается движение под уклоном, то угол 
имеет отрицательное значение и член 
должен входить в уравнение со знаком минус. Сила инерции 
также может иметь в уравнениях разный знак; при замедленном движении (например, в случае торможения машины) ее нужно брать со знаком минус.
При установившемся движении трактора с прицепом на горизонтальном участке реакции и имеют следующие значения:
;
Назовем реакции и , действующие на колеса трактора, когда он стоит неподвижно без прицепа на горизонтальной площадке, статическими реакциями и будем обозначать их 
и 
. Приравняв в предыдущем уравнении нулю все силы и моменты, отпадающие в рассматриваемом случае, получаем:
;
Сравнение значений реакций и 
, действующих на передние и задние колеса трактора при различных условиях, показывает, что они не остаются постоянными. Если трактор движется без прицепа или если линия тягового сопротивления параллельна поверхности пути, то изменение реакций и происходит в результате перераспределения нормальных нагрузок между передними и задними колесами; снижение нагрузки на передние колеса вызывает такое же увеличение нагрузки на задние колеса, и наоборот; Сумма и 
остается равной 
. При наклоне линии тягового сопротивления к поверхности пути изменение реакций и происходит не только в результате перераспределения нормальных нагрузок между колесами, но и в результате того, что в этом случае:
+ = 
.
Для более наглядного представления о том, как распределяются нормальные реакции между передними и задними колесами при различных условиях движения, и для возможности сравнения в этом отношении различных тракторов вводятся удельные измерители значений и 
. Назовем отношение 
коэффициентом нагрузки передних колес, а отношение 
коэффициентом нагрузки задних колес и будем обозначать эти отношения соответственно через 
и 
. Значения 
и 
могут быть определены по приведенным выше формулам для подсчета реакций 
и 
. В частности, при установившемся движении трактора с прицепом на горизонтальном участке коэффициенты и имеют следующие значения:
|
|
|
В этих формулах 
=0,31 и 
=0,69 - значения коэффициентов нагрузки передних и задних колес при статическом положении трактора. Величина имеет значение для суждения об управляемости трактора; величина 
у трактора с задними ведущими колесами характеризует сцепной вес
На распределение нормальных нагрузок между передними и задними колесами существенное влияние оказывает продольная координата центра тяжести трактора. Уменьшение веса, приходящегося на задние колеса, ухудшает сцепные качества трактора; уменьшение веса, передаваемого передним колесам, отрицательно сказывается на его управляемости и продольной устойчивости.
Конструктивные параметры трактора также оказывают влияние на перераспределение нормальных нагрузок между передними и задними колесами. Чем короче продольная база трактора и чем выше у него расположен центр тяжести и условная точка прицепа, тем при прочих равных внешних условиях резче происходит перераспределение.
|
|
|
