книги из ГПНТБ / Никитин А.О. Теория танка учебник

Глава 1

АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ И ОПЫТНЫЕ ДАННЫЕ ПО СОПРОТИВЛЕНИЮ ДВИЖЕНИЮ ПРИ ПОВОРОТЕ

§1. АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ, КИНЕМАТИКА ПОВОРОТА

ИВНЕШНИЕ СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ТАНК

Поворот танка осуществляется в результате изменения момен­ тов на ведущих колесах и скоростей движения забегающей и от­ стающей гусениц гири помощи механизмов поворота. При повороте вследствие вертикальной деформации грунта гусеницами возника­ ют силы сопротивления поступательному движению гусениц, а вследствие бокового перемещения траков — силы сопротивления вращательному движению нижних опорных ветвей гусениц по грун­ ту. Последние образуют момент, называемый моментом сопротив­ ления повороту танка. Этот момент преодолевается поворачиваю­ щим моментом, вызванным силами тяги на гусеницах. Силы же тяги на гусеницах создаются двигателем при помощи механизма пово­ рота и гусеничного движителя, взаимодействующего с грунтом. Процесс изменения моментов на ведущих колесах и пропорцио­ нальных им сил тяг на гусеницах сопровождается изменением ско­ ростей гусениц.

Сила тяги на забегающей гусенице возникает так же, как и при прямолинейном движении. Сила же на отстающей гусенице в боль­ шинстве случаев возникает при торможении ее с помощью тормоз­ ных элементов механизма поворота.

В случае действия только силы тяги на забегающей гусенице при отсутствии силы торможения на отстающей танк поворачивает­ ся во многих случаях с очень большим радиусом. Поворот с мень­ шими радиусами возможен только в результате принудительного уменьшения скорости отстающей гусеницы. В этом случае отстаю­ щая гусеница упирается в грунт и со стороны грунта возникает ка­ сательная реакция, направленная против движения танка. В от­ дельный случаях, когда сопротивление поступательному движению гусениц велико, а сопротивление повороту незначительно, сила на

200

отстающей гусенице может быть даже направлена по движению танка и являться силой тяги. В этом случае процесс образования силы тяги на отстающей гусенице аналогичен образованию ее на забегающей гусенице.

Поворот танка сопровождается буксованием забегающей гусе­ ницы и юзом отстающей. Когда же к отстающей гусенице приложе­ на сила, направленная по движению, отстающая гусеница также буксует.

Рассмотрим более подробно взаимодействие опорных поверхно­ стей гусениц с грунтом в случае поворота танка с торможением от­ стающей гусеницы.

В процессе поворота вследствие перемещения траков по грунту со стороны грунта возникают касательные реакции.

Если предположить, что полюса поворота опорных поверхно­ стей гусениц, т. е. мгновенные центры вращения этих поверхностей 0 '2 и О'|, совпадают с их геометрическими центрами 0 2 и О{ (рис. 79), то касательные реакции со стороны грунта не создадут

При поперечном смещении полюсов поворота опорных по­ верхностей гусениц, как показано на рис. 80, касательные реакции

тивления повороту, а вторые силу тяги на забегающей и силу торможения на отстающей гусеницах.

Так как на опорных поверхностях гусениц имеются грунтозацепы, то касательные реакции грунта Ар не будут располагаться на одной прямой с вектором скорости v, как показано на рис. 80. Чем больше буксование и юз гусениц, а следовательно, и больше сме­ щение полюсов поворота гусениц, тем, при прочих равных условиях,

201

меньше момент сопротивления повороту и больше поворачивающий момент, создаваемый силами Р2 и Р\. Поворачивающий момент дей­ ствует в сторону, противоположную моменту сопротивления пово­ роту.

Равенство поворачивающего момента и момента сопротивления повороту устанавливается при соответствующих значениях буксо­ вания и юза гусениц.

Изменение качества грунта приводит к изменению сопротивле­ ния движению и равенство поворачивающего момента и момента сопротивления повороту установится при новом значении буксова­ ния и юза гусениц.

В общем*случае движения при наличии других внешних сил, действующих на танк при повороте (например, центробежной силы или горизонтальных составляющих веса танка при движении по ко­ согору и других сил), равенство внешних моментов устанавливает­ ся при соответствующих этим условиям движения буксовании и юзе гусениц.

Касательные реакции, действующие на нижние ветви гусениц в процессе поворота, складываются из следующих сил:

А. Сил, действующих на нижнюю часть траков гусениц: 1) тре­ ние скольжения грунта по грунту (прилипшего к отдельным частям опорной поверхности гусениц); 2 ) трение скольжения грунта о вы­ ступающие части траков; 3) сопротивление уплотнению грунта в горизонтальном направлении выступающими частями траков (грунтозацепами, ребрами) на определенной длине траектории движе­ ния трака по грунту; 4) сопротивление сдвигу грунта выступаю­ щими частями траков после того, как грунт будет уплотнен до пре­ дела.

