5.3. Порядок проведения работы

Произвести расчет и построение тяговой характеристики колесных тракторов по данным, приведенным в табл.5.1.

Таблица 5.1

Характеристики колесных тракторов

Наименование показателей	Трактор МТЗ-80	Трактор Т-150К	Трактор К-701
1. Масса трактора приходящиеся на ведущие колёса, кг	3000	8135	13500
2. Силовой радиус колеса, м	0,774	0,8	0,85
3. Значение коэффициентов А В n	0,12 14,79 6	0,12 14,79 6	0,12 14,79 6
4. Двигатель: мощность, кВт номинальная частота вращения, об/мин часовой расход топлива, кг/ч	58,8 2200 14,6	110 2100 26,9	198,5 1900 51,5
5. Общее передаточное число трансмиссии на 1-ой передаче	107	88	120

5.4. Содержание отчёта

Лабораторная работа №5

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Краткое описание конструкции ходового оборудования строительных машин с их характеристиками.

4. Расчет и построение тяговой характеристики колесного движителя , , , , .

5. Выводы.

Лабораторная работа № 6

Изучение общего устройства автомобиля, элементов трансмиссии

и исследование работы автомобильного дифференциала

6.1. Цель работы

Целью работы является изучение общего устройства автомобиля, элементов трансмиссии, принципа действия и основных кинематических свойств конического автомобильного дифференциала теоретически и экспериментально.

6.2. Общие сведения

Для передачи момента крутящего М_кр от вала двигателя к исполнительным органам машины (ходовому оборудованию, механизмам привода рабочего органа и т.д.) служат трансмиссии, которые классифицируются на механические, гидромеханические, гидрообъёмные, электрические, комбинированные. Элементы трансмиссии обеспечивают наивыгоднейшие условия работы двигателя за счёт изменения передаточного числа. Так, низшая ступень обеспечивает при N_дв мощности двигателя меньшую скорость и большую силу тяги, а высшая обеспечивает большую скорость и меньшую силу тяги.

К элементам трансмиссии относятся: сцепление, служащее для передачи крутящего момента от двигателя к коробке передач, кратковременного разъединения двигателя и трансмиссии и плавного соединения их между собой; коробка передачи (см. лабораторную работу №2); карданная передача, служащая для передачи момента от одного агрегата к другому в тех случаях, когда оси валов не совпадают и могут изменить свои положения.

Коническая зубчатая дифференциальная передача входит в конструкцию ведущих мостов автомобилей, которые широко применяются в качестве транспортных средств на строительстве, а также в конструкцию мостов различных самоходных землеройно-транспортных машин: скреперов, землевозов, базовых тягачей, фронтальных ковшовых погрузчиков и других самоходных дорожно-строительных машин.

При помощи дифференциальной зубчатой передачи (конического дифференциала) осуществляется передача вращательного движения от двигателя к ведущим колёсам или колёсным редукторам. Эта передача обеспечивает качение колёс без буксования или юза при движении самоходной машины на поворотах (особенно крутых), по неровной поверхности и различных радиусах качения колёс из-за различной степени накачивания шин и различной нагрузки на колёса и др. Применение передачи уменьшает износ шин ведущих колёс на транспортном режиме.

Дифференциальная передача является общим случаем планетарных механизмов. Планетарными механизмами называются зубчато-рычажные механизмы, у которых геометрические оси одного или нескольких зубчатых колёс перемещаются в пространстве. Планетарные зубчатые механизмы, обладающие двумя или несколькими степенями подвижности, называются планетарными дифференциальными механизмами или просто дифференциалами. Наибольшее распространение в конструкциях передач ведущих мостов получили дифференциалы с коническими или цилиндрическими зубчатыми колёсами.

На рис. 6.1 показана схема ведущего моста автомобиля с коническим дифференциалом.

Рис. 6.1. Схема ведущего моста с коническим дифференциалом

Собственно дифференциальный механизм состоит из зубчатых колёс 1, 2, 3 с числами зубьев Z₁, Z₂, Z₃ и звена Н, называемого водилом и являющегося коробкой дифференциала. Геометрические оси одинаковых колёс Z₁, и Z₃ совпадают с общей осью механизма 0-0, и поэтому эти колёса называются центральными или солнечными колёсами. Колесо Z₂ свободно вращается в подвижном подшипнике водила Н и вместе с ним движется вокруг обшей оси механизма 0-0, оставаясь в то же время в постоянном зацеплении с колёсами Z₁, и Z₃. Колесо Z₂ обычно называется сателлитом. Коробка Н дифференциала жёстко скреплена с большим коническим (ведомым) зубчатым колесом Z₄. Центральные конические колёса Z₁, и Z₃ жёстко посажены на отдельные валы, связанные с ведущими колёсами моста и называемые полуосями. Коническая зубчатая передача, состоящая из колёс Z₄ и Z₅, обычно называется главной передачей моста. Вращающий момент от двигателя автомобиля через коробку передач, карданную передачу 8 и конические колёса Z₅ и Z₄ главной передачи передаётся к коробке Н дифференциала, а затем от коробки через сателлит Z₂ равномерно распределяется по полуосям 7 колёс К₁ и К₃. Второй сателлит, расположенный напротив сателлита Z₂, показан штриховыми линиями, ставится в механизм для возможности передачи большей мощности и разгрузки центральных подшипников и в кинематическом отношении не играет роли. В обращенном механизме, когда водило Н неподвижно вследствие добавления ко всем звеньям минус n_н оборотов, обороты колеса Z₁ равны n₁-n_н, а обороты колеса Z₃ равны n₃-n_н, поэтому передаточное отношение равно

