Проектирование строительных и дорожных машин

прочих равных условиях получается соответственно меньшей. Металлоемкость существующих универсальных тракторов с четырьмя ведущими колесами по сравнению с аналогичным по тяговому усилию тракторами с двумя ведущими колесами меньше на 20–25 %.

Наряду с колесным шасси специальных конструкций имеется много различных универсальных тракторов, из которых путем замены передней оси можно получить модификацию со всеми ведущими колесами (Т-40А, МТЗ-52, Л1ТЗ-82 и др.). При этом передние колеса делают меньшего размера, чем задние, и через них может быть реализована соответственно меньшая сила тяги.

Более эффективны специальные шасси с колесами одинакового размера, которые получили большое распространение как в СССР

(тракторы Т-150К, К-700 и др.), так и за рубежом.

Широко используют полуприцепы и прицепы с активными осями и приводом от вала отбора мощности.

18.2. Передние оси колесных машин

Передние оси служат для соединения направляющих колес с рамой машины. Они должны передавать усилия, возникающие в системе, и обеспечивать правильную установку колес. В зависимости от того, являются передние колеса только направляющими или к ним подводится крутящий момент, их разделяют на передние оси и передние мосты. По способу соединения с рамой передние оси могут быть подрессоренными или неподрессоренными, с расставленными или сближенными колесами, с разрезной или целой осью.

Для обеспечения устойчивого прямолинейного движения и легкого поворота машины направляющие колеса надо устанавливать в определенном положении по отношению к дороге и балке передней оси.

При установке шкворня под углом (обычно = 2–10°) уменьшается плечо обкатки колеса m > т' (расстояние от точки контакта середины колеса до пересечения оси шкворня с почвой) и, следовательно, момент, необходимый для его поворота (рис. 18.1, а). Для применяемых конструкций колесных машин т = 10–30 мм. Кроме того, при повороте колеса вокруг наклонного шкворня передняя часть машины несколько приподнимается и ее вес будут стремиться возвратить колеса в исходное положение.

357

положение. Этот динамический стабилизирующий момент можно определить по формуле

Mñò l cos ,

где – коэффициент сопротивления повороту.

Угол наклона оси шкворня назад = 0–4°, а вперед – 0–10°. Наклон шкворня в продольной плоскости вызывает увеличение

сопротивления на рулевом колесе при повороте машины.

При установке колес с наклоном к поверхности грунта (рис. 18.1, г) (с развалом) расстояние между ободьями колес снизу получается несколько меньше расстояния сверху. Этот способ также уменьшает плечо обкатки (т" < т), а под действием составляющей силы тяжести S, направленной по оси цапфы, колесо прижимается к ступице, компенсируя износы. Такое расположение колес вызывает также отрицательные явления: колеса стремятся катиться по дугам к центрам в точке О, левое колесо – влево, правое – вправо, что приводит к скольжению и дополнительному износу шин. В существующих конструкциях угол = 1,5–5°.

Для устранения проскальзывания колеса устанавливают со сходимостью, т. е. не параллельно продольной оси трактора, а так, что расстояние между их серединами спереди меньше, чем сзади (рис. 18.1, д), при этом L2 – L1 = 1–12 мм (измерение производят в точках пересечения обода колеса с горизонтальной плоскостью, проходящей через оси колес).

Сходимость достигается регулированием длины поперечной рулевой тяги. При такой установке колеса стремятся катиться по окружности, центр которой находится в точке пересечения продолжения оси цапфы поворотного кулака с опорной поверхностью. Силы сопротивления движению стремятся повернуть колеса относительно шкворней, что нарушает устойчивость прямолинейного движения. При отсутствии сходимости, колеса могли бы установиться под отрицательным углом. Подбор правильного положения колес устраняет эти недостатки.

При установке на строительных и дорожных машинах передних мостов с ведущими направляющими колесами для уменьшения углов перекоса валов соединительных муфт поперечный наклон шкворня и развал колес часто делают близкими к нулю. Практически это ма-

359

ло сказывается на устойчивости движения машины, т. к. использование шин низкого давления и большого диаметра, обладающих значительной эластичностью, приводит при повороте к появлению стабилизирующих моментов из-за боковой деформации шин.

У шасси машин с шарнирной рамой (рис. 18.2), состоящей из двух шарнирно соединенных секций, колеса жестко связаны с ней и установлены без развала и сходимости.

Рис. 18.2. Схема поворота трактора с шарнирной рамой: а – вид сбоку; б – вид сверху

Для повышения тяговых качеств машин подобного типа и обеспечения устойчивого прямолинейного движения необходимо, чтобы основным ведущим мостом был передний, задний же мост должен подключаться только в тяжелых условиях движения. Автоматизация включения и выключения заднего моста достигается применением обгонных муфт, установленных в приводе. Когда передний мост является ведущим (задний в это время выключен), появляется стабилизирующий момент Мв.с (момент ведущей секции), который при повороте секций на угол стремится вернуть систему в исходное положение:

360

Mâ.ñ R l1 sin ,

где R – реакция со стороны заднего моста ( R fG2 Pêð , где f –коэф-

фициент сопротивления перекатыванию, G2 – доля веса трактора, приходящаяся на заднюю секцию).

Если ведущим мостом будет задний, то толкающее усилие Рз.с создаст поворачивающий момент, вызывающий неустойчивое прямолинейное движение. Для устойчивого прямолинейного движения помимо выполнения данных выше рекомендаций, необходимо, чтобы ось соединительного шарнира устанавливалась под углом в продольной плоскости машины. В этом случае во время поворота секций из-за изменения высоты расположения центра машины появляется стабилизирующий момент

Если центры масс каждой секции вынесены за базу машины, то для получения указанного стабилизирующего момента надо, чтобы угол α был больше 90°.

