2.9. Сили, які діють на рухому колісну машину

Сили, які діють на рухому колісну машину розглянемо на прикладі колісного трактора Т-150К.

При рухові колісної машини на неї, крім указаних в попередньому розділі сил, діє штовхаюча сила і сила опору руху.

Розглянемо ці сили при загальному випадку руху машини, коли рух змінний, лінія дороги має деякий нахил до лінії горизонту і до прицепного гака машини прикладено тяговий опір, який створює прицеп, сільськогосподарська машина або знаряддя.

В цьому випадку зі сторони двигуна, повітряного середовища, гравітаційного поля Землі та прицепної машини або знаряддя на колісну машину діють наступні сили та моменти (рис. 2.13):

1. Повна вага машини G.

Числове значення повної ваги машини в Н визначається за залежністю

G = m  g , (2.64)

де m - повна маса машини, кг;

g - прискорення вільного падіння, рівне 9,81 м/с².

Повна маса автомобіля становить

m = m₀ + m_гр + 75  n , (2.65)

де m₀ - власна маса автомобіля , кг;

m_гр - вантажопідємність автомобіля , кг.

n - число посадкових місць в кабіні автомобіля, рахуючи місце

водія;

75 - середньостатистична ГОСТівська вага одного пасажира, кг.

Число посадкових місць в кабіні проєктуємого автомобіля приймається рівним числу місць в автомобіля-прототипа. Автомобіль-прототип приймається по величині вантажопідємності.

Власна маса автомобіля дорівнює

(2.66)

де _гр - коефіцієнт вантажопідємності. ( Величина коефіцієнта зале- жить від призначення автомобіля, його плануємої вантажо-

підємності, кількості ведучих мостів, стану і завантаженості доріг ). Для сучасних автомобілів величина коефіцієнта вантажопідємності знаходиться в межах: легкові автомобілі – 0,25…0,40; вантажні автомобілі з колісною формулою 42 – 0,9…1,2; вантажні автомобілі з колісною формулою 4  4 , 6  6  0,5…0,8.

Для прикладу в табл. 2.8 приведено значення повної ваги деяких Вітчизняних автомобілів.

Конструктивна маса колісного трактора визначається за залежністю

(2.67)

де Р_гн1 - номінальна сила тяги на гаку на І-й передачі, Н;

к_п - коефіцієнт можливого перевантаження трактора. Величина к_п дорівнює величині коефіцієнта корекції подачі палива позитивним коректором регулятора паливного насосу високого тиску. Для сучасних Вітчизняних тракторів величина коефіцієнта корекції подачі палива становить: для дизелів модифікації СМД-60 – 1,20…1,25; для інших дизелів – 1,10…1,15. Величина К_п для зарубіжних тракторів вказується для кожної моделі в технічному паспорті дизеля або трактора [10];

_кдоп - коефіцієнт використання зчіпної ваги трактора в даних грунтових умовах при допустимому буксуванні рушіїв. Для колісних тракторів при допустимому буксуванні 14…16 % величина _кдоп становить 0,50…0,65;

_к - динамічний коефіцієнт навантаження ведучих коліс;

f - коефіцієнт опору перекочування рушіїв в даних грунтових умовах.

Динамічний коефіцієнт навантаження ведучих коліс дорівнює

_к = к  _{к стат} , (2.68)

де к - коефіцієнт перерозподілення навантаження між вісями

машини при рухові, рівний 1,1…1,2;

_{к стат} - статичний коефіцієнт навантаження ведучих коліс,

рівний 0,70…0,75.

При визначенні динамічного коефіцієнта навантаження ведучих коліс приймають наступні значення коефіцієнта навантаження ведучих коліс: з

Т аблиця 2.8

Значення повної ваги деяких автомобілів

№ п.п.	Марка автомобіля	Вага автомобіля, кг
		власна	вантажопі-дємність	паса-жирів	повна
1.	ЗАЗ-968М	790	300	300	1160
2.	ВАЗ-2121	1000	300	300	1355
3.	“Москвич-2140”	1080	350	300	1480
4.	ГАЗ-3110	1420	500	375	1920
5.	ЛуАЗ-969М	960	400	300	1360
6.	ВАЗ-2121	1150	300	300	1550
7.	УАЗ-469Б	1650	800	300	2450
8.	УАЗ-452М	1670	800	150	2620
9.	УАЗ-451М	1510	1000	150	2660
10.	ГАЗ-66	3470	2000	150	5800
11.	ГАЗ-53А	3250	4000	150	7400
12.	ЗИЛ-130	4300	5000	225	9525
13.	ЗИЛ-131	6460	5000	225	10185
14.	МАЗ-500Д	6600	8000	225	14825
15.	КамАЗ-5320	7080	8000	225	15035