Приведённая зависимость представляет собой основную формулу дифференциального механизма, позволяющую по заданным оборотам двух его звеньев определить число оборотов третьего звена. Для определения угловых скоростей колёс К₁ и К₃ воспользуемся формулой

или

(6.1)

и окончательно

(6.2)

При движении автомобиля по прямому ровному участку дороги, при одинаковом сопротивлении движения ведущих колёс (правого и левого) и их одинаковых радиусах качения сателлиты, находящиеся в коробке дифференциала, не будут иметь вращения вокруг своих осей, они кажутся как бы жёстко соединёнными с коробкой и полуосями, а следовательно, и с колёсами. При таком положении сателлиты вместе с коробкой дифференциала будут вращаться с числом оборотов n₁ = n₃ = n_н =n_ср. В этом случае дифференциал ведущего моста работает как жёсткая муфта, соединяющая карданный вал через главную передачу с полуосями колёс. На прямолинейном участке путь, проходимый ведущими колёсами в одну секунду, равен

где r_к – радиус качения ведущего колеса, ω_ср – угловая скорость ведущего колеса на прямолинейном участке пути.

Если колесо К₁ притормаживается, а его скорость вращения уменьшается, то число оборотов колеса К₃ согласно уравнению (6.2)

возрастает и, когда колесо остановится, т.е. n₁ = 0, число оборотов колеса К₃ будет равно удвоенному числу оборотов коробки дифференциала, т.е. n₃=2n_н.

Такое положение возможно только в том случае, если одно колесо стоит на плотном грунте, а второе не касается грунта или слабо сцепляется (попало на лёд или переувлажнённый грунт и т.д.) с опорной поверхностью, т.е. буксует.

Таким образом, дифференциальный механизм, встроенный в трансмиссию самоходной машины, обеспечивает автоматическое регулирование чисел оборотов колёс в зависимости от сил сопротивления на колёсах и их сцепления с опорной поверхностью.

При движении автомобиля по криволинейной траектории (рис. 6.2) ведущие колёса за единицу времени пройдут разные пути: правое, катящееся по внешней кривой с числом оборотов n_нар, проходит в одно и то же время больший путь, чем левое колесо, катящееся по внутренней кривой с числом оборотов п_вн. На рис. 6.2 видно, что правое колесо пройдёт путь

(6.3)

и левое

, (6.4)

где R – радиус закругления траектории, b – колея колёс.

Рис. 6.2. Схема движения автомобиля по криволинейной траектории

В то же время средняя точка ведущего моста пройдёт путь

,

откуда

. (6.5)

Сложив почленно выражения (6.3) и (6.4), получим

или

.

Из уравнения (6.5) находим:

.

Следовательно,

.

Сумма чисел оборотов ведущих колёс равна двойному числу оборотов коробки дифференциала. Можно заключить, что числа оборотов ведущих колёс автомобиля могут меняться в пределах от 0 до n_ср.

При заторможенном карданном вале и поднятых над опорной поверхностью ведущих колёсах п_н = п_ср = 0, если вращать одно из колёс с числом оборотов п₁, то второе колесо будет вращаться в противоположную сторону с таким же числом оборотов согласно формуле (6.2) п₁= -п₃.

Конический дифференциал рассматриваемого типа, помимо свойства распределять угловую скорость карданной передачи между ведущими колёсами в соответствии с формулой среднего арифметического (6.2), обладает ещё свойством поровну распределять между задними колёсами движущий момент, который действует на коробку дифференциала от ведомого зубчатого колеса главной передачи относительно оси 0-0. Сателлит Z₂ является как бы равноплечим рычагом, распределяющим движущее усилие Р_дв, передающееся с карданного вала, между двумя полюсами зацепления зубчатых колёс полуосей Z₁ и Z₃, рис. 6.3. Из расположения движущего усилия Р_дв на составляющие по методу параллельных сил получаем окружные движущие силы Р_а и Р_в, действующие на зубчатые колёса полуосей:

,

но

,

где R_н – радиус начальной окружности колес Z₁ и Z₃, поэтому

. (6.6)

Рис. 6.3. Схема к определению усилий на зубчатых колёсах дифференциала

Движущие моменты М₁ и М₂ уравновешиваются при равномерном движении моментами сопротивления М_С1 и М_С3 на колёсах. Это свойство, с одной стороны, является положительным качеством дифференциала, но, с другой ‑ причиняет большие помехи при эксплуатации автомобиля, снижает его проходимость и снижает тяговые качества самоходных землеройных машин при работе на неоднородной неровной поверхности. Например, если в гололедицу автомобиль одним колесом попал на обледенелую колею и, следовательно, это колесо разгрузилось от момента сцепления, то по соотношению (6.6) от момента сцепления разгружается и второе колесо, исчезает вместе с тем и момент на карданном валу, если пренебречь сопротивлением в трансмиссии. Автомобиль не в состоянии будет тронуться с места, пока искусственным путём (например, подсыпкой песка под буксующее колесо) не удастся повысить сцепление колеса с дорогой. При работе самоходных машин для земляных работ на неоднородной неровной поверхности ведущие колёса, попадая в различные условия сцепления и под действием различных вертикальных нагрузок, пробуксовывают в разной степени и в целом снижаются тяговые качества машины.

Аналогичная картина наблюдается и при движении автомобиля по пересечённой местности. Для восстановления тяговых качеств и проходимости прибегают к блокировке дифференциала, т.е. останавливают с помощью определённого устройства, способного действовать автоматически, к остановке вращения сателлита Z₂ на своей оси. В этом случае работает только главная передача моста.