|
Положение центра давления определяет точку приложения результирующей нормальных реакций почвы. Распределение этих реакций по длине опорной поверхности гусениц существенно зависит не только от положения центра давления, но и от почвенных условий и конструкции гусеничного движителя (в частности, от числа катков и их расположения).
Если бы давления на почву распределялись по всей длине опорных поверхностей гусениц равномерно, то их можно было бы охарактеризовать средним значением давления рСр. Таким условным измерителем нередко пользуются, подсчитывая его по формуле
Pcv*=G/(2bLr7C),
где G — вес трактора, Я; Lryc— длина опорной поверхности каждой гусеницы, м; Ь — ширина звена, м.
При углах наклона к опорной поверхности передних и задних ветвей гусениц, не превышающих 2...4°, на мягких сминаемых почвах в передаче нормальных реакций участвуют веду-щие и направляющие колеса гусеничного движителя. Поэтому при указанных условиях длину опорной поверхности гусениц считают равной расстоянию между осями ведущих и направляющих колес. На твердых почвах и при движении по укатанным дорогам за длину опорной поверхности гусеницы целесообразнее принимать только ту ее часть, которая образуется суммой звеньев, находящихся в зоне расположения опорных катков. Эту же часть гусеницы следует считать опорной при значительных углах наклона передних и задних ветвей независимо от почвенных условий.
Для большинства сельскохозяйственных тракторов среднее значение давления на почву />Ср=0,035...0,06 МПа, для болото-ходных модификаций, выпускаемых на базе обычных сельскохозяйственных тракторов, рСр=0,02...0,03 МПа, для специальных болотоходных тракторов рСр<0,02 МПа. Для сравнения укажем, что для человека, в процессе движения опирающегося на землю одной ногой, рср не превышает 0,03 МПа.
 Рис. 50. Приближенные расчетные эпюры давлений на почву гусеничных тракторов при k/*se=I,5. ..1,7.
Однако в действительности давления гусениц на почву часто распределяются неравномерно.
Согласно результатам исследований, гусеницы передают давление на почву отдельными активно-опорными участками, группирующимися вокруг опорного катка. Если катки расставлены настолько часто, что почти каждое звено гусеницы, лежащее на земле, находится под их непосредственным воздействием, то активно-опорной поверхностью является вся опорная поверхность гусеницы. Согласно опытным данным, это достигается в том случае, если отношение шага катков, т. е. расстояние /к (рис. 50) между осями смежных катков, к шагу звена гусеницы f3B не превышает 1,5... 1,7. Такие соотношения обычно выдерживаются у тракторов сельскохозяйственного назначения с полужесткой подвеской остова и с большим шагом звена. В теории трактора допускается, что эпюра давлений (нормальных реакций) на почву в этих случаях имеет линейный характер. Такое допущение является приближенным, так как в действительности максимальные давления концентрируются в зоне, расположенной вокруг центра давления, и значения их уменьшаются по мере приближения к краям опорной поверхности.
При указанном допущении эпюры в зависимости от положения центра давления трактора могут принимать следующие формы:
прямоугольную — нормальные реакции почвы распределены равномерно по всей длине опорной поверхности гусениц (рис. 50,а);
трапециевидную — нормальные реакции почвы распределены неравномерно по длине опорной поверхности гусениц (рис.50, б);
треугольную с вершиной в передней кромке опорной поверхности гусениц — это крайняя форма неравномерной эпюры, при которой давления на почву передаются еще всей опорной поверхностью гусениц (рис. 50,в);
треугольную с вершиной между крайними кромками опорной поверхности гусениц — давления на почву передаются лишь частью опорной поверхности гусениц. Наклон эпюр при неравномерном распределении нормальных реакций почвы по длине опорной поверхности гусениц возможен не только в направлении, показанном на рисунке 50, но и в обратном направлении, если центр давления смещен вперед от середины опорной поверхности гусениц.
Результирующая нормальная реакция почвы должна проходить через центр тяжести фигуры, изображающей эпюру. Поэтому если известна эпюра, то можно определить положение центра давления трактора и, наоборот, по положению центра давления можно составить представление об эпюре.
