Файл: Малиновский, Е. Ю. Динамика самоходных машин с шарнирной рамой (колебания и устойчивость движения).pdf

ции, а при приводе всех колес — мощных и дорогостоящих кар­ данов равных угловых скоростей и мощных поворотных цапф. Это особенно важно для машин, работающих в тяжелых до­ рожных условиях, так как указанные механизмы, оказываются уязвимыми. Высоко расположенный механизм складывания в шарнирной машине, как правило, бывает более надежным.

Машины с шарнирно-сочлененной схемой удобны для уни­ фикации и агрегатирования. Секционность машины позволяет сочленять одну и ту же базовую секцию машины, например од­ ноосный тягач или моторную секцию шарнирно-сочлененного шасси, с различным навесным оборудованием, создавая семей­ ства машин различного технологического назначения. Одно из семейств машин такого рода, разработанных на базе одноосного тягача фирмы Летурно, показано на рис. 7.

Однако шарниры, внося дополнительные степени свободы, приводят к появлению весьма серьезных недостатков. Важией-

11

шим из них является снижение запаса устойчивости по опроки­ дыванию.

Потеря устойчивости шарнирной машины возникает при по­ тере устойчивости (опрокидывании, например, в боковом направ­ лении) одной секции независимо от другой. Это объясняется тем, что опрокидывающие нагрузки обычно определяются пара­ метрами рабочего оборудования, укрепленного на одной из сек­ ций, а горизонтальный шарнир частично выключает из работы удерживающие моменты, создаваемые собственным весом вто­ рой секции. Особенно ухудшается устойчивость машин, у кото­ рых рабочее оборудование значительно вынесено за габариты базы. При складывании машины в плане опорный контур умень­ шается. В зависимости от положения рабочего оборудования центр тяжести секций машины может смещаться к границам опорного контура. Этих явлений удается избежать при правиль­ ном конструировании машины, однако вопрос обеспечения устойчивости шарнирно-сочлененной машины при ее работе на уклоне, особенно при резких торможениях, требует специаль­ ного рассмотрения [15].

Другими недостатками шарнирных машин являются конст­ руктивные трудности, связанные с размещением грузовой плат­ формы. Шарнир приводит также к определенному удлинению базы машины и необходимости специальной разработки неко­ торых специфических узлов-механизмов складывания, шарнир­ но-сцепных и других устройств. Преимущество схемы должно решаться в каждом конкретном случае в зависимости от назна­ чения машины, особенностей ее использования и комплекса фак­ торов, определяемых производством.

3. И СТОРИЧЕСКАЯ СП РАВКА

Проследить процесс возникновения и распространения ма­ шин с шарнирно-сочлененной схемой довольно сложно, посколь­ ку становление и исследование машин с такой схемой происхо­ дило внутри мощного потока исследований и многочисленных конструкторских проработок, связанных с созданием автомоби­ лей и тракторов [37].

Первое сочлененное транспортное устройство — «тележка Адамса» появилось в Англии в 1836 г.-В 1920 г. инженер Диплок получил патент на шарнирное сочленение рамы. Шарнир преду­ сматривал две степени свободы, позволяющие осуществлять по­ ворот секций в двух плоскостях. Первоначально такое сочлене­ ние было использовано на гусеничных машинах.

Первая шарнирная сочлененная колесная машина была соз­

стальных колесах и имела привод на обе оси. Поворот машины осуществлялся путем складывания.

13

tl. ХАРАКТЕРИСТИКИ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ

1. шины

Шина определяет многие важнейшие динамические свойствамашины. Некоторые исследователи [25, 31] даже считают необ­ ходимым выделить шину в отдельный элемент комплекса «до­ рога — шина — машина». Однако, несмотря на наличие фунда­ ментальных работ, направленных на изучение механики рабо­ ты шины, при решении задач динамики движения машины при­ ходится ограничиваться приближенной моделью шины. Объяс­ няется это тем, что основные параметры шины: боковая, ради­ альная и тангенциальная жесткости, демпфирующие способно­ сти и способность противостоять боковому уводу — зависят от большого числа факторов: геометрических размеров, относитель­ ной высоты профиля, давления воздуха, площади пятна контак­ та и среднего давления на опорную поверхность, массы шины, числа слоев корда, насыщенности рисунка протектора, характе­ ра расположения нитей корда и др.

Выбор типа шины обычно обусловливается стремлением обес­ печить необходимые тягово-сцепные качества и износостойкость. При правильно выбранной шине удается наилучшим образом сочетать грузоподъемность и проходимость машины по различ­ ным грунтам. Это определяется тем, что диаметр и ширина про­ филя шины тесно связаны с грузоподъемностью и внутренним давлением в шине. В то же время грузоподъемность зависит от площади контакта шины с опорной поверхностью (особенно от ширины профиля). Увеличение ширины профиля позволяет при той же грузоподъемности и неизменном диаметре значительно снизить внутреннее давление и тем самым повысить проходи­ мость. Однако это преимущество иногда приводит к ухудшению свойств управляемости и устойчивости движения на повышен­ ной скорости.

Некоторые фирмы предлагают специальные номограммы, с помощью которых можно по результатам множества сравни­ тельных испытаний шин выбрать оптимальные шины в зависи­ мости от типа машины, вида выполняемых работ, климатиче­ ских и других условий. Однако такой путь неприемлем, когда процесс создания новой шины не намного опережает процесс подготовки к производству новой машины. Оценка динамиче­ ских свойств машины в этом случае оказывается возможной только с применением исследования математической модели си­ стемы, что и приводит к необходимости остановиться на какомлибо способе описания модели шины.

17

Г.л.,

<. 1 -

Модель вертикальных взаимодействий шины и дороги

Для большинства конструкций колесных землеройно-транс­ портных машин шина в системе является единственным упру­ гим и одновременно демпфирующим элементом, полностью оп­

Формула (1) выведена исходя из предположения, что шина испытывает деформацию только в зоне контакта; при этом опорная поверхность является недеформируемой и давление в зоне контакта равно внутреннему давлению в шине. Как пока­ зывают эксперименты, зависимость прогиба от нагрузки не яв­ ляется линейной функцией внутреннего давления и нагрузки. Это можно объяснить тем, что в действительности происходит

•одновременная деформация материала шины — протектора и каркаса. Причем с увеличением нагрузки или снижением давле­ ния доля работы элементов шины возрастает. Наиболее полно физическую сущность нагрузочной характеристики шины отра­ жает формула, предложенная В. Л. Бидерманом [14]:

18

— коэффициенты, учитывающие геометрические и прочностные характеристики материала шин; ф — безразмерный коэффициент, характеризующий рисунок протектора (обычно значение ф близ­ ко к единице); Е — модуль упругости резины в кгс/м2; /гш —

колесных машин, достигает 4—8% свободного диаметра шины, что для шин диаметром 1,2—2,5 м составляет от 5—9 до 10— 20 см.

При вычислении коэффициента й удобнее пользоваться экс­ периментальными сведениями.

У подвески автомобильного типа демпфирование обычно оп­ ределяется работой какого-либо специального демпфирующего устройства. Причем демпфирующие способности элемента в си­ стеме характеризуются безразмерным коэффициентом аперио­ дичности

где т — приведенная масса.

Для ориентировки отметим, что для подвески легковых ав­ томобилей ф= 0,27-р0,35, для грузовых ф= 0,15-р0,25. Если же демпфирование колебаний обусловливается только потерями в материале шин, то, как правило, ф= 0,02-р0,05, причем для столь малых значений ф желательно при вычислении амплитуды коле­ баний системы определять величину ф по возможности точно.

19