Рис. 1.5. Полужесткая подвеска гусеничного трактора:
1 – гусеница; 2 – направляющее колесо (натяжное); 3 – поперечная рессора; 4 – рама гусеничной тележки; 5 – опорные катки; 6 – поддерживающие
катки; 7 – ведущее колесо; 8 – геометрическая ось ограниченного качания гусеничных тележек относительно основной рамы.
Гусеничные ходовые части по сравнению с пневмоколесными имеют большую поверхность опоры, что обеспечивает лучшее сцепление с грунтом, повышенную проходимость в условиях бездорожья и слабых грунтов при малом давлении на грунт (0,04...0,1 МПа). Машины с гусеничными ходовыми частями способны преодолевать уклоны до 50%. К недостаткам гусеничных ходовых частей строительных и дорожных машин следует отнести большую массу (до 40% общей массы машины), сложность конструкции, интенсивное изнашивание, а также малую транспортную скорость (до 12 км/ч) и недопустимость передвижения по дорогам с усовершенствованными покрытиями во избежание порчи последних.
Механизмы управления автомобиля состоят из двух самостоятельных систем: рулевого управления 10 и тормозной системы. Направление движения автомобиля изменяют путем поворота управляемых колес.
Тема 1.3. Основы теории тягово-транспортных машин
Силы и моменты, действующие на мобильную машину.
При движении машины тяговая сила 
расходуется на преодоление сил сопротивления движению. К этим силам относятся: 
– сила сопротивления качению по дороге колесной или гусеничной машины; 
– сила сопротивления подъему, возникающая при движении машины на уклоне; 
– сила сопротивления разгону машины или агрегата; 
– сила сопротивления воздушной среды (учитывается только для колесных машин).
Рассмотрим каждую силу в отдельности.
Сила сопротивления качению.
При качении эластичное колесо машины подвергается различным деформациям под действием внешних нагрузок. Деформации могут быть радиальными (нормальными), касательными (тангенциальными) и поперечными (боковыми). Во время качения шина в области контакта с дорогой попеременно сжимается и растягивается, при этом за счет молекулярного трения между
17
частицами выделяется тепло, которое рассеивается в окружающей среде, а энергия, затрачиваемая на деформацию, не возвращается полностью при последующем восстановлении формы шины.
При качении колеса деформации в передней части шины возрастают, а в задней – уменьшаются. Следовательно, элементарные нормальные реакции в передней части контакта шины с дорогой значительно выше, чем в задней, что отражено на эпюре нормальных реакций опорной поверхности колеса (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Качение колеса по твердой дороге
При движении на колесо действуют следующие силы: вертикальная нагрузка 
, реакция 
, толкающая сила 
и сила сопротивления качению 
. Равнодействующая элементарных нормальных реакций 
, равная по величине вертикальной нагрузке 
, при качении колеса сдвигается вперед на расстояние 
, в результате чего создается момент, противодействующий качению колеса: 
. Кроме этого момента на колесо действует еще момент от пары сил 
и 
. Плечо этой пары сил, т. е. расстояние от точки 
до поверхности контакта с дорогой, является радиусом качения колеса 
. Для поддержания равномерного вращения колеса момент пары сил 
и 
должен быть равен моменту сопротивления качению колеса 
, откуда следует, что 
.
Следовательно, величину силы сопротивления качению 
можно найти из условия равновесия системы 
, откуда
Отношение 
обозначается буквой 
и называется коэффициентом сопротивления качению, характеризующим потери энергии, связанные с качением колеса. Силы сопротивления качению ведомых 
и ведущих 
колес различны, однако для упрощения расчетов принято, что 
.
Сила сопротивления качению колесной машины, имеющей вес 
, при движении по горизонтальной дороге равна
где 
– вес машины, Н; 
– коэффициент сопротивления качению. Сопротивление качению гусеничной машины складывается из внутренних
сопротивлений гусеничного движителя и внешних сопротивлений, возникающих вследствие деформации почвы под действием нагрузок, передаваемых на гусеницы опорными катками.
Внутреннее сопротивление гусеничного движителя выразится отношением
,
где 
– момент сопротивления на ведущих колесах гусеничного движителя,
18
Нм; 
– теоретический радиус ведущих колес гусеничного движителя, м. Равнодействующая 
нормальных реакций почвы на первое звено
гусеничной машины называется лобовым сопротивлением (рис. 1.7), которое приложено в точке 
деформируемого участка почвы и находится под некоторым
углом к поверхности пути. |
Равнодействующая раскладывается на две |
составляющие: вертикальную |
и касательную . При этом сила в тяговый |
баланс трактора не входит и суммируется с вертикальными реакциями почвы, а составляющая 
является основным внешним сопротивлением при движении гусеничного движителя.
Следовательно, общее сопротивление качению 
гусеничной машины при установившемся движении по горизонтальной дороге имеет вид
.
Отношение силы 
к весу трактора 
представляет собой коэффициент сопротивления качению
Рис. 1.7. Качение гусеничного движителя по дороге
Сила сопротивления подъему.
При движении колесной машины на подъемах и спусках она испытывает дополнительное сопротивление, которое зависит от крутизны подъема.
Подъем дороги оценивается двояко: углом 
в градусах или величиной уклона 
, представляющего собой отношение превышения 
к заложению 
дороги, т. е. 
Вес машины 
(рис. 1.8), преодолевающей продольный подъем, разлагается на две составляющие: параллельную дороге 
и нормальную к ней 
Силу 
называют силой сопротивления подъему и обозначают 
.
Ряс. 1.8. Силы, действующие на автомобиль во время движения
В связи с тем, что углы подъема автомобильных дорог сравнительно
19
невелики и часто не превышают
и
, можно записать
Тогда сила сопротивления подъему
При движении машины на подъем 
будет положительным, а при движении на спуск – отрицательным.
Сила суммарного сопротивления дороги.
При движении машины на подъем сила сопротивлению качению примет вид
Коэффициенты 
и 
в совокупности характеризуют качество дороги, поэтому сила суммарного сопротивления дороги 
есть сумма сил сопротивления качению и подъема:
Знак плюс берется при движении на подъем, знак минус – при движении под уклон. Подставив значения сил 
и 
в формулу суммарного сопротивления дороги, получим
Выражение в скобках называется коэффициентом суммарного сопротивления дороги и обозначается буквой 
:
При малых углах подъема дороги значение тригонометрической функции 
близко к единице, а функция 
, отсюда можно принять, что 
, тогда 
Сила сопротивления воздушной среды
При движении транспортного средства со скоростью более 40 км/ч сила сопротивления воздушной среды становится настолько заметной, что ее приходится учитывать. Суммарная сила сопротивления воздушной среды 
складывается из силы лобового сопротивления, вызванного разностью давления воздуха перед машиной и сзади нее; силы сопротивления, создаваемой выступающими частями машины (подножки, крылья и др.), силы сопротивления, возникающей при прохождении воздуха через радиатор и подкапотное пространство; силы трения наружной поверхности машины о близлежащие слои воздуха и силы сопротивления, вызванной разностью давлений сверху и снизу машины.
Силу 
определяют по формуле, полученной опытным путем:
где 
– коэффициент сопротивления воздуха; 
– лобовая площадь машины, м2; 
– скорость движения машины, м/с.
Произведение 
принято называть фактором обтекаемости
который определяет зависимость силы сопротивления воздушной среды от размеров автомобиля и его формы.
Лобовая площадь грузового автомобиля определится по формуле
,
где 
– наибольшая высота автомобиля, м; 
– колея автомобиля, м.
Ввиду малой скорости движения колесных и гусеничных тракторных
20