Лекция 3.3. Определение нормальных реакций почвы на гусеничные движители машин

3.3.1. Определение положения центра давления

Назовём точку приложения результирующей всех нормальных реакций почвы, действующих на отдельные звенья гусениц , центром давления и обозначим буквой (см. рис. 27). В общем случае центр давления не совпадает с серединой длины опорной поверхности гусениц. Продольное расстояние от указанной середины до центра давления будем обозначать , и называть смещением центра давления.

Экспериментальными исследованиями установлено, что наилучшие тягово-сцепные свойства гусеничный трактор показывает в том случае, когда точка располагается в середине длины опорной поверхности гусениц. Чтобы изменять месторасположение центра давления, необходимо знать какие конструктивные и эксплуатационные факторы оказывают влияние на положение точки

Чтобы установить смещение центра давления , запишем уравнение моментов внешних сил и реакций, действующих на гусеничный трактор, относительно точки .

,

где - продольный вынос центра тяжести трактора относительно середины длины опорной поверхности гусениц; имеет положительное значение, если центр тяжести трактора вынесен вперёд и отрицательное значение, если он смещён назад;

- вертикальная координата условной точки прицепа.

Здесь моментом силы относительно точки мы пренебрегаем в виду малости плеча действия.

Разрешая полученное уравнение относительно , получим

.

Для установившегося движения на горизонтальном участке пути имеем

.

Для случая движения гусеничного трактора с навесными орудиями в транспортном положении можно записать

, а при установившемся движении

,

где - продольный вынос центра тяжести агрегата относительно середины длины опорной поверхности гусениц.

Рассмотрим силы, действующие на гусеничный трактор при работе с навесными орудиями в рабочем положении (см. рис. 28).

Как и при работе колёсного трактора с навесными орудиями в рабочем положении сила (см. лекцию 2.5.) определяется по формуле:

, а в случае, когда точка пересечения продольных тяг уходит в бесконечность

.

Составим уравнение моментов относительно точки , получим

, откуда

.

Здесь зависимость смещения центра давления от силы более сложная, поэтому изменять месторасположение точки по длине опорной поверхности гусениц с помощью вывешивания плуга не представляется возможным.

3.3.2. Влияние положения центра тяжести на тягово-сцепные свойства гусеничного трактора

Положение центра давления обусловливает тягово-сцепные свойства гусеничного трактора. Наиболее рациональным, как было отмечено ранее, является положение центра давления на середине длины опорной поверхности гусениц. В этом случае из-за работы всех почвозацепов гусениц увеличиваются тягово-сцепные свойства трактора.

На положение центра давления трактора наряду с другими факторами оказывают величина и знак продольного вылета центра тяжести, поэтому выбирать его положение нужно исходя из назначения трактора и силового воздействия, оказываемого на него основными машинами, для работы с которыми трактор предназначен.

У сельскохозяйственных тракторов, для которых наиболее характерны работы с тяговой нагрузкой на крюке и с навесными машинами, размещаемыми сзади трактора, центр тяжести трактора обычно располагается несколько впереди середины длины опорной поверхности гусениц ( ).

У тракторов промышленного назначения, широко используемых для выполнения землеройных работ, его смещают назад, т.к. орудие навешивается впереди ( ).

3.3.3. Распределение нормальных реакций почвы по длине опорной поверхности гусеничного движителя

Положение центра давления гусеничного трактора определяет точку приложения результирующей всех нормальных реакций почвы . Распределение нормальных реакций почвы по длине опорной поверхности зависит от состояния почвы и от конструкции гусеничного движителя.

Если , то считают, что вся опорная поверхность является активно опорной, и принимают закон распределения нормальных реакций почвы в этом случае линейным (см. рис. 29).

Поэтому в зависимости от положения центра давления эпюры будут различны. Результирующая нормальных реакций проходит через центр тяжести фигуры ( ; ; ). Отношение называется коэффициентом смещения центра давления гусеничного трактора.

Наклон эпюр может быть и в другую сторону. Коэффициент смещения центра давления является основным показателем, характеризующим распределение нормальных давлений гусениц на поверхность; чем он меньше, тем при прочих равных условиях равномерней эпюра.

Такое отношение имеет место у гусеничных тракторов с полужёсткой подвеской. Если отношение выше указанных пределов, то линейный закон распределения нормальных реакций не годится.

Рис. 29. Эпюры распределения нормальных реакций, действующих по длине опорной поверхности

3.3.4. Определение реакций почвы на катки для тракторов с балансирной подвеской

Наиболее неблагоприятные значения получаются у гусеничных движителей с упругой балансирной подвеской. Поэтому у таких движителей приближённой характеристикой распределения нормальных давлений могут служить значения нормальных реакций почвы на опорные катки.

Определим их величину у трактора с двухопорной балансирной подвеской.

Рассмотрим случай установившегося движения на горизонтальном участке пути с силой тяги на крюке. Схема внешних сил и реакций, действующих при этом на трактор, приведена на рисунке 30.

Обозначим суммарную нормальную реакцию почвы на опорные катки задних балансирных кареток через , а на опорные катки передних балансирных кареток – через . Вектор первой из них проходит через ось , на которой качаются задние каретки, а вектор второй – через ось качания передних кареток. Равнодействующая реакций и приложена в центре давления трактора (точка ), положение которого определяется по известным ранее формулам.

Если пренебречь составляющей силы тяги на крюке и моментом силы относительно точки , то можно записать следующие два уравнения:

;

,

где - продольная база балансирных кареток.

Отсюда

; .

Анализ формул показывает, что при передняя каретка полностью разгружается.

Реакции и раскладываются по отдельным каткам, составляя для этого уравнения равновесия относительно осей качания кареток.

Зная нагрузку на данный каток, можно определить значение максимального давления гусениц на почву в зоне его расположения по формуле

,

где - коэффициент, учитывающий число звеньев на данном активно- опорном участке гусеницы. При можно принимать ;

- ширина гусеницы.