Проектирование строительных и дорожных машин

В этом случае ведущее колесо соединяется с ведомым валом с помощью зубчатой муфты. Во вторых передачах ведущее колесо жестко крепится на ведомом валу (например, рис. 17.1, а). Следовательно, последний, кроме крутящего момента, дополнительно загружен изгибающим моментом от ведущего колеса.

17.2. Схемы и конструктивные особенности бортовых передач

Основные схемы, по которым выполнены бортовые передачи гусеничных машин, представлены на рис. 17.1 (0 – ведущий вал; х – ведомый).

На рис. 17.1, а показана однорядная простая бортовая передача с внешним зацеплением. Передаточное число равно отношению числа зубьев, т. е. iáð z2 z1 . В существующих конструкциях iáð изме-

няется от 3,5 до 6,8. Данная схема получила широкое распространение в силу своей простоты и сравнительно малых габаритов. Кроме того, она показала надежную работу, особенно в машинах легкой весовой категории. Несоосное расположение валов улучшает компоновочные возможности, т. к. расположение ведущего колеса легко изменить за счет обкатки ведомого вала вокруг ведущей шестерни. Как правило, эта схема делается неразгруженной, чтобы излишне не усложнять передачу.

Схема на рис. 17.1, б отличается от предыдущей внутренним зацеплением, что позволяет получить большее передаточное число при тех же габаритах, а также обеспечивает более высокую прочность зуба. Однако в этом случае трудно избежать консольного крепления шестерен. Эта схема применяется, когда требуются малые межцентровые расстояния, а также одностороннее вращение ведущего и ведомого валов.

Планетарная соосная бортовая передача (рис. 17.1, в) обычно выполняется в виде элементарного планетарного ряда с одинарными сателлитами. При показанном закреплении звеньев схема обеспечивает максимальное передаточное число. По сравнению с простыми эта передача обладает повышенными работоспособностью и надежностью. Последнее объясняется тем, что трансформация крутящего момента осуществляется через несколько параллельно работающих

348

зацеплений. Схема наиболее компактна и может быть установлена в ведущем колесе.

Двухрядная простая бортовая передача (рис. 17.1, г) применяется в случае, когда требуется обеспечить либо значительные межцентровые расстояния между ведущим и ведомым валами, либо большие передаточные числа (по сравнению с однорядной). Передаточное число находится по формуле

iáð z2 z4 .

z1z3

По сравнению с другими двухрядными передачами эта схема имеет большие габариты и малую надежность. Последнее связано с тем, что через зацепление второй пары шестерен передается большой крутящий момент.

На рис. 17.1, д изображена схема двухрядной планетарной передачи. Она может реализовывать большие передаточные числа. Бортовая передача такого типа сравнительно компактна и обладает высокой надежностью. Однако она наиболее сложная среди представленных схем.

Двухрядная комбинированная бортовая передача (рис. 17.1, е) обладает наиболее оптимальными характеристиками при реализации больших передаточных чисел. Практически эта схема может перекрывать весь ряд передаточных чисел от величин, трудно реализуемых в однорядных передачах (iбр = 7), до величин, необходимых для машин тяжелой весовой категории (iбр = 12–15). Среди двухрядных передач схема обладает наилучшими компактностью и надежностью. По сравнению со схемой на рис. 17.1, д ей присуща упрощенная конструкция и несоосное расположение валов, что иногда важно для осуществления требуемой компоновки. Для машин тяжелой весовой категории бортовая передача делается разгруженной, как это показано на схеме.

Наибольшее распространение из всех представленных на гусеничных машинах получили бортовые передачи, выполненные по схемам на рис. 17.1, а, в, е. На рисунках 17.2–17.4 представлены их конструктивные особенности.

349

следняя в основном передается от ведущего колеса). Вторая включает два роликовых подшипника и предназначена для восприятия радиальных нагрузок, действующих от шестерни и ведущего колеса. Картер 5 приваривается к корпусу машины, причем в съемной крышке картера 4 расположены гнезда для всех опор. Масло заливается непосредственно в картер. Уплотнение – комбинированное и состоит из лабиринта, фетровых колец и самоподжимных сальников.

На рис. 17.3 представлена конструкция бортовой передачи, выполненной по схеме на рис. 17.1, б. Передаточное число 5,50. Ведущий 1 и ведомый 2 валы крепятся на двух опорах, причем шариковые подшипники воспринимают радиальные и осевые нагрузки, а роликовые – только радиальные. Картер 3 – литой и с помощью болтов крепится к корпусу машины, одновременно он служит ванной для заливки масла. Ведущее колесо 4 крепится на ведомом валу бортовой передачи.

Рис. 17.3. Конструкция однорядной планетарной бортовой передачи

Конструкция бортовой передачи, выполненной по схеме на рис. 17.1, е, показана на рис. 17.3. Передаточное число iбр = 13,02. Все валы опираются на две опоры. В качестве опор первого ряда используются сферические роликовые подшипники. Ведомый вал второго ряда – водило 3 – крепится на роликовых подшипниках, установленных в кронштейне картера 2. Шестерни первого ряда соеди-

351

няются с валами при помощи шлицев. Солнечная шестерня второго ряда нарезана непосредственно на валу 5. Эпицикл 1 делается отдельно, запрессовывается в картер и затем заваривается. Эта бортовая передача относится к разгруженному типу, т. к. ведущее колесо через шариковые подшипники опирается непосредственно на кронштейн картера. С ведомым валом 3 ведущее колесо связывается с помощью зубчатой муфты 4. Передача имеет сложное уплотнительное устройство, состоящее из лабиринта, фетровых и самоподжимных сальников. Картер служит одновременно и масляной ванной, он крепится к корпусу машины с помощью болтов.