При прямоугольной эпюре центр давления трактора располагается посредине опорной поверхности гусениц, т. е. смещение центра давления трактора равно нулю. В этом случае касательная сила тяги Рк = Рктах, а сопротивление перекатыванию трактора Pfn = P/nmm, что доказано многочисленными опытами. Чем больше смещение центра давления, тем больше сопротивление качению гусеничного трактора и меньше касательная сила тяги.
Коэффициент смещения центра давления гусеничного трактора vd=xD/Lryc. Значение VD = ±Ve LTyc можно считать предельно допустимым, так как при его превышении часть опорной поверхности гусениц прекращает передавать давления на почву. Методика выбора оптимального положения центра давления при работе трактора с различными машинами рассмотрена ранее в § 4 данной главы.
Коэффициент смещения центра давления — основной показатель, характеризующий распределение давлений гусениц на
почву, глубину h колеи (осадку) гусениц и характер дифферента Л остова машины (рис. 51). Чем меньше vd, тем равномернее при прочих равных условиях эпюра давлений.
Как видно из рисунка 51, изменяя положение центра давления, можно регулировать глубину колеи от минимального значения km до наибольшей Ли при одном и том же среднем давлении.
Если отношение шага опорных катков к шагу звена гусеницы превышает пределы 1,5... 1,7, то линейный закон распределения нормальных нагрузок на опорные поверхности неприемлем. Это подтверждается эпюрами на рисунке 52. Эпюры получены в процессе опытов при движении холостым ходом сельскохозяйственного трактора ДТ-75, у которого /К//Зв«3,4 (рис. 52,а), и полугусеничного движителя, установленного на колесном тракторе (рис. 52,6).
При больших значениях отношения /к/*зв давления передаются на почву отдельными участками гусениц, состоящими из звеньев, расположенных непосредственно под опорными катками, при некотором участии соседних звеньев. В зоне непосредственного воздействия опорных катков возникают отчетливо выраженные пиковые нагрузки.
В полугусеничном движителе давления на почву передают главным образом звенья под ведущими и натяжными колесами. Часть звеньев между этими колесами не передает давления даже при работе на ровных вспаханных и проборонованных полях.
Большие значения отношения /кДзв характерны для гусеничных движителей с упругой балансирной подвеской. Поэтому для этих движителей приближенной характеристикой распределения давлений могут быть значения нормальных реакций почвы на опорные катки.
Определим эти значения для тракторов с двухопорной ба-лансирной подвеской. Рассмотрим случай установившейся работы на горизонтальном участке с силой тяги на крюке. Схема внешних сил и реакций, действующих при этом на трактор, изображена на рисунке 53, а.
Обозначим суммарную нормальную реакцию почвы на опорные катки задних балансирных кареток через Y2, а на опорные катки передних балансирных кареток—через Y\. Вектор первой из них проходит через ось 02, на которой качаются задние каретки, а вектор второй — через ось 0\ качания передних кареток. Равнодействующая реакций Y\ и Y2 приложена в цент-
ре D давления трактора, положение которого определяют по формуле (44).
Пренебрегая составляющей силы тяги на крюке Pxpsin^KPr считаем, что сумма реакций Y2 и Y\ равна весу G трактора. Так как сумма моментов реакций У2 и Y\ относительно центра давления трактора должна быть равна нулю, то запишем следующие два уравнения равновесия:
Y, (0,5LK+xo)-y4 (0, Ы.-дь) = О, где LH — продольная база балансирных кареток. Отсюда
y% = G (0,5£к+^)/^; Yl = G (0,5LK-^)/LK. (50)
При составлении этого уравнения из веса трактора не был вычтен -вес участков гусениц, лежащих на почве и не влияющих на значения реакций Y\ и Y2. Кроме того, ввиду малости не был учтен момент Mfn.
Из формулы (50) видно, что чем больше смещение центра давления, тем неравномернее распределяются весовые нагрузки между передними и задними опорными каретками. При Xd=0,5 Lk соответствующие каретки — передние или задние (в зависимости от направления смещения центра давления) — разгружаются полностью и все весовые нагрузки передаются только через одну пару кареток.
