Динамика гусеничного движителя

Рассмотрим равномерное движение гусеничного трактора по горизонтальной твердой опорной поверхности (Рис. 4.4).

В гусеничном обводе с задним расположением ведущей звездочки можно выделить четыре ветви:

- верхняя провисающая, длиной L_пр,

- лобовая,

- ведущая,

- опорная, длиной L (продольная база трактора).

При статическом положении трактора в провисающей ветви возникают силы натяжения (уравнение цепной линии):

где m_уд – масса единицы длины гусеничной цепи, Y_пр – стрела провисания.

Данное выражение показывает, что увеличение длины пролета ведет к возрастанию стрелы провисания. Для уменьшения стрелы провисания необходимо создавать большее предварительное натяжение. Повышение предварительного натяжения гусениц приводит к увеличению сопротивления качению и потерь мощности в гусеничном движителе. Чтобы уменьшить силу предварительного натяжения при определенной стреле провисания, под верхнюю ветвь обвода гусеницы устанавливают поддерживающие ролики. Значение стрелы провисания для каждой модели трактора определяют экспериментально.

При движении трактора звенья гусеничной цепи в провисающей ветви движутся криволинейно (по цепной линии), в результате чего появляется центробежная сила. С учетом этого, сила натяжения в провисающей ветви определится:

Большую часть силы натяжения в гусеничном обводе сельскохозяйственных тракторов составляет предварительное натяжение, у быстроходных транспортных машин – инерционные силы.

Натяжение лобовой ветви гусеницы должно обеспечить вращение направляющего колеса. При равномерном движении это условие можно записать: (Р_лоб – Р_пр)R_нк = М_{нк ,}

где М_нк – момент сопротивления вращению направляющего колеса,

R_нк – радиус направляющего колеса.

Отсюда

На ведущую звездочку передается крутящий момент М_к. С силой М_к / R_з ведущее колесо (звездочка) воздействует на гусеничную цепь. С точно такой же силой, но направленной в противоположную сторону, гусеничная цепь воздействует на ведущее колесо. По аналогии с колесным движителем эту силу назвали касательная сила тяги: Р_к = М_к / R_з.

Касательная сила тяги при движении гусеничной машины больше силы натяжения ведущего участка гусеницы Р_к > P_вед.

Это обусловлено потерями на трение в шарнирах гусеничной цепи и в зацеплении звездочки. В результате взаимодействия опорной части гусениц с грунтом появляется толкающая реакция Р_хз (Рис. 4.5).

Толкающая реакция Р_хз меньше силы натяжения ведущего участка гусеницы Р_вед, т.к. при движении гусеничном движителе возникает ряд сопротивлений, которые необходимо преодолеть. К ним относятся:

1. Сопротивление в зацеплении звездочки с гусеничной цепью.

2. Сопротивление в шарнирах гусеничной цепи.

3. Трение в подшипниках опорных катков, направляющего колеса, поддерживающих роликов.

4. Сопротивление перекатыванию опорных катков, поддерживающих роликов и направляющего колеса по беговым дорожкам гусениц.

Обозначим через M_r момент всех сил сопротивлений, приведенный к оси ведущего колеса. Тогда:

При укладывании лобовой ветви гусеницы на грунт происходит деформация почвы. Допустим, что деформация грунта происходит под действием только переднего опорного катка. Последующие опорные катки катятся по звеньям, лежащим на уплотненном дне колеи, и дальнейшей деформации грунта не вызывают. Равнодействующая реакций почвы, действующих на лобовую ветвь гусеницы при движении машины по деформируемой поверхности называется лобовым сопротивлением. Разложим силу лобового сопротивления на две составляющие:

- Р_уп - направлена нормально к опорной поверхности,

- Р_хп -направлена параллельно опорной поверхности.

Таким образом, сопротивление движению гусеничного движителя обусловлено силами трения в гусеничном движителе M_r/R_з и составляющей силы лобового сопротивления Р_хп.

Кроме нормальной нагрузки лобовой ветви гусеницы Р_уп на опорной ветви гусеничного обвода возникают элементарные нормальные реакции dP_y.

Точку приложения результирующей нормальных реакций называют центром давления. Величина результирующей и координата центра давления определяются характером эпюры элементарных нормальных реакций. От этого будет зависеть величина максимального удельного давления на грунт.

Вопрос