22) Кинематика и динамика гусеничного движителя.

Кинематика гусеничного движителя. Движение каждой точки гусеничного обвода можно представить состоящим из относительного и переносного движений. Под относительным движением следует понимать движение любой точки каждого звена гусеницы относительно осей ведущего и направляющего колес или любой другой неподвижной точки остова трактора. Такое движение имеет место при полном буксовании трактора.

Скорость v_т относительного движения звеньев гусеницы при условии отсутствия проскальзывания ведущего колеса (с радиусом r_к), по которому осуществляется взаимное сцепление колеса и гусеничного обвода, будет:

v_т = r_кω_к,            (30.29)

где r_к и ω_к — соответственно радиус начальной окружности и угловая скорость ведущего колеса.

Величину динамического радиуса r_к определяют как радиус окружности, длину которой 2πr_к приравнивают периметру многоугольника  l_звz_к, описанного вокруг ведущего колеса, имеющего z_к сторон, длина

которых равна длине звена l_зв, т. е. ,

       

    В процессе эксплуатации трактора динамический радиус возрастает, так как вследствие износа увеличивается длина звеньев. Переносное движение звеньев гусеничного обвода можно представить как прямолинейно поступательное их движение  при буксировке трактора с заторможенными гусеницами (трактор движется юзом). Скорость переносного движения при отсутствии скольжения гусеницы по поверхности дороги или ведущего колеса (звездочки) относительно гусеницы также равна v_т.

Кроме относительной и переносной скоростей движения гусеничного обвода, исчисляемых относительно неподвижных точек трактора пользуються понятием абсолютной скорости, которую вычисляют относительно поверхности дороги.

    

Рис. 30.4. Схема ведущего участка гусеничного движителя

Абсолютная скорость верхней части обвода (если она параллельна поверхности дороги) равна v_а6с = v_т отн + v_{т пер} = 2v_т, а скорость нижней части обвода, находящейся в контакте с почвой, равна нулю, т. е. v_а6с = v_{т пер}+( - v_т отн) = 0. Прочие участки обвода в зависимости от направления движения и угла наклона к поверхности дороги имеют различные промежуточные значения абсолютной скорости, определение величины которых выходит за пределы задач настоящего учебника.

Основы динамики гусеничного движителя

При установившемся движении к ведущим колесам гусеницы (рис. 30.4) приложен ведущий момент М_к, вызывающий появление на поверхности гусеничных звеньев, соприкасающихся с поверхностью дороги, реакции Р_к, направленной по движению трактора. Эта реакция называется касательной силой тяги. Величина касательной силы тяги может быть определена из баланса подводимых и потребляемых мощностей, т. е.

       (30.30)

Отсюда

           (30.31)

  где N_к—мощность, подводимая к колесам;

N_rl — мощность, теряемая на трение в шарнирах от последнего звена, нагруженного катком, до первого шарнира звена, сопряженного с ведущим колесом ведущего участка гусеничного движителя.

Силы трения в шарнирах указанных звеньев, возникающие от ведущего момента M_к, проф. Е. Д. Львов рекомендует называть силами трения первой группы.

Величину мощности, затрачиваемой на преодоление сил трения первой группы, определяют по формуле:

          , (30.32)

где М_rl — приведенный к оси ведущего колеса момент от сил трения первой группы.

Потери на трение первой группы определяют из выражения

          (30.33)

   Отсюда касательная сила тяги в зависимости от величины ведущего момента может быть представлена как

            (30.34)

    При ускоренном движении касательная сила тяги определяется по формуле

           (30.35)

   где М _j — момент касательных сил инерции ведущих колес гусеницы и ведущей части звеньев, указанных выше.

Величину момента М_rl от сил трения первой группы, приведенного к оси ведущего колеса для периода, соответствующего полному обороту колеса, определяют по формуле

  (30.36)

   Здесь Т — натяжение ведущего участка гусеницы, определяемое по формуле

        (30.37)

    где μ — коэффициент трения;

r_ш — радиус пальцев шарниров гусеничной цепи:

z_к — количество звеньев гусеницы, составляющих описанный многоугольник вокруг ведущего колеса;

ψ₁ — угол поворота звена А в шарнирах 1, 2;

β₁ — угол поворота звена В в шарнире 3;

произведение μТ_rш(2ψ₁+ β₁)=L — работа сил трения в шарнирах 1, 2, 3

звеньев А к В при повороте колеса на угол β.

Подставив значения М_r1, Т и _rк в формулу к.п.д., учитывающего потери от трения первой группы, получим

       (30.38)

  Из приведенного выражения следует, что к.п.д. гусеницы η_r не зависит от величины ведущего момента М_к, а зависит от коэффициента трения ц и конструкции гусеничного движителя, характеризуемой величинами Ψ₁, β₁, r_ш и l_зв. Следовательно, к.п.д. гусеницы для данной конструкции величина постоянная.

Гусеничные движители могут быть выполнены с передним и задним расположением ведущего колеса. Из приведенных схем (рис. 30.5, а и б) видно, что при движении вперед переднее расположение ведущего колеса вызывает увеличение длины ведущего участка гусеничной цепи, а следовательно, увеличение сил трения первой группы и снижение к.п.д. гусеницы. Этим объясняется то, что тракторы общего назначения не выполняются с передним расположением ведущего колеса гусеничного движителя.

Кроме сил трения первой группы, при работе двух гусеничных движителей возникает сила трения в катках и остальных звеньях гусеничных обводов вследствие нагрузки от массы трактора и предварительного натяжения гусениц. Эти силы трения называются силами трения второй группы.

