2 Опорные свойства и проходимость трактора

Опорные свойства трактора в той или иной мере влияют на показатели тягово-сцепных (сцепной вес, коэффициенты сцепления с грунтом, сопротивления качению и буксования) и агротехнических свойств (степень уплотнения почвы, урожайность сельскохозяйственных культур), а также проходимость (давление на почву, глубина колеи). При этом большинство из перечисленных показателей при работе с навесными и прицепными машинами и орудиями зависит, прежде всего, от величины нормальных реакций почвы на колеса трактора.

2.1 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  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: Y_к- на задние ведущие колеса, Y_п - на ведомые; реакция Y_к смещена на расстояние а_к, а реакция Y_п - 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.