Б. Сил, действующих на торцовую часть траков и катков при нагревании вала земли: 1 ) сопротивление уплотнению грунта в го-

202

ризонтальном направлении торцовыми поверхностями траков; 2 ) со­ противление сдвигу грунта торцовыми поверхностями траков после того, как грунт будет уплотнен до предела; 3) сопротивление сме­ щению вала земли, срезанной торцовыми и выступающими частя­ ми траков; 4) трение скольжения торцов траков и катков по грунту.

В зависимости от величины деформации грунта, т. е. в зависи­ мости от длины траектории движения трака по грунту, будут на­ блюдаться или все перечисленные выше сильи, или только часть их.

Величина перемещения трака по грунту, а следовательно, и рав­ ная ей величина деформации грунта зависит от радиуса поворота. Если пренебречь буксованием, величина перемещения трака забе­ гающей гусеницы по грунту представляет отрезок развертки круга, длина которого, как известно из курса математики, равна

2 R

где L — длина опорной поверхности гусеницы; R — радиус поворота.

Соответственно для отстающей гусеницы при отсутствии юза

2(R—В )'

Таким образом, длина траектории перемещения трака по грунту об­ ратно пропорциональна радиусу поворота. Поэтому следует ожи­ дать, что момент сопротивления повороту будет увеличиваться с уменьшением радиуса поворота, так как при этом увеличивается деформация грунта.

На больших радиусах сопротивление повороту будет неболь­ шим, поскольку траки относительно грунта не сдвигаются, а сме­ щаются вместе с грунтом относительно нижележащих слоев. При этом касательные реакции грунта не достигают значения сил тре­ щин скольжения.

На малых радиусах поворота сопротивление повороту будет иметь максимальное значение за счет большой деформации грунта, когда касательная реакция грунта равна сумме сил трения, сил сопротивления уплотнению и сдвигу грунта и сопротивления смеще­ нию вала земли.

Следует иметь в виду, что продольные составляющие касатель­ ных реакций образуются в основном реакциями группы «А», дей­ ствующими на нижнюю часть траков, в то время как поперечные составляющие образуются всеми видами реакций грунта, включая и реакции, действующие на торцовую поверхность траков и катков.

Поэтому при уменьшении радиуса поворота, когда доля момен­

203

та сопротивления повороту от поперечных реакций грунта, дейст­ вующих на торцовые поверхности траков и катков, увеличивается р. общем увеличивающемся моменте сопротивления повороту, необ­ ходимые продольные составляющие касательный реакций обеспе­ чиваются вследствие большего буксования и юза гусениц. При большем буксовании и юзе гусениц касательные реакции грунта, действующие на нижнюю поверхность гусениц, будут больше от­ клоняться в сторону продольных осей и большая доля этих каса­ тельных реакций пойдет на образование продольных сил. Опыт подтверждает приведенный качественный анализ характера взаи­ модействия гусениц с грунтом при повороте танка.

На рис. 81 показан план скоростей танка и схема сил, действую­ щих на танк при равномерном повороте на горизонтальной пло­ щадке. Равномерным называется поворот с постоянной скоростью и постоянным радиусом. Здесь рассматривается поворот, когда танк движется с малой скоростью, позволяющей пренебречь влиянием центробежной силы.

Векторы сил и скоростей, изображенных на рис. 81, имеют сле­ дующие значения:

v — переносная скорость забегающей гусеницы; ть0 — относительная скорость забегающей гусеницы;

т'2а6с — абсолютная скорость центра опорной ветви забегающей

гусеницы, или скорость буксования;

х>2 — переносная скорость забегающей гусеницы при отсутствии буксования, когда v 2- = v * a (теоретическая скорость за­

бегающей гусеницы); 0 2 — геометрический центр опорной поверхности забегающей

гусеницы;

гусеницы, или скорость юза;

—переносная скорость отстающей гусеницы при отсутст­ вии юза (теоретическая скорость отстающей гусеницы);

®| = ®j0 ;

0 i — геометрический центр опорной поверхности гусеницы;

• О / — полюс поворота отстающей гусеницы, т. е. мгновенный центр вращения ее опорной поверхности;

:204

I

Полюса поворота обеих гусениц и центр поворота лежат на од­ ной нормали к продольной оси танка. Полюса поворота гусениц не могут занимать другого положения, так как абсолютная скорость, например, точки 0 2, лежащей на пересечении продольной оси опор­ ной поверхности гусеницы и нормали, проведенной из центра пово­ рота, может быть направлена только вдоль продольной оси опор­ ной поверхности гусеницы. Эта скорость является суммой двух ско­ ростей— переносной и относительной. Обе эти скорости направле­ ны по продольной оси опорной поверхности гусеницы.

