2.7. Взаимодействие движителя с почвой

Сам по себе подвод мощности, крутящего момента и частоты вра­щения от двигателя через трансмиссию еще не достаточен для движения трактора и выполнения им какой-либо работы. Движение трактора воз­никает в результате взаимодействия движителя с почвой. Причем при взаимодействии ведущих и ведомых колес происходят различные про­цессы. Ведомые колеса являются пассивными, к ним не подводится крутящий момент. В отличие от них к ведущим колесам крутящий мо­мент подводится и их называют активными колесами. Поэтому целесо­образно рассмотреть отдельно взаимодействие ведомых и ведущих ко­лес с почвой.

2.8. Взаимодействие ведомых колес с почвой

Возможны четыре случая качения ведомых колес по дороге: каче­ние недеформируемого (например, металлического) колеса по деформи­руемой дороге, качение деформируемого колеса по недеформируемой (например, бетонной) дороге, качение деформируемого колеса по де­формируемой дороге, качение недеформируемого колеса по недефор­мируемой дороге. Рассмотрим качение недеформируемого ведомого колеса по деформируемой дороге (рис. 93).

G_n - вес трактора, приходящийся на одно ведомое колесо; F_n - тол­кающая сила, действующая на ось ведомого колеса со стороны остова трактора. Будучи прижатым к дороге силой G,,, ведомое колесо внедря­ется на какую-то глубину в почву и образует колею глубиной h. В каж­дой точке на длине дуги 1-2 контакта колеса с почвой возникают две реакции почвы на колесо: радиальная (по радиусу к центру О колеса) и тангенциальная (по касательной к окружности колеса в данной точке). Сложив между собой указанные реакции, получают две реакции R и Т, точка приложения которых находится примерно посредине дуги 1-2 . Сложив реакции R и Г между собой по правилу параллелограмма, полу­чим результирующую реакцию R_pi!l, которую в свою очередь можно разложить на вертикальную Y_n и горизонтальную Х„ реакции. Реакцию У„ называют нормальной реакцией почвы на ведомое колесо, по величи­не она равна весу G,,. Заметим, что реакция Y_m на плече а„ относительно оси колеса, создает момент сопротивления качению Mf_n ведомого коле­са, который уравновешивается другим моментом Х_п ■ г„, т.е.:

Рис. 93. Взаимодействие недеформируемого ведомою колеса с деформируемой дорогой

Горизонтальная составляющая Х_n результирующей реакции почвы на колесо есть не что иное, как сила сопротивления качению ведомого колеса. Из предыдущей (9) находят эту силу:

Таким образом, при взаимодействии ведомого колеса с почвой воз­никает сила сопротивления движению (качению) ведомого колеса, ве­личина которой пропорциональна весу G,, и параметру, получившему название коэффициента сопротивления качению ведомого колеса

Для всего же трактора сила сопротивления движению (качению) будет

где f- коэффициент сопротивления качению трактора; Gj - эксплуатационный вес трактора; r_n - динамический радиус ведомого колеса.

Можно убедиться, что чем больше глубина колеи Л, тем больше длина дуги 1-2, тем больше плечо а„ и меньше радиус г„, тем больше коэффициенты сопротивления качению f_n и f, и больше сила сопротив­ления качению Р_f. Следовательно, величины коэффициента f и силы сопротивления качению P_f зависят от типа движения (гусеничный или колесный) и типа почвы (целина, залежь; стерня, вспаханное поле, поле, подготовленное под посев). При движении трактора по деформируемой дороге гусеничный движитель по сравнению с колесным образует менее глубокую колею. Следовательно, у гусеничного движителя параметры/ и Pj меньше. Сила сопротивления качению играет в динамике трактора отрицательную роль, т.к. на ее преодоление затрачивается часть силы тяги Р_к и часть мощности, подводимой к ведущим колесам. Снижение силы P_f является важнейшей проблемой в вопросе повышения эффек­тивности использования трактора. Ходовую часть (движитель) всегда надо содержать в чистоте, очищенную от грязи. Дополнительное сни­жение силы P_f достигается всеми способами, которые снижают глубину колеи: более широкие колеса (гусеницы), шины низкого давления, уширители колес, двойные скаты, полугусеничный ход на колесном тракто­ре и т. п. Применение этих способов особенно важно при работе тракто­ра на более рыхлой (мягкой) почве.

При взаимодействии деформируемого колеса с недеформируемой доро­гой имеет место другая природа возникновения силы сопротивления ка­чению (рис. 94).

Рис. 94. Взаимодействие деформируемого ведомого колеса с недеформируемой дорогой

В контакт с дорогой вступает передний участок шины и он дефор­мируется, на его деформацию затрачивается часть энергии (мощности) трактора, по мере качения колеса в контакт с дорогой вступают новые участки, а ранее деформируемые выходят из контакта и приобретают первоначальную форму, при этом энергия высвобождается. Однако вы­свобождаемая энергия всегда меньше затраченной, т.е. часть энергии теряется на преодоление внутримолекулярного трения в шине и нагревает ее. Поэтому эпюра распределения реакции почвы на деформиро­ванный участок шины приобретает форму, показанную на рисунке 94, т.е. наибольшие реакции действуют на переднем участке шины. В ре­зультате чего результирующая реакция Y_n будет смещена вперед отно­сительно оси колеса на величину а_n. Равновесие колеса обеспечивается равенством моментов:

Отсюда:

В целом для трактора сила сопротивления качению будет

В данном случае силу сопротивления качению можно снизить за счет уменьшения величины деформации шины, а для этого необходимо соблюдать следующее правило: при движении колесного трактора (ав­томобиля) по твердому покрытию необходимо увеличивать давление в шинах, в результате этого деформация шины уменьшается, плечо а„ также уменьшается, а радиус а_n увеличивается, силы Х_n и P_f- уменьша­ются, снижается также износ шин. При взаимодействии деформируемо­го колеса с деформируемой почвой возникновение силы сопротивления качения обусловливается действием обоих факторов: деформацией поч­вы (образованием колеи) и деформацией шины. При этом в целях сни­жения силы Pj при работе трактора на рыхлой почве надо давление в шинах снижать (глубина колеи уменьшается), а при движении по твер­дой почве давление в шинах следует увеличивать (уменьшается дефор­мация шины).

При взаимодействии недеформируемого колеса с недеформируе-мой дорогой силой сопротивления качению является сила трения между колесом и почвой. Ее величина является минимальной по сравнению с другими случаями качения. При движении по мягкому покрытию у гу­сеничного трактора сила P_f меньше, чем у колесного, а по твердому по­крытию наоборот.