Таблиця 2.9

Конструктивна маса деяких моделей сучасних сільськогосподарських тракторів

№ п.п.	Марка трактора	Маса трактора, кг
		конструктивна	експлуатаційна
1.	Т-16М	1340	1450
2.	Т-25А	1600	1725
3.	Т-40АМ	2610	2750
4.	ЮМЗ-6Л	2950	3400
5.	МТЗ-80	3000	3230
6.	МТЗ-100	3750	4030
7.	ХТЗ-121	7020	7420
8.	Т-150К	7275	7750
9.	К-700А	11000	12000
10.	К-701	12500	13500
11.	Т-70С	4250	4380
12.	ДТ-75М	6110	6410
13.	Т-150	6980	7030
14.	Т-130	14320	14900

колісною формулою 42 _кстат = 0,65…0,70, а для гусеничних тракторів і колісних тракторів з колісною формулою 44 _кстат =  = _к = 1.

Конструктивна маса гусеничного трактора визначається за залежністю

(2.69)

Для прикладу в табл.2.9 приведено значення конструктивної маси деяких моделей сучасних Вітчизняних сільськогосподарських тракторів.

2. Крутний момент М_к , який підводиться від двигуна безпосередньо до зовнішньої поверхні шини ведучого колеса.

Для забезпечення руху машини необхідно виконати наступну умову

М_к > М_д , (2.70)

де М_к - крутний момент, який підводиться від двигуна безпосередньо

до вісей ведучих коліс, Нм;

М_д - крутний момент двигуна, Нм.

У випадку, коли

М_к = М_д , (2.71)

машина не може рухатись.

При сталому рухові величина крутного момента на вісях ведучих коліс визначається за залежністю (2.15), а при нестійкому русі – (2.18).

3. Сила тягового опору P_r (сила тяги на гаку), прикладена під кутом _r до лінії поверхні дороги на висоті h_r від лінії поверхні дороги.

Величина сили тяги на гаку в Н при роботі трактора з причіпом визначається за залежністю

P_r = P_пр =   G_пр, (2.72)

де P_пр - тяговий опір причепа, Н;

 - безрозмірний приведений коефіцієнт сумарного опору

дороги;

G_пр - повна вага причепа, Н.

Приведений коефіцієнт сумарного опору дороги дорівнює

 = cos  sin , (2.73)

де  - безрозмірний коефіцієнт опору перекочування ведучих коліс в даних грунтових умовах. Числові значення кофіцієнта  для деяких грунтових фонів приведені в табл. 2.1, 2.2;

 - величина кута нахилу лінії поверхні дороги до лінії горизонту, град та хвилини;

 - у разі руху машини на підйом у рівнянні приймається знак “  “, а коли машина рухається вниз по схилу - “  “.

Повна вага причепа в Н становить

G_пр = G_пр0  G_гр , (2.74)

де G_пр0 - власна вага причепа , Н;

G_гр - вага вантажу, Н.

Власна вага причепа визначається за залежністю

G_пр0 = m₀  g , (2.75)

де m₀ - конструктивна маса причепа, кг. Числове значення m₀ приймається із технічної характеристики прицепа, з відповідних технічних довідників чи каталогів або визначається експериментально.

Вага вантажу дорівнює

G_гр = m_гр  g , (2.76)

де m_гр - номінальна вантажопідємність причепа, кг. Числове значення m_гр приймається із технічної характеристики причепа або визначається експериментально.

Величина сили тяги на гаку в Н при роботі трактора з плугом визначається за залежністю

P_r = P_пл = к_п  а  в , (2.77)

де P_пл - тяговий опір плуга, Н ;

к_п - коефіцієнт питомого опору плуга , Нм². Числові значення коефіцієнта питомого опору плуга для даних грунтових умов визначаються по спеціальним довідковим таблицям відповідної технічної літератури. Для прикладу в табл. 2.10 приведені числові значення к_п для чорнозему для трьох основних агрофонів та двох різновидів;

Таблиця 2.10

Числові значення коефіцієнта питомого опору плуга, кН/м²

Грунт	Агрофон	Різновид грунту
		середньосугли- нистий	супісок та легко- суглинистий
	Стерня озимих	35	25
Чорнозем	Пласт багаторічних трав	45	31
	Цілина, переліг	52	39

Таблиця 2.11

Числові значення коефіцієнта питомого опору сільськогосподарської машини, кН/м

Назва машина	Коефіцієнт
Плуг при оранці стерні на глибину 25 см: легкі грунти середні грунти важкі грунти	3…8 12…15 19…25
Лущильник дисковий	1,2…2,6
Борона дискова: на стерні на оранці на луках і пасовищах	1,6…2,2 3,0…6,0 4,0…8,0
Борона зубова: середня важка	0,3…0,6 0,4…0,7
Культиватор: паровий при глибині обробітку 6…8 см паровий при глибині обробітку 10…12 см плоскоріз глибокорихлювач	1,2…2,6 1,6…3,0 4,0…6,0 8,0…13,0

а - глибина оранки , м;

в - ширина захвату , м.

