Трактора і автомобіля 3 страница

Створення наукових основ для подальшого удосконалення конструкцій тракторів та автомобілів базується на застосуванні знань, отриманих при вивченні курсів “Конструкція тракторів та автомобілів”, “Теорія, розрахунок та аналіз роботи автотракторних двигунів”, “Деталі машин”, “Опір матеріалів”, “Теорія машин і механізмів”, “Матеріалознавство”, “Технологія і обробіток конструкційних матеріалів”, “ЕМТП”, “С. г. машини”, “Ремонт

машин”, “Грунтознавство” та “Екологія навколишнього середовища”. Подальші роботи неможливі без знання історії розвитку техніки в цілому і історії розвитку Вітчизняного двигунобудування, тракторобудування та автомобілебудування; вивчення переваг і недоліків сучасних і попередніх моделей Вітчизняних і зарубіжних тракторів та автомобілів.

1.7. Експлуатаційні властивості тракторів та автомобілів

Трактор і автомобіль є складними машинами і вимоги до них настільки різнобічні, що для їх задоволення необхідна наявність ряду експлуатаційних властивостей, які комплексно характеризують ефективність їх роботи в даних умовах.

Найважливіші із експлуатаційних властивостей трактора і автомобіля поділені на 4 групи:

1. Властивості, які визначають техніко-економічні показники тракторів і автомобілів, в першу чергу їх продуктивність та економічність.

Продуктивність трактора визначається розміром поля, яке він може обробити в агрегаті з сільськогосподарською машиною за одиницю часу при дотримуванні вимог агротехніки. В першу чергу вона залежить від робочої ширини захвату машини. Крім того, продуктивність залежить від потужності дизеля, запаса його крутного момента, номера передачі і робочого діапазона, тягової потужності, тягового зусилля, величини буксування рушіїв, типу навісного або причепного пристрою, типу вала (механізма) відбору потужності і зручності агрегатування машини з трактором. Продуктивність автомобіля визначається масою перевезеного вантажу або числом пасажирів і відстанню, яку подолав автомобіль за одиницю часу в даних дорожніх умовах.

Бачимо, що продуктивність машини залежить від тягових і швидкісних властивостей; від конструктивних і експлуатаційних факторів, які впливають на використання цих властивостей.

Економічність трактора і автомобіля визначається собівартістю виконуємих робіт. Вона залежить від вартості трактора або автомобіля, терміна його експлуатації, періодичності технічного обслуговування, зручності виконання робіт при ремонті, вартості ремонта, витрат на заробітну плату, витрати паливно-мастильних матеріалів, вартості паливно-мастильних матеріалів і значної кількості інших факторів різного характеру.

В теорії трактора і автомобіля, в основному, розглядається паливна економічність машини і її залежність від величини питомої витрати палива на різних експлуатаційних режимах і від витрат, які обумовлюються (і створюються) рухом машини; від набору і підбирання передач в трансмісії, а також від інших конструктивних і експлуатаційних факторів.

2. Властивості, притаманні трактору і автомобілю як мобільним машинам. З цієї групи властивостей для тракторів та автомобілів найважливішими є керованість, маневреність, безпека руху і зручність їзди. Можливість забезпечення цих вимог в значній мірі залежить від конструктивних особливостей машини - її маневреності, стійкості, гальмівних властивостей і плавності ходу.

3. Властивості загально-технічного характеру, які забезпечують комфорт водія або тракториста та його безпеку. Вони оцінюються такими показниками як міцність, довговічність, зручність технічного обслуговування і ремонту, а також граничним рівнем шуму, вібрації, запиленості, загазованості, мікрокліматом в кабіні, граничними кутами статичної і динамічної стійкості, критичними швидкостями руху, гальмівними властивостями, протипожежною безпекою. В теорії трактора та автомобіля розглядаються лише питання, які відносяться до міцності і довговічності з точки зору динаміки машин при різних умовах сталої і нестійкої роботи.

4. Спеціальні властивості, які характеризують пристосованість машин до виконання особливих вимог, обумовлених умовами їх роботи.

Трактори сільськогосподарського призначення повинні відповідати наступним агротехнічним властивостям: прохідженість, маневреність і плавність ходу.

Прохідженість залежить від тиску на грунт, буксування рушіїв, агротехнічного і дорожного просвіту, ширини і глибини колії, величини захисної зони робочих органів, габаритної ширини і висоти трактора, типу і конструкційних особливостей рушія, стійкості і керованості.