Реакции Y2 и Y\ разложим по отдельным каткам, составив для этого уравнения равновесия относительно осей качания кареток.
Зная нагрузку QK(0 на данный каток, можно определить значение ртах(о максимального давления гусениц на почву в зоне его расположения по формуле
PmBX<l)eWu<i)/(Wa.)»
где &н — коэффициент, учитывающий число звеньев на данном активно-опорном участке гусеницы и степень неравномерности распределения давления между ними; индекс в скобках указывает порядковый номер катка. При 1к/'эв^3 можно принять ftH=0,5.
В тех случаях, когда требуется опорная поверхность гусениц большой длины, применяют трехопорные подвески того или иного типа. Одна из возможных схем такой подвески, состоящей из трех балансирных кареток, на которые через вертикальные пружины опирается рама 1 трактора, изображена на рисунке 53,6.
Для определения вертикальных реакций Уь У2 и Уз, действующих соответственно на опоры подвески, необходимы три уравнения. Между тем, пользуясь уравнениями статики, можно составить только два уравнения равновесия:
Ух (Ч+**>) +У^-П (4<8-*/>) = О, где хо — смещение центра давления трактора назад от оси средней каретки; LH г и /.к j — продольные базы смежных кареток соответственно передних и средних, средних и задних.
Необходимое дополнительное уравнение получим из условия совместности деформаций упругих элементов рассматриваемой системы. В рассматриваемом случае оно должно выражать зависимость между деформациями пружин подвески.
Под действием вертикальных нагрузок рама трактора наклонится из положения, показанного на схеме сплошной линией, в положение, показанное штриховой линией. При этом пружины подвески сожмутся; обозначим их прогибы соответственно через fi, f2 и /з- Так как деформации рамы ничтожно малы по сравнению с деформациями пружин, то зависимость между прогибами /ь ft и fa может быть установлена из подобия заштрихованных на рисунке треугольников и выражена уравнением
откуда
fz=ifi^hLKl)/(LKl-\-LK2).
Учитывая, что Yi—fiCu Y2=f2C2 и Уз=/зСз, где си d и с3 — коэффициенты жесткости соответствующих пружин подвески, заменим предыдущее уравнение следующим:
Полученное уравнение вместе с двумя ранее написанными уравнениями статики позволяет определять искомые значения реакций, У|, У 2 и Уз.
Разновидность движителя с трехопорной подвеской — полугусеничный ход (рис. 52.6), опирающийся на поверхность пути передними колесами трактора, натяжными колесами гусеничных цепей и ведущими колесами гусениц. Распределение нагрузок между указанными тремя опорами можно в известной степени регулировать, изменяя натяжение и жесткость упругого элемента подвески натяжных колес.
Характер распределения и значения давлений под опорной поверхностью гусениц в значительной мере определяют осадку и уплотнение почвы. Последнее же отрицательно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур. В процессе анализа основных законов образования колеи установлена прямая зависимость между проходимостью гусеничных машин и средним давлением рСр гусениц на почву. Поэтому снижение значения рСр — эффективное средство повышения проходимости и уменьшения вредного воздействия движителей на почву.
Основные способы снижения давления — увеличение размеров гусениц и снижение массы трактора. Однако увеличение размеров движителя сопряжено с возрастанием его массы. Чтобы разрешить это противоречие, необходимо не только совершенствовать металлические звенчатые гусеницы, но и создавать движители новых типов.
Основные направления совершенствования гусениц—изменение конструктивной формы их звеньев (с целью облегчения) и замена материала, из которого они сделаны. Для этого создают облегченные, сварные и штампованно-сварные звенья пространственной формы, консольно и симметрично прикрепленные к башмакам гусениц уширите л и и т. п. Целесообразно также изготовлять гусеницы из более легких конструкционных материалов, например из пластмасс, порошковых материалов и др. Наряду с этим создают движители с резинометаллическими катками, пневмотраковые гусеницы (см. рис. 105) и бесклиренсные гусеничные машины (сверхширокие гусеницы сочлененных машин) с резинометаллическими или пластмассовыми гусеницами.
|