Устойчивость мобильных машин к опрокидыванию

Устойчивость мобильной машины –это способность сохранять им заданное положение или движение без опрокидывания, сползания и заноса.

Потеря устойчивости происходит при передвижении с недопустимым попе­речным или продольным уклоном, под воздействием центробежных сил и дру­гих возмущающих сил на поворотах и при заносах.

Обеспечение надежной поперечной и продольной устойчивости тракторов, особенно колесных, является важнейшим условием их безаварийной и безопас­ной работы. Добиться ее можно различными путями.

Поперечная устойчивость трактора обеспечивается в том случае, если удерживающий момент силы будет больше опрокидывающего момента силы G∙h_ц ∙sin α, т. е. [35]

(10.6)

где G – вес трактора, агрегата, Н;

h_u – высота центра тяжести, м;

В – ширина колеи трактора, м;

α – статический угол поперечного наклона пути, град (рис. 10.3);

Рис. 10.3. Схема составляющих сил массы трактора на уклоне

Трактор будет в состоянии устойчивости при соблюдении условия [11]

или (10.7)

Поперечная устойчивость возрастает с увеличением ширины колеи колес и уменьшением высоты центра тяжести.

Предельные углы наклона, при котором машина стоит, не опрокидываясь и не сползая, в зависимости от ширины колеи колес равны: для тракторов с че­тырьмя колесами α = 40 – 50°; для тракторов трехколесного типа α = 30 – 35°; для грузовых автомобилей α = 35°; для легковых автомобиле α > 45°.

Статический угол поперечного уклона, при котором может произойти сползание трактора или автомобиля, может быть определен из выражения

tg α = j (10.8)

где j – коэффициент сцепления движителей с почвой (табл. 10.1, 10.2).

Поперечная устойчивость трактора уменьшается при его работе с навесным орудием в транспортном положении, особенно при недостаточной жесткости ме­ханизма навески и чрезмерном раскачивании навесной машины, а также при рабо­те с прицепом.

Таблица 10.1 – Коэффициенты сопротивления качению (f) и коэффициенты сцепления (j) движителей тракторов с почвой

Тип пути	Тракторы на пневматических шинах	Гусеничные тракторы
f	j	f	j
Грунтовая сухая дорога	0,03...0,05	0,6...0,8	0,05...0,07	0,9... 1,1
Целина, плотная залежь	0,05...0,07	0.7...0.9	0,06...0,07	1,0... 1,2
Залежь 2 – 3-летняя, скошенный луг	0,06...0,08	0,6...0,8	0,06...0,07	0,9...1,1
Стерня	0,08...0,10	0,6...0,8	0,06...0,08	0,8...1,0
Вспаханное поле	0,12...0,18	0,5... 0,7	0,08...0,10	0,6...0,8
Поле, подготовленное под по­сев	0,16...0,18	0,4...0,6	0,9...0,12	0,6...0,7
Болотно-торфяная целина	-	-	0,11...0,14	0,4...0,6
Укатанная снежная дорога	0,03..0,04	0,3..0,4	0,06...0,07	0,5..0,7

Таблица 10.2 – Коэффициенты сопротивления качению (f) и коэффициенты сцепления (j) шин автомобилей с почвой

Тип пути	f	j
Асфальтированное шоссе	0,015...0,020	0,60...0,75
Гравийно-щебеночная дорога	0,020...0,030	0,50...0,65
Булыжная мостовая	0,025...0,035	0,40...0,50
Сухая грунтовая дорога	0,030...0,050	0,50...0,70
Грунтовая дорога после дождя	0,050...0,150	0,35...0,50
Песок	0,100... 0,300	0,65...0,75
Укатанная снежная дорога	0,030...0,040	0,30...0,35

Поперечная устойчивость снижается также от толчков колес о выемки, вы­боины, кочки и другие неровности пути, при сплющивании скатов, проседании фунта и т. д. Поэтому угол, определяющий динамическую устойчивость (α_д), меньше угла статической устойчивости

α_д = (0,4…0,6) α (10.9)

Поперечное опрокидывание и скольжение могут произойти при движении трактора на повороте под воздействием центробежных сил.

Устойчивость против опрокидывания трактора на повороте, учитывающая влияние центробежной силы масс трактора при движении по кривой на гори­зонтальном участке дороги, называется динамической устойчивостью.

Оценкой устойчивости на повороте является критическая скорость, которая должна быть выше транспортной скорости трактора для минимальных закруглений дорог. Рассмотрим случай, когда путь передвижения не имеет поперечного уклона, движение равномерное и угол поворота постоянный. При повороте центробежная сила, которая может вызвать опрокидывание или занос, определится по формуле

(10.10)

где – скорость движения трактора, м/с;

g – ускорение силы тяжести, м/c

R – радиус поворота, м.

С увеличением скорости и уменьшением радиуса поворота опасность опрокидывания увеличивается. Начало опрокидывания определяют из равенства мо­ментов около ребер опор колес

(10.11)

Отсюда определяют критическую скорость, при которой будет опрокидываться трактор при данном радиусе кривизны поворота

(10.12)

где В – ширина колеи трактора, м;

h_ц – высота центра тяжести, м.

