10. Плавність руху і енергономічність машин
10.1. Загальні відомості
Плавністю ходу машини називається пристосованість її до поглинання різних поштовхів, ударів і вібрацій, які створюються при її рухові.
Від плавності ходу залежить:
– самопочуття пасажирів і водія;
– збереження машини і вантажу;
– безпека руху;
– продуктивність і економічність роботи;
– довговічність машини.
У тракторів незадовільна плавність ходу, крім того , негативно впливає на тягові властивості і агротехнічні показники, особливо при роботі з навісними машинами.
Недостатня плавність ходу обумовлює виникнення неприємних і шкідливих коливань. Тому при вивченні плавності ходу машини розглядаються коливання її основних мас.
Плавність ходу залежить від характеру і величини сил, що діють на машину і викликають коливання; від загальної компоновки машини і окремих її конструктивних особливостей, головним чином від системи підресорювання; майстерності водія.
Сили, які викликають коливання, створюються під дією внутрішніх і зовнішніх причин.
Внутрішніми причинами виникнення коливань є:
– незрівноваженість деталей двигуна і трансмісії;
– нерівномірність обертання деталей двигуна і трансмісії;
– сили інерції кривошипно-шатунного і газорозподільного механізмів;
– перемотування гусеничного ланцюга зірочкою гусеничного трактора.
Зовнішніми причинами виникнення коливань є:
– нерівності поверхні дороги або поля;
– зміна величини сили тяги на гаку, обумовлена безсистемною непрогнозованою зміною опору грунту робочим органам плуга, машини або знаряддя;
– змінний вітер.
Під впливом внутрішніх причин виникають головним чином високочастотні коливання – вібрації, які на людину впливають несуттєво.
Під впливом зовнішніх причин підресорені частини машини мають 6 степенів вільності (рис. 10.1):
– лінійні коливання:
– по вісі z-z: підстрибування;
– по вісі x-x: подьоргування;
– по вісі y-y: пошатування;
– кутові коливання:
– по вісі z-z: виляння (рискання);
Рис. 10.1. Схема степенів вільності машини
Рис. 10.2. Схема коливальної системи з однією степенню вільності
– по вісі x-x: покачування;
– по вісі y-y: галопування.
10.2. Характеристики поверхні доріг
Найважливішими із зовнішніх причин, які обумовлюють виникнення коливань, є нерівності дороги (поля). Тому при подальшому вивченні коливань плавність ходу будемо розглядати з точки зору впливу на коливання нерівностей дороги.
При рухові колісної машини низькочастотні коливання виникають при переїзді випадкових, періодичних або одиноких вибоїн або нерівностей, які зустрічаються на дорозі.
На дорогах з твердим покриттям нерівності звичайно розподіляються на хвилі і вибоїни. Хвилі мають вигляд плавних підвищень і понижень поверхні, які створені внаслідок дефектів дорожнього покриття. Вибоїни – це дефекти покриття, які створюються у процесі експлуатації дороги. По мірі погіршення стану поверхні дороги число вибоїн збільшується, а довжина нерівностей зменшується.
Профіль грунтових і гравійних доріг менш стабільний і часто змінюється, особливо осінню і весною. У цей час дорога має підвищену вологість. Тому із-за різкого пониження механічних властивостей грунту профіль дороги значно деформується рухомим транспортом. Профіль грунтової дороги також залежить від виду грунту: чорнозем, суглинок, супісок або їх різновиди.
Польові нерівності у значній мірі мають закономірний характер. Він обумовлений агротехнікою вирощування культур. До характерних польових нерівностей можуть бути віднесені:
а) звальні гребні і борозни, які залишаються після оранки. Вони можуть мати висоту (глибину) 75…150 мм і знаходитись на відстані 300…350 мм;
б) гребні рядків, які створюються при посіві культур. Вони можуть мати висоту 50…100 мм і знаходитись на відстані 10…700 мм;
в) гребні рядків, які створюються при обробці просапних і технічних культур. Вони можуть мати висоту 100…200 мм і знаходитись на відстані 500…700 мм.
Для опису характеристик впливу нерівностей на трактори та автомобілі широко застосовуються методи теорії випадкових величин. Більш точну оцінку забезпечують методи випадкових функцій. При використанні статистичних методів необхідна обширна і достовірна інформація про мікропрофіль дороги (поля). Таку інформацію отримують за допомогою механічних полілографів, акселометрів на платформах і спеціальної апаратури для аналізу прискорень і переміщень. За допомогою полілографів визначають мікропрофіль. Акселометрами визначають прискорення і сповільнення машини.