С другой стороны, абсолютную скорость точки 0 2 можно опре­ делить через угловую скоростью' при вращении опорной поверхно­ сти гусеницы относительно мгновенного центра вращения, т. е. от­ носительно полюса поворота О'ъ

тогда абсолютная скорость точки 0 2 должна быть направлена под каким-то углом к продольной оси забегающей гусеницы, что проти­ воречит направлению абсолютной скорости, определяемой как сум­ ма переносной и относительной скоростей.

Угловая скорость при отсутствии буксования и юза гусениц есть

206

Фактический радиус поворота значительно отличается от теоре­ тического. Отклонение фактического радиуса от теоретического за­ висит в основном от конструктивных параметров машины и в пер­ вую очередь от -длины опорной поверхности гусениц.

На основании опытных.данных эта зависимость для сухих грун­ тов может быть выражена следующей эмпирической формулой:

Сила тяги Р2 и сила торможения Р\, согласно схеме сил, опре­

Для случая поворота, когда Р\ является силой тяги, план ско­ ростей танка и схема сил представлены на рис. 82.

Такое соотношение внешних сил, действующих на танк, может быть при больших радиусах поворота, когда момент сопротивления повороту небольшой, а силы сопротивления поступательному дви­ жению относительно большие. На сильно увлажненных грунтах та­ кое соотношение сил может быть и на сравнительно небольших радиусах поворота.

Все обозначения имеют тот же смысл, что и в предыдущем слу­ чае, за исключением скорости п1абс. Эта скорость будет не ско­

ростью юза, а скоростью буксования.

Силы сопротивления поступательному движению гусениц при повороте Р 2 и P i с известными допущениями можно принять рав­ ными сопротивлению при прямолинейном движении, т. е.

Pi = Р2 = / G_

2

207

В действительности сопротивление поступательному движению при повороте будет несколько больше, чем при прямолинейном дви­ жении, особенно при малых радиусах поворота.

Аналитическое определение сопротивления повороту танка на основании данных о механических свойствах грунта не представ­ ляется возможным. На основании данных о грунте можно получить лишь качественную оценку влияния различных параметров, харак­ теризующих механическое свойство грунта, .на сопротивление пово­ роту. Поэтому момент сопротивления повороту определяется экспе­ риментальным путем по поворачивающему моменту.

При движении на горизонтальной площадке с малыми скоро­ стями, когда влияние центробежной силы незначительно,

Мс = М п = (Я, + Pi) -у - •

Поворачивающий момент определяется также по силе тяги на забегающей гусенице или силе торможения на отстающей, т. е.

м п = (Р-, - R2) в ;

М П=( Р1 + Ъ ) В .

208

Силу тяги и силу торможения можно определить яри помощи ротационный динамометров, установленных на отдельных элемен­ тах трансмиссии, а также методом буксировки и торможения гусе­ ниц тросами через динамометр. Если известна только одна сила тя­ ги или тормозная сила, то для определения поворачивающего мо­ мента надо знать сопротивление поступательному движению гусе­ ницы.

Сопротивление поступательному движению гусениц должно быть определено предварительно при прямолинейном движении танка. Используя эти данные для подсчета сопротивления посту­ пательному движению при повороте, мы допускаем некоторые не­ точности. Наиболее совершенным способом определения сил Р2 и Р] следует признать метод тензометрирования с записью на осцил­ лограф, получивший за последнее время широкое применение в.экс­ периментальных исследованиях. Тензодатчики можно установить на любом элементе трансмиссии танка и, в частности, на валах бор­ товых передач, что позволяет замерять момент на ведущих колесах.

§ 2. КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОВОРОТУ

Многочисленные исследования по определению сопротивления повороту позволяют установить общие зависимости для различных танков. При обобщении экспериментальных данных по сопротивле­ нию повороту различных машин была использована весьма упро­ щенная условная расчетная схема сил сопротивления повороту. Эта расчетная схема предполагает, что нормальное давление опорных поверхностей гусениц на грунт распределено равномерно по длине гусеницы (рис. 83) и что поперечные реакции со стороньи грунта на

(рис. 84). Коэффициент пропорциональности между поперечными реакциями грунта и нормальным давлениемназывается коэффи­ циентом сопротивления повороту и обозначается через р-.