При роботі трактора з іншими сільськогосподарськими машинами та знаряддями величина сили тяги на гаку в Н визначається за залежністю

P_r = P_м = к_m в , (2.78)

де P_м - тяговий опір машини, Н;

к_м - коефіцієнт питомого опору машини на 1 м ширини захвату, Нм. Числові значення к_м для даних грунтових умов визначаються по спеціальним довідковим таблицям відповідної технічної літератури. Для прикладу в табл. 2.11 приведені числові значення к_м для деяких сільськогосподарських машин;

в - ширина захвату машини, м.

4. Сила опору перекочування коліс P_ , яка діє паралельно лінії дороги ( напрямку руху ) , рівна сумі сил опору перекочування ведучих і ведених коліс і умовно приложена в одній точці.

Точки прикладення і напрямок дії сил опору перекочування ведучих і ведених коліс позначені на рис. 2.13 відповідно літерами P_к і P_п.

Величина сили опору перекочування коліс в Н обчислюється за залежністю

(2.79)

5. Сила опору підйому Р_і, яка діє на Ц.В. машини, паралельно лінії дороги, в протилежний бік від напрямку руху.

Величина сили опору підйому в Н дорівнює

Р_і = G  sin . (2.80)

6. Арифметична сума сил опору перекочування P_f та опору підйому P_і називається приведеною силою сумарного опору дороги P_.

Величина приведеної сили сумарного опору дороги в Н визначається за рівнянням

P_ = P_f  P_і = Gcos + Gsin = ( cos + sin ) G = G. (2.81)

7. Сила опору розгону ( зміни швидкості руху ) P_j , яка діє на Ц.В. машини , паралельно лінії дороги , в протилежний бік від напрямку руху.

Величина сили опору розгону в Н обчислюється за залежністю

(2.82)

де δ_вр - безрозмірний коефіцієнт врахування обертових мас.

Для спрощених розрахунків, наприклад, в начальних цілях, коефіцієнт врахування обертових мас обчислюється за такими формулами:

• при роботі автомобіля без вантажу

δ_вр = 1,04 + 0,05  і²_кпz , (2.83)

• при роботі автомобіля з вантажем

δ_вр =1 + (0,04 + 0,05  і²_кпz ) , (2.84)

• при роботі колісного трактора

δ_{вр =} 1,04 + 0,01  і²_кпz , (2.85)

або

δ_вр = 1,15 +0,001  і²_трz, (2.86)

де і_кпz - передаточне число коробки передач машини на Z-й передачі;

G₀ - власна вага автомобіля, Н;

G - повна вага автомобіля, Н;

і_трz - передаточне число трансмісії трактора на Z-й передачі.

8. Сила опору повітря Р_w , яка діє на Ц.В. машини, паралельно лінії дороги, в протилежний бік від напрямку руху.

Величина сили опору повітря в Н визначається за залежністю

(2.87)

де к - коефіцієнт обтічності, Нс²/м⁴;

F - площина лобової поверхні ( площина парусності ), м²;

V - поточне значення швидкості руху машини, км/г. Числові

значення V визначаються за рівняннями (2.54, 2.55).

Для прикладу в табл. 2.12 приведемо числові значення фактору опору повітря та його складові для деяких моделей Вітчизняних автомобілів.

Таблиця 2.12

Параметри обтічності автомобілів

№ п.п.	Марка автомобіля	F, м2	к, Нс2/м4	кF, Нс2/м2
1.	ЗАЗ, ”Москвич - 412”	1,62	0,20	0,32
2.	ГАЗ - 24	2,09	0,20	0,42
3.	УАЗ - 450Д	3,23	0,65	2,10
4.	ГАЗ - 53А, ГАЗ - 66	4,45	0,65	2,80
5.	ЗИЛ - 130	4,46	0,65	2,90
6.	МАЗ - 500	5,03	0,65	3,30
7.	КамАЗ - 5320	5,08	0,65	3,30
8.	КрАЗ - 258	5,34	0,65	3,50
9.	“Урал - 375”	5,60	0,65	3,60