Устойчивость автомобиля (трактора)

Под устойчивостью автомобиля (трактора) понимается его способность двигаться в разнообразных дорожных условиях без опрокидывания и без бокового скольжения колес (гусениц). В зависимости от направления опрокидывания и скольжения различают продольную и поперечную устойчивость.

Ввиду того, что у большинства машин величина ширины колеи меньше их базы (длины опорной поверхности), то наиболее вероятным и опасным является опрокидывание в поперечном направлении, чем в продольном.

Продольная устойчивость колесных машин нарушается, если под действием внешних сил и моментов передние или задние колеса начинают отрывается от грунта, т.е. или z₁=0 или z₂=0 - рисунок 15.

Рассмотрим случай ускоренного прямолинейного движения машины на подъем, когда возможно ее опрокидывание вокруг задней оси. Условие потери продольной устойчивости в общем виде запишется: Мо=0,

G_aаCos-G_ahSin-P_крh_кр-M_f-P_wh_w-P_jh-M_jк=0, (100)

где P_j – сила инерции поступательно движущихся масс машины;

M_jк – инерционный момент колес машины.

С помощью полученного равенства можно определить предельный угол подъема , величины максимальных сил, ускорений и геометрические параметры машины, при которых нарушается продольная устойчивость.

Определим максимальный угол подъема _max, при котором машина может стоять не опрокидываясь, т.е. M_f=0, M_jк=0, P_w=0, P_кр=0, P_j=0. Тогда последнее равенство в этом случае запишется в виде:

G_a∙а∙Cos_max-G_a∙h∙Sin_max=0 (101)

отсюда

tg_max=a / h (102)

В случае уклона tg_max=(L-a) / h (103)

Следовательно, предельный угол подъема (спуска) зависит от соотношения базы машины L и высоты центра тяжести h, а также от его продольной координаты «а».

Трелевочные колесные машины обычно имеют очень короткую базу и высоко расположенный (большой клиренс) центр тяжести (ц.т.), а, следовательно, и худшую продольную устойчивость.

Считая, что максимальное значение угла подъема для современных автомобилей не превышает 45^о - tg_max=1, получим соотношение h ≤ a, т.е. во избежание продольного опрокидывания высота центра тяжести не должна превышать расстояния от ц.т. автомобиля до задней оси.

Выражения (101), (102), (103) не учитывают возможности буксования ведущих колес машины. Практически до начала опрокидывания колеса начинают буксовать, и машина сползает назад вследствие недостаточного сцепления колес с дорогой.

Определим максимальный угол подъема по сцеплению с грунтом, приняв силу тяги P_кmax, развиваемую двигателем на низшей передаче, больше возможной силы тяги по сцеплению, т.е. P_кmax ≥ Р_сц

Уравнение устойчивого движения на подъем запишется Р_сц ≥ R

∙G_сц ≥ G∙(f∙Cos+Sin)+P_кр , (104)

где R – сумма всех сил сопротивления движению.

Для одиночной машины со всеми ведущими осями ( или гусеничной)

G_сц=G∙Cos и P_кр=0,

тогда ∙G∙Cos ≥ G∙(f∙Cos+Sin) (105)

или

tg _сц ≤ ( - f) (106)

Таким образом, неравенство (106) показывает, что при условии P_кmax ≥ Р_сц предельный угол подъема, преодолеваемого машиной по сцеплению с грунтом, не зависит от веса машины и от мощности ее двигателя, а определяется физико-механическими свойствами грунта и тягово-сцепными качествами движителя.

Для некоторых гусеничных машин на плотном грунте =1.1…1.15, тогда _сц может достигать ≈ 45^о и более.

Продольная устойчивость гусеничных машин обычно оценивается величиной смещения точки D, так называемого центра давления гусениц - рисунок 15б. Когда трактор неподвижен на горизонтальном участке и P_кр=0, и G_гр=0, точка D находится на линии действия силы G_т, т.е. под центром тяжести. При движении машины равнодействующая нормальных реакций дороги, под действием внешних сил и моментов смещается вперед или назад от центра тяжести.

Величина Х может быть легко найдена из уравнения моментов всех сил относительно точки В или А (при жесткой, небалансирной подвеске). Если равнодействующая нормальных сил проходит через одну из этих точек, например, через В (х=а), это означает начало потери устойчивости. Максимальные статические углы продольной устойчивости для незагруженного трактора, т.е. G_гр=0, Р_кр=0 определяется из равенства:

G_т∙a∙Cos-G_т∙h∙Sin=0 (107)

или tg_max=a / h (108)

а)б)

Рисунок 15 Силы и моменты, действующие на колесную и гусеничную машины на подъеме

При балансирной подвеске рама трактора поворачивается вокруг осей балансиров кареток. Поскольку расстояние между осями балансиров меньше L, то поворот корпуса трактора с такой подвеской происходит при меньших углах подъема (спуска).

Но такой поворот корпуса еще не означает опрокидывания, т.к. трактор садится на наклонные участки гусениц и дальнейший его поворот должен произойти относительно точек касания направляющего или ведущего колеса с грунтом. В связи с этим гусеничные тракторы намного устойчивее колесных и опасность продольного опрокидывания у них очень мала.