Проходимость лесотранспортных машин

1. Критерии проходимости

В силу специфики условий работы лесотранспортные машины часто перемещаются по неблагоустроенным дорогам, усам, волокам, а это предъявляет повышенные требования к проходимости этих машин.

Единого критерия, позволяющего достаточно полно оценивать проходимость, еще не существует. Установлено, что проходимость зависит от многих параметров машины, основными из которых являются опорно-тяговые качества и геометрические параметры, а также конструкции отдельных элементов трансмиссии: дифференциала, коробки передач и т.д. Кроме того, на проходимость влияют и такие свойства машины, как устойчивость и маневренность.

Под проходимостью машины понимают ее способность устойчиво двигаться по плохим дорогам или в условиях полного бездорожья, сохраняя при этом достаточную (по условиям работы) среднюю скорость без разрушения или допустимом разрушении структуры лесной почвы. По проходимости все автомобили делятся на три группы. В основу классификации принимается соотношение между общим числом колес автомобиля и числом его ведущих колес, которое принято выражать колесной формулой. Эта формула состоит из 2-х цифр: первая – общее число колес, вторая – число ведущих (ЗИЛ-130 – 4х2; ГАЗ 66 – 4х4; ЗИЛ 131 – 6х6) и т.д. К первой группе относятся автомобили ограниченной (нормальной) проходимости – типов 4х2 и 6х2. Ко второй – повышенной проходимости типов 4х4, 6х6, 6х4. К третьей – высокой проходимости, имеющие специальную компоновку или конструкцию типа 8х8, а также полугусеничные.

Существует несколько методов оценки проходимости, основными из которых являются: метод длительных сравнительных испытаний и метод эталонного маршрута.

На трелевке и вывозке леса широкое применение нашел первый метод: выбираются маршруты с различным типами дорог. В качестве оценок проходимости служат средняя скорость движения, расход топлива, частота и длительность буксования, число переключений передач и т.д.

Метод эталонного маршрута состоит в сравнительной оценке нагрузок, скоростей движения и расходов топлива у машины при работе на эталонном (труднопроходимом) участке и на хорошей дороге.

В качестве обобщающего показателя проходимости автомобиля, НАМИ предложил “фактор проходимости” для подсчета которого следует использовать равенство:

П=[Q_м∙S_м/(t_м∙g_ем)]:[Q_ш∙S_ш/(t_ш∙g_еш)], (79)

где Q_м и Q_ш - полезные нагрузки при движении по труднопроходимому маршруту и шоссе;

S_м и S_ш - длина испытательного участка по труднопроходимому маршруту и шоссе;

t_м и t_ш - время движения по труднопроходимому маршруту и шоссе;

g_ем и g_еш - расход топлива во время движения по труднопроходимому маршруту и шоссе.

Чем больше фактор проходимости, тем лучше проходимость.

Проходимость машин в первую очередь оценивается опорно-тяговыми показателями, к которым относят:

1. Удельное давление шин или гусениц на опорную поверхность.

2. Совпадение у колесных машин ширины колеи передних и задних колес.

3. Максимальная сила тяги на низшей передаче.

4. Распределение веса между передней и задней осями колесных машин и сцепление с почвой.

Увеличение удельного давления машины на грунт вызывает углубление прокладываемой колеи, рост сопротивления качению и может привести к застреванию машины. Поэтому на автомобилях II и III групп давление в шинах для повышения проходимости по слабым грунтам делается регулируемым. Величина удельного давления колес автомобиля на дорогу определяется:

P_уд=G_к/F ,

где G_к - вес, приходящийся на колесо автомобиля, (Н);

F - площадь контакта колеса с дорогой, (м²).

Сопротивление движению машины существенно зависит от деформации грунта, т.е. от ширины и глубины оставляемой колеи, которая в свою очередь зависит от совпадения следов, оставляемых передними и задними колесами. Минимальные деформации грунта (сопротивление движению) будут при точном совпадении следов.

Для оценки совпадения следа передних и задних колес служит коэффициент совпадения следа η_с. η_с = a / b ,

где a - ширина следа, оставляемого передним колесом;

b - суммарная ширина следа переднего и заднего колеса (неплотный грунт).

Необходимым условием движения машины без буксования является:

P_ƒ ≤ P_кmax ≤ P_сц (80)

или ƒ∙G_a ≤ (M_e∙i_тр∙η_тр/r_д)_max ≤ φ∙G_сц

или ƒ ≤ [M_e∙i_тр∙η_тр/(G_а∙r_д)]_max ≤ φ∙σ , (81)

где σ = (G_{сц /} G_а) – коэффициент сцепного веса.

Для машин 6х2 – σ ~ 1/3; 4х2, 6х4 - σ ~ 2/3; 4х4, 6х6 и гусеничных - σ = 1.

Таким образом, проходимость колесной машины зависит от распределения ее веса между передними (ведомыми) и ведущими осями, т.е. улучшается с увеличением σ.

Кроме того, как показали испытания и практика эксплуатации уменьшение скорости движения улучшает проходимость машин. При движении по мягким грунтам очень важно не допускать интенсивного буксования, когда колеса и гусеницы начинают зарываться в грунт. При движении с небольшой скоростью машина движется более осторожно, не срывает верхнего покрова грунта и меньше буксует. Поэтому тип трансмиссии машин оказывает влияние на их проходимость. Движение машины с малой скоростью при механической трансмиссии происходит при пробуксовке сцепления, что приводит к быстрому выходу его из строя. Чтобы этого избежать применяют гидромуфты или гидротрансформаторы, обеспечивающие длительное движение с малой скоростью и улучшающих проходимость машины. К геометрическим параметрам проходимости относятся: величина дорожного просвета (клиренс); радиусы продольной и поперечной проходимости; узлы въезда (наклона передней и задней ветвей гусеницы) машины; радиус горизонтальной проходимости - рисунок 10.