Рис. 17.4. Конструкция двухрядной комбинированной бортовой передачи

17.3. Особенности расчета бортовой передачи

Бортовая передача рассчитывается как обычная зубчатая передача. Особенность состоит лишь в определении расчетного момента. По-

352

скольку бортовая передача расположена за механизмом поворота, через нее передается не только момент двигателя, но и рекуперативный момент, т. е. передача подвергается большой загрузке. Последнее привело к тому, что за расчетный момент принимается максимальный момент, возникающий при наибольшей силе тяги по сцеплению на забегающей гусенице при повороте в гору на максимальном крене. Этот момент определяется по формуле

Mð 0,65 Gi râê ,

áð

где Мр – расчетный момент на ведущем валу бортовой передачи, Н; G – вес машины, Н;

rвк – радиус ведущего колеса, м.

Допустимые напряжения для шестерен и валов бортовых передач рекомендуется принимать равными нижним пределам допустимых напряжений для шестерен и валов коробок передач.

18. Конструирование колесных ходовых частей

18.1. Ведущие и направляющие колеса

Ходовая часть обеспечивает движение машины и поддержание ее остова. Она состоит из ведущих и направляющих колес, а также элементов, соединяющих колеса с рамой машины.

Ведущие и направляющие колеса обеспечивают движение машины и передают ее массу на опорную поверхность. Помимо общих для всех механизмов требований колёса должны создавать минимальное давление на грунт, оказывать небольшое сопротивление движению, обеспечивать высокие сцепные качества с различными поверхностями независимо от их состояния, самоочищаться от налипшей почвы и снега.

Колеса современных строительных и дорожных машин оснащены шинами низкого давления. Шины тракторов и погрузчиков рассчитаны на работу при скоростях до 35 км/ч.

Шины имеют большую универсальность, благодаря чему можно применять тракторы и специальные шасси как на сельскохозяй-

353

ственных, так и транспортных работах с большими скоростями движения. Из-за деформации шин площадь их контакта с грунтом увеличивается, что приводит к снижению давления и уменьшению разрушения структуры почвы.

Недостатком шин является плохое сцепление с грунтом при повышенной влажности. Однако правильным подбором размеров шин, давления и некоторыми другими мероприятиями можно уменьшить этот недостаток.

До настоящего времени не существует четких рекомендаций, позволяющих подбирать к конкретной самоходной машине шины оптимальных размеров, поэтому используют опытные данные. Одним из основных показателей при выборе шин является грузоподъемная сила Q. Это наибольшая нагрузка для данного внутреннего давления в шине, при которой ее радиальная деформация на твердом основании обеспечивает достаточно длительный срок службы.

Существует много эмпирических формул для определения грузоподъемной силы шин. Чаще всего в качестве исходной принимают зависимость

Q F qñð ,

где F – площадь контакта;

qср – среднее давление шины на почву.

Давление qср является функцией давления в шине:

qñð p ,

где – коэффициент, учитывающий жесткость шины (для шин низкого давления принимают = 1).

Предложенные формулы дают удовлетворительные результаты только для частных случаев, поэтому ими пользуются лишь при предварительных расчетах.

В результате экспериментов и анализа взаимодействия ходовой части колесного трактора с почвой, проведенных в МАМИ (Московском автомеханическом институте), получено, что при работе колеса на жесткой опорной поверхности в контакте с ней находятся только грунтозацепы. В этом случае в основном деформируется кар-

354

кас шины (приблизительно 80 %), деформация грунтозацепов (изгиб и смятие) составляет приблизительно 20 %.

При работе на мягком грунте деформируется шина и опорная поверхность. На рыхлых почвах давление по площади контакта распределяется более равномерно: чем плотнее грунт, тем больше отношение опорной площади грунтозацепов к общей площади отпечатка. При работе шин на мягкой опорной поверхности их деформация на 20–50 % меньше.

Так как грузоподъемную силу устанавливают по максимальной радиальной деформации на твердой поверхности, то при работе на мягких грунтах допустимую нагрузку на шину (ее грузоподъемную силу) можно увеличить (в зависимости от состава грунта) на 20–50 %, при этом радиальная деформация самой шины не увеличится. Эту особенность работы на мягких грунтах необходимо иметь в виду при проектировании и эксплуатации строительных и дорожных машин на базе тракторов.

При выборе шин следует определять нагрузку на колесо с учетом его догрузки (от навесных машин и оборудования, действия силы тяги на крюке и т. п.) для конкретной компоновки машины и условий работы. Кроме того, необходимо учитывать, что шины больших диаметров обеспечивают лучшие тяговые показатели при работе на транспорте, более широкая шина улучшает плавность движения и проходимость.

Шины направляющих колес для обеспечения хорошей управляемости и устойчивости прямолинейного движения оснащают продольно расположенными кольцевыми ребордами. При выборе шин направляющих колес следует иметь в виду, что при работе нагрузка на них уменьшается за счет динамической разгрузки передней оси.

Для улучшения управляемости и уменьшения сопротивления перекатыванию внутреннее давление в шинах направляющих колес больше, чем в шинах ведущих колес, и составляет 150–250 кПа.

Важным показателем шин направляющих колес, влияющим на управляемость колесной машины, является их боковая жесткость, которая оценивается коэффициентом ky сопротивления боковому уводу. Явление бокового увода состоит в том, что при приложении боковой силы к колесу шина деформируется и в результате катится не в плоскости симметрии обода, а под некоторым углом у к нему, который называется углом увода:

355