10.7. Коливальна система колісного трактора

Трактор на пневматичних шинах можливо розглядати як коливальну систему, в якій роль пружних і демпфіруючих елементів виконують шини, а остов трактора є непідресореною масою. Відсутність у тракторів підресорування задньої частини остова створює важкі умови для роботи тракториста, особливо при рухові по поганим дорогам або в умовах бездоріжжя чи поперек звальних борозд.

Частота власних коливань заднього моста в таких умовах залежить від тиску повітря в шинах. Числове значення частоти коливань знаходиться у межах 160… 200 кол/хв. Такі значення перевершують сприятливі межі для людського організму.

Для зменшення несприятливої дії коливань на тракториста застосовується підресорування його крісла (сидіння). Задачею підресорування є зниження частоти коливань сидіння у порівнянні з частотою коливань заднього моста і швидке гашення створених коливань.

Система підресорування сидіння складається із пружних елементів, віброізоляційних матеріалів і гасників коливань.

При раціональній кінематиці підвіски сидіння його крісло повинно мати одну ступінь вільності і виконувати лише вертикальні коливання. Принципова схема коливальної системи трактора приведена на рис. 10.3.

На рис. 10.3 прийняті такі позначення: m – маса трактора без сидіння, яка приходиться на задні колеса, кг; m₁ – маса сидіння з трактористом, кг; с_ш і с₁ – жорсткість шини і пружного елемента сидіння, кг/м; k_ш і k_ам1 – коефіцієнт опору шини і амортизатора сидіння.

Для спрощення приймемо, що коливання заднього моста мають зако-номірний характер і створюють періодичну силу, яка обумовлює коливання, частота якої дорівнює частоті  власних коливань моста. Величина сили, яка обумовлює коливання трактора з сидінням в Н у цьому випадку дорівнює

P = P₀ sin  t, (10.17)

де P₀ – максимальне значення сили, яка обумовлює коливання, Н.

Рис. 10.3. Принципова схема коливальної системи заднього моста колісного трактора з підресореним сидінням і трактористом:

1 – дорога (поле); 2 – шина; 3 – трактор; 4 – підвіска сидіння

тракториста; 5 – тракторист з сидінням

Диференційне рівняння вимушених коливань сидіння без урахування опорів в його підвісці має наступий вигляд

m₁ + c₁Z₁ = P, (10.18)

де Z₁ – величина вертикального переміщення сидіння, м;

– прискорення сидіння, м/с².

Величина вертикального переміщення сидіння у цьому випадку обчислюється за залежністю

Z₁ = sin  t, (10.19)

де – величина прогинання пружного елемента сидіння при статичній дії на нього сили P₀ , м;

₁ – кутова частота власних коливань сидіння, с^-1;

– коефіцієнт, який характеризує динамічність дії.

Максимальні переміщення сидіння можливі у тому випадку,

коли sin  t = 1. Рівняння (10.18) при цьому приймає вигляд

Z_1max = . (10.20)

Із рівняння (10.19) видно, що амплітуда коливань сидіння суттєво залежить від відношення частот ₁ і . Якщо ці частоти співпадають, то наступає резонанс: Z_1max =  .

Для запобігання резонансних коливань необхідно, щоб частота власних коливань сидіння ₁ значно відрізнялась від частоти сили, яка обумовлює коливання,  (частоти власних коливань остова трактора). Це досягається підбором жорсткості пружного елемента сидіння. Оптимальне співвідношення частот ₁/ знаходиться у межах 0,5…0,6. Для забезпечення такого співвідношення при різній вазі трактористів або водіїв підвіски більшості крісел обладнані пристроєм для зміни попереднього стискування (натягу) пружного елемента.

Питання для самопідготовки та самоконтролю

1. Що таке плавність руху трактора і автомобіля? У чому різниця вимушених коливань машини від незалежних (вільних)?

2. Як впливають на водія частоти коливань трактора і автомобіля? Якими критеріями оцінюють коливальний процес та як їх визначають?

3. Методика експериментальної оцінки плавності руху трактора і автомобіля.

4. Типи підвісок трактора і автомобіля. Як впливають шини на плавність руху трактора і автомобіля?

5. У чому суть ергономічної оцінки тракторів? Які показники характеризують ергономічний рівень якості трактора?