Клиренс (на рисунке 10 не указан) – расстояние (наименьшее) от точек нижнего контура шасси машины или ее днища до поверхности пути, без погружения движителя в грунт. У современных трелевочных тракторов клиренс делают не менее 500 мм, у автомобилей порядка 250…350 мм. Увеличение клиренса повышает центр тяжести машины и снижает ее устойчивость.

Рисунок 10 Геометрические параметры проходимости

Радиусы продольной и поперечной проходимости влияют на проходимость машины при преодолении пней, валунов, бугров и др. неровностей. Для их уменьшения сокращают базы машин или увеличивают клиренс. На рисунке 10-а показаны углы въезда, имеющие значение при движении через рвы.

Радиус горизонтальной проходимости определяет размеры площади, на которой может повернуться машина и в какой-то мере характеризует ее маневренность (способность пройти между деревьями, по горным дорогам и т.д.). Необходимое свободное пространство для поворота трелевочного трактора определяется длиной транспортной системы и зависит от способа транспортировки деревьев.

При трелевке в полупогруженном состоянии длина системы составляет:

L ≈ L_т + L_д-l_д , (82)

где L_т - длина трактора;

L_д - длина пакета;

l_д - длина части деревьев, находящихся на тракторе.

При транспортировке же в полностью погруженном положении L ~ L_д.

Проходимость колесных транспортных систем

Глубина колеи зависит от жесткости грунта, величины нагрузки, размеров, формы и жесткости шины. Чем жестче шина, тем глубже погружение колеса и тем больше остаточные деформации грунта. Снижением жесткости колеса можно уменьшить глубину колеи, но при этом возрастут затраты на деформацию шины. Деформация пневматической шины при данной нагрузке зависит от давления воздуха в ней и жесткости каркаса. Таким образом, изменение одного из параметров шины сказывается благоприятно на величине сопротивлению качению, но снижает коэффициент сцепления. Уменьшение давления в шине и увеличение поверхности контакта увеличивают φ, но резко снижают срок службы шины и др. Как показали опыты, сопротивление качению колеса зависит от глубины колеи и от потерь на деформацию шины. Сопротивление от деформации исследуемого колеса незначительны при перекатывании его по жесткому покрытию, что с уменьшением давления в шине сопротивление перекатыванию возрастает. Это происходит из-за большей деформации материала покрышки.

Сопротивление качению от деформации грунта во много раз превышает сопротивление от деформации шины. Продолжительное движение на шинах с пониженным давлением воздуха приводит к их усиленной деформации и быстрому износу. При нормальной эксплуатации радиальная деформация шины не должна превышать 12%. Многочисленные опыты показали, что на дорогах с твердым покрытием давление в шине следует держать 0,3 МПа при любом состоянии дороги (мокрая или сухая). На мягком грунте 0,2 МПа, а на снегу или песке 0,15 МПа. В отдельных случаях для преодоления сильно заснеженного перегона можно понижать давление до 0,1 МПа, но с последующим повышением. Арочные шины также повышают проходимость машин.

Проходимость гусеничных систем

Оценивая проходимость гусеничных машин общего назначения, ограничиваются величинами среднего удельного давления гусениц на грунт и клиренса. В силу специфики условий работы трелевочных тракторов этих параметров недостаточно для оценки их проходимости. Поэтому вопрос проходимости лесозаготовительных машин с грузом находится в прямой зависимости от выбора параметров гусеничного движителя. Увеличение удельного давления приводит к росту расхода мощности на движение машины и уменьшение клиренса. Среднее удельное давление трактора на грунт определяется зависимость:

q_ср=G_т / (2b L) , (83)

где G_т - вес трактора;

b - ширина звена гусеницы;

L- длина опорной поверхности гусениц.

Для современных трелевочных тракторов q_ср ~ 0.04…0.05 МПа.

При таком q во время движения по снегу машина будет образовывать глубокие колеи. Поэтому иногда конструкторы стремятся уменьшить удельное давление на грунт. Однако это сопряжено с уширением гусеницы, что приводит к увеличению веса трактора. Экспериментально (ЦНИИМЭ) была предложена зависимость, связывающая глубину снежного покрова H, значение дорожного просвета K и ширину гусеницы b (см): b ≤ 1.4 (H-K) (84)

Эта зависимость указывает, что проходимость машины по снегу можно улучшить не только уширением гусеницы, но и увеличением клиренса, за счет увеличения диаметра опорных катков. В последнее время ведутся попытки увеличения проходимости путем уширения гусеницы, ликвидации прессования снега и грязи в углублениях звеньев, в направляющих и ведущих колесах.

На проходимость гусеничных машин существенно влияет неравномерность распределения нагрузки по длине опорной поверхности гусеницы, в результате чего действительное удельное давление во много больше среднего. Для лучшей проходимости желательно равномерное распределение нормальных давлений по длине гусеницы. Кроме того, для лучшей проходимости необходим постоянный контакт опорных катков с нижней ветвью гусеницы. Одним из главных преимуществ гусеничного движителя является его высокие сцеп ные качества, зависящие от величины удельного давления, длины опорной поверхности, высоты и формы грунтозацепов, их размещения и. т. д.