Начало бокового скольжения может возникнуть, когда

Р_ц = Gj' (10.13)

где j' – коэффициент сцепления движителей с почвой при скольжении (табл. 10.3).

Таблица 10.3 – Значения коэффициентов сцепления тракторных движителей с почвой при чистом качении (j) и при скольжении (j')

Вид почвы или дороги	Для колес с баллонами	Для гусениц
j	j'	j
Асфальтированное шоссе сухое	0,8...0.9	0,75	0,5...0,7
Асфальтированное шоссе мокрое	0,3...0,4	–	–
Грунтовая сухая укатанная дорога	0,7	0,65	0,6...1,1
Грунтовая мокрая дорога	0,53	0,4...0,5	–
Укатанная снежная дорога	0,2...0,3	0,15	0,6:..0,8
Обледенелая дорога	0,1...0,3	0,07	0,6...20,4

Из формул (10.10) и (10.11) определяют скорость, при которой начнется боковое скольжение (занос)

(10.14)

Сопоставляя уравнения (12) и (14), определяют коэффициент сцепления

j' (10.15)

Если j' , то боковое скольжение (занос) будет предшествовать попереч­ному опрокидыванию. Но в этом случае, если поперечное скольжение резко прекраща­ется при наезде трактора на препятствие (выступ, выемки и т. д.), возникает опас­ность опрокидывания.

Если же j' то трактор на скорости опрокинется без скольжения.

Тракторы, работающие на пересеченной местности, оборудуют приспособле­ниями, сигнализирующими о предельных углах крена (креномерами) и обеспечи­вающими безопасность (рис. 10.4) [40].

Увеличить поперечную устойчивость трактора, и тем самым обеспечить безопасные условия работы для тракториста, можно путем перестановки колес на более широкую колею (табл. 10.3).

а – креномер (1 – верхнее стекло со шкалой; 2 – сфера; 3 – стальной шарик; 4 – глицерин);

б – схема механизма выравнивания СШ-15Г (1 – насос; 2 – маятник; 5 –золотник;

6 – гидроцилиндр; 7 – клапан; 8 – шток; 9 – кулисный рычаг; 10 – параллелограмм;

11 – боковое колесо)

Рис. 10.4. Устройства, обеспечивающие безопасную работу на склонах

Пример 10.1. Определите теоретическую скорость, при которой может произойти занос трактора при движении по ровной укатанной грунтовой дороге на повороте с радиусом закруг­ления 10м, коэффициент бокового сцепления шин с фунтом 0,5.

Решение. Скорость, при которой может произойти занос, определим по формуле (10.14)

(25 км/ч)

Вывод. Занос на повороте произойдет при скорости 25 км/ч.

Таблица 10.4 – Максимальная ширина колеи тракторов на транспортных работах

Марка трактора	Колея, мм
передних колес	задних колес
К-701
К-700
Т-150К	1680; 1860	1680;1860
МТЗ-80, МТЗ-80Л	1200-1800	1350-1800
МТЗ-82, МТЗ-82Л	1200-1800	1350- 1800
ЮМЗ-6, ЮМЗ-6М	1260-1800	1300-1800
МТЗ-50, МТЗ-52, МТЗ-52Л	1200-1800	1200-1800
Т-40М	1260-1815	1260-1815
Т-40АМ, Т-40АНМ	1300-1845	1300-1845
Т-28ХЧ	Одно колесо	1800-2400
Т-16М	1280-1800	1264-1750
Т-25А	1200-1400	1100-1500

Пример 10.2. Определите теоретическую скорость, при которой может произойти опро­кидывание трактора МТЗ-80 при движении на повороте дороги с радиусом 8м, при условии, что ширина колеи трактора 1,4м, а высота центра тяжести 1 м.

Решение. Теоретическую скорость опрокидывания найдем по формуле (10.12)

(27 км/ч)

Вывод. Теоретическая скорость опрокидывания – 27 км/ч.

Продольная устойчивость трактора обеспечивается, если удерживающий момент силы будет больше опрокидывающего момента G∙h_w ∙sin β, т.е.

(10.16)

где G – вес трактора, Н;

h – высота центра тяжести, м;

α – расстояние от задней оси трактора до вертикали, проходящей через центр тяжести, м;

β – угол подъема, град (рис. 10.5).

Рис. 10.5. Схема для определения продольной устойчивости

При подъеме трактор будет находиться в состоянии устойчивости, если соблюдается условие

или (10.17)

На уклоне, подобно предыдущей зависимости, будем иметь

или (10.18)

где L – база трактора, м;

β – угол уклона, град;

Продольная устойчивость возрастает с увеличением базы и уменьшением высоты центра тяжести.

Предельные углы продольной устойчивости для трактора «Беларусь» бу­дут на подъеме 44°, на уклоне – около 52°. Если при подъеме производится резкое строгание с места, а при спуске – резкое торможение, то эти углы будут значительно меньше.

Дата добавления: 2014-11-20