Момент от сил трения второй группы М_r2, приведенный к оси ведущего колеса, определяют по формуле

           (30.39)

где Т_o — сила предварительного натяжения гусеницы, условно принимаемая равной для всех звеньев гусеничного обвода;

ψ₁; ψ₃; β; β₁ — углы поворота звеньев гусеницы (рис. 30.6);

G - нагрузка опорных катков обоих гусеничных обводов;

а_o — приведенный коэффициент, учитывающий трение качения катков по беговой дорожке гусеницы и трение в их подшипниках;

r_о — радиус опорных катков.

Из приведенного выражения следует, что сила воздействия пружины натяжного устройства, которая при эксплуатации может быть отрегули-

    

Рис. 30.5. Схема гусеничного движителя:

а — с передним ведущим колесом; б —

с задним ведущим колесом

    

    

Рис. 30.6. Углы поворота звеньев гусеничного обвода в характерных точках

    

рована с различной предварительной затяжкой, оказывает существенное влияние на величину момента М_r2. Поэтому при регулировке натяжения гусеницы силу предварительной затяжки пружины следует поддерживать в минимально достаточных пределах с учетом следующих требований:

1. Сила натяжения пружины должна быть равна двойной силе натяжения ведущей части гусеницы при повороте трактора задним ходом,в противном случае звенья выйдут из зацепления с ведущим колесом.

2. При попадании твердых предметов на беговые дорожки звеньев

гусеницы натяжные пружины должны предохранять гусеничный движитель от поломок.

3. Конструктивно натяжное устройство должно быть выполнено так,

чтобы давление натяжных пружин при нормальном движении трактора

вперед не передавалось на звенья гусеницы.

4. Недостаточное натяжение гусеницы при больших скоростях сопровождается ее биением, при котором имеют место дополнительные взаимные перемещения звеньев в шарнирах, вызывающие увеличение

момента М_r2.

Работа гусеничного движителя при недостаточной связи опорной части с почвой сопровождается буксованием, вызывающим потери передаваемой мощности. Эти потери мощности определяют как

           (30.40)

где Р_кv_тч и Р_кv — соответственно мощности, передаваемые остову трактора при отсутствии и наличии буксования.

Аналогично к.п.д., ранее рассмотренному для ведущего колеса колесного трактора и учитывающему потери от буксования ηδ , будет

          (30.41)

    т. е. ηδ равно отношению радиуса качения колеса r к динамическому радиусу r_к.

Движение гусеничного движителя по деформирующемуся участку пути вызывает появление дополнительных потерь на образование колеи.Для упрощения последующих рассуждений предполагают, что образование колеи происходит путем погружения наклонного переднего звена гусеницы передним катком, а последующие опорные катки катятся по беговой дорожке звеньев гусеницы, уложенных на уплотненной поверхности колеи.

Равнодействующая нормальных реакций почвы на первое звено гусеницы (рис. 30.7), называемая лобовым сопротивлением, может быть разложена на горизонтальную состав-

    

Рис. 30.7. Схема сил, действующих на звено лобового участка гусеничного движителя

    

ляющую лобового сопротивления Х_п и вертикальную Y_п которую суммируют с другими вертикальными составляющими реакции почвы.

Горизонтальную составляющую лобового сопротивления определяют экспериментально, путем приравнивания силы тяги Р_кр, при буксировке гусеничной тележки по горизонтальному участку пути, предположив, что силы трения в механизме гусениц равны нулю, так как звенья гусеницы не нагружены ведущим моментом.

В этом случае Р_кр = Х_п и, следовательно, мощность, затрачиваемая на передвижение, будет Р_крv = Х_пv. Эта мощность в соответствии с принятым допущением затрачивается на вертикальную деформацию почвы. При движении гусеничного движителя шарниры гусеницы и оси катков и колес от действия ведущего момента и предварительного натяжения гусениц дополнительно нагружаются силами трения второй группы Р_r2, что приводит к увеличению затраты энергии на перекатывание трактора.

Общая сила сопротивления качению при этом будет

          (30.42)

   При неустановившемся движении (разгон или замедление)

           (30.43)

где М_j2— момент касательных сил инерции натяжных колес, опорных и поддерживающих катков и соответствующих звеньев гусеницы, приведенный к оси ведущего колеса.

Отношение силы сопротивления качения к массе гусеничного движителя G называют коэффициентом качения f, т. е.   

             (30.44)

Коэффициент качения f гусеничных движителей обычно определяют экспериментально. Числовые значения этого коэффициента в зависимости от качества дороги для гусеничных тракторов см. в табл. 31.2.

Касательная сила тяги Р_к вызывает передвижение гусеничного движителя и создание силы тяги. Эту силу можно представить как сумму: силы трения μG опорной поверхности звена о поверхность дороги (μ— коэффициент трения стали о почву и G — масса) и силы зацепления почвозацепами σF, величина которой зависит от площади F проекции почвозацепа на вертикальную плоскость и от способности почвы сопротивляться скалыванию (σ). Оба указанных слагаемых ограничивают величину силы до P_{к max}, так как при чрезмерном увеличении этих сил начнется буксование.

Величину пробуксовывания гусеничного движителя определяют экспериментально, подсчет ведут по формуле δ=1—ηδ и результаты сравнивают с допустимыми значениями, установленными для данного типа движителей и их почвозацепов.

Величина потерь от буксования δ зависит от коэффициента φ сцепления гусеницы с почвой, который, в свою очередь, зависит от механических свойств почвы.

Коэффициент сцепления (табл. 30.2) обычно определяют экспериментально.