Конструкция балки передней оси и способ ее изготовления определяются эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к машине.

Для тракторов общего назначения, а также пропашных наибольшее распространение получили оси с расставленными колесами (рис. 18.3, а). Эти оси обеспечивают наилучшую устойчивость и проходимость трактора по междурядьям. Дорожный просвет 400–550 мм легко обеспечивается удлинением стойки шкворня поворотной цапфы. Однако для обработки высокостебельных сельскохозяйственных культур необходимо увеличить дорожный просвет до 600–760 мм, а для особо высокостебельных– 800–1000 мм и более.

361

рис. 18.3, а). Наружная разрезная труба затягивается хомутом 1. В зависимости от конструкции балки передней оси бывают литыми или штампованными (круглыми, двутавровыми, трубчатыми и др.). Это позволяет регулировать колею трактора, что весьма важно для пропашных тракторов.

Подвеска передней оси выполняет несколько функций: через нее передается вес передней части машины на балку, она обеспечивает передачу толкающих усилий от рамы к передним колесам, воспринимает толчки и удары от передних колес, улучшает приспосабливаемость колес к неровностям пути.

Убольшинства универсальных тракторов переднюю ось соединяют

состовом в одной точке при помощи шарнира 4 (см. рис. 18.3, а). Для разгрузки последнего от толкающих усилий устанавливают специальные вилки 5. Если передняя ось сделана укороченной (см. рис. 81, б) или имеется только одно переднее колесо, то все усилия воспринимаются подшипниками вертикального вала 6.

Повышение скоростей движения тяговых машин привело к возрастанию динамических нагрузок на оси, поэтому для увеличения срока службы машин стали использовать упругие элементы в системе подвески передних, а иногда и задних осей.

На рис. 18.3, в представлена передняя ось, у которой упругие элементы в виде цилиндрических пружин 9 вмонтированы в стойках шкворней поворотных кулаков 8 и цапфы 7.

В конструкции переднего моста, изображенного на рис. 18.4, а, использованы тарельчатые пружины 7, установленные на шкворнях 8 поворотных кулаков 9. Характерной чертой этой конструкции является возможность изменения колеи при помощи выдвижных труб 1, которые фиксируются в заданном положении стопорами 2. Шкворень 8 и конечная передача 5 вписаны в габариты диска 6 направляющего колеса.

Крутящий момент к колесу подводится через два последовательно установленных карданных шарнира 3 и 4 неравных угловых скоростей.

На рис. 18.4, б изображен передний мост самоходной машины, у которой для подрессоривания колес установлены цилиндрические пружины 11. В конструкции оригинально решен вопрос подвода крутящего момента к направляющим колесам без соединительных муфт при помощи двух пар конических шестерен – 10 и 12.

363

Для подрессоривания переднего моста, конструкция которого изображена на рис. 18.4, в, применена поперечная листовая рессора 14, которая шарниром 15 в средней части соединена с рамой машины. Концы рессоры проушинами 13 прикреплены к кронштейнам 18 переднего моста. Для предотвращения скручивания рессоры толкающими усилиями служит вилка 16. Крутящий момент к колесам подводится через соединительную муфту 17 равных угловых скоростей.

При конструировании самоходных строительных и дорожных машин с четырьмя ведущими колесами необходимо иметь в виду, что трансмиссия, ведущие колеса и грунт составляют замкнутый силовой контур, вследствие чего может возникнуть циркулирующая мощность из-за разных динамических радиусов ведущих колес. Изменение динамических радиусов колес объясняется неодинаковым давлением в баллонах шин, перераспределением нагрузки на колеса в процессе работы и другими причинами.

Для уменьшения отрицательного влияния циркулирующей мощности и повышения динамических качеств машин устанавливают специальные механизмы, например межосевой дифференциал 1 (рис. 18.15, а), который дает возможность ведущим колесам передней и задней оси вращаться с разными угловыми скоростями, исключая дополнительную загрузку трансмиссии.

Вариант использования раздаточной коробки с принудительным отключением переднего моста показан на рис. 18.5, б. Привод осуществляется от раздаточной коробки, в которой имеются подвижные шестерни 2, служащие для включения и выключения переднего моста. Дополнительная передача усложняет трансмиссию и снижает ее КПД, а отсутствие автоматического включения переднего моста затрудняет управление машиной в сложных дорожных условиях. Кроме того, при включенном переднем мосте и наличии циркулирующей мощности не снимается дополнительная нагрузка на детали трансмиссии. Отмеченные недостатки ограничивают применение раздаточной коробки.

На схеме, изображенной на рис. 18.5, в, в приводе к переднему мосту установлена муфта свободного хода 3, которая по сравнению с дифференциалом отличается простой конструкцией и меньшей массой. Эта муфта автоматически включает и выключает передний мост. При обычной работе, когда окружные скорости колес равны, передний мост отключен. В тяжелых условиях работы, когда окружная

365

скорость передних колес становится меньше окружной скорости задних (задние пробуксовывают), муфта свободного хода заклинивается и автоматически включает привод к передним колесам.

Рис. 18.5. Схема привода к переднему ведущему мосту:

а– с межосевым дифференциалом; б – с раздаточной коробкой;

в– с муфтой свободного хода

366