Маневреність характеризується мінімальним радіусом повороту, коефіцієнтом використання часу руху, кутовими і лінійними коливаннями остова.

Для легкових автомобілів важливою спеціальною експлуатаційною властивістю є комфортність, що характеризується зручностями, які пропонуються пасажирам.

Приведена класифікація експлуатаційних властивостей в певній мірі умовна тому, що різні їх групи тісно зв’язані між собою і одні і тіж властивості можуть бути віднесеними до кількох груп. Нижче розглянемо деякі приклади.

Плавність ходу трактора може бути віднесена до:

- спеціальних властивостей тому, що впливає на глибину обробітку грунту або посіву зерен;

- техніко-економічних властивостей тому, що забезпечує надійність, довговічність роботи вузлів і деталей агрегату і впливає на продуктивність;

- загально-технічних властивостей тому, що від неї, в основному, залежить комфорт тракториста.

Гальмівні властивості і плавність ходу автомобіля мають значення для безпеки та зручності їзди (загально-технічні властивості), але ж від них також залежить величина середньої швидкості руху і в кінцевому рахунку – продуктивність автомобіля (техніко-економічні властивості).

Раціональне розташування навісних машин на тракторі суттєво впливає на агротехніку (спеціальні властивості) і в той же час поліпшує повздовжню стійкість (загально-технічні властивості) і керованість трактора (властивості, притаманні мобільній машині).

Питання для самопідготовки та самоконтролю

1. Яка машина називається трактором?

2. Яка машина називається самохідним шасі?

3. Яка машина називається автомобілем?

4. Яке призначення складових частин трактора?

5. Яке призначення складових частин автомобіля?

6. В яких містах України розташовані тракторні виробництва?

7. Які трактори випускаються в Україні?

8. В яких містах України розташовані автомобільні виробництва?

9. Які автомобілі випускаються в Україні?

10. В яких містах України розташовані автобусні виробництва?

11. Які автобуси випускаються в Україні?

12. Які основні техніко-економічні показники мають трактори, що випускаються в Україні?

13. Які основні техніко-економічні показники мають автомобілі, що випускаються в Україні?

14. Які основні техніко-економічні показники мають автобуси, що випускаються в Україні?

15. Що означає наступне умовне позначення: КамАЗ-5320?

2. Загальна динаміка колісних тракторів і автомобілів

2.1. Умови і режими роботи коліс

Всі сили, які діють на колісний трактор, автомобіль, передаються через шини і колеса на дорогу, що спричиняє деформацію шин і дороги. Сили позначимо наступним чином: G – вертикальна сила, вага колеса та частина ваги машини, яка діє на колесо, Н; Р_х – горизонтальна сила, що діє у поздовжній площині колеса (автомобіля чи трактора), Н; У – вертикальна реакція грунту на колесо, Н.

Розрізняють наступні радіуси пневматичних коліс: вільний радіус колеса r, радіус повністю розвантаженого колеса.

Статичний радіус колеса r_ст – відстань від дороги до вісі нерухомого колеса, навантаженого вертикальним вантажем. Величина r_ст для шини кожного типу при пропонованих навантаженню та внутрішнім тиском приводиться у технічній характеристиці шини.

Динамічний радіус колеса r_д збільшується із зменшенням вертикального навантаження на колесо та із збільшенням внутрішнього тиску у шині. При збільшенні швидкості кочення шина під дією відцентрових сил розтягується у радіальному напрямку і r_д збільшується.

У колеса, яке навантажене крутним моментом, елементи протектора, що знаходяться у контакті з дорогою, стиснуті і колесо за ту ж кількість обертів проходить менший шлях, чим при вільному коченні. У колеса навантаженого гальмівним моментом, елементи протектора, що знаходяться у контакті з дорогою, розтягнуті і колесо за ту ж кількість обертів проходить більший шлях, чим при вільному коченню. Таким чином, при дії крутного моменту r_д зменшується, а при дії гальмівного моменту – збільшується. Враховуючи, що розміри обох радіусів у нормальних умовах руху автомобіля мало відрізняються один від одного їх приймають рівними.

При відомому r можливе визначення швидкості автомобіля. Якщо шини ведучих коліс не ковзають і не буксують на дорозі, то швидкість прямолінійного руху центру колеса (рівна поступальній швидкості автомобіля) пов'язана з його кутовою швидкістю w _к, рад/с (хв^-1) так

; (2.1)

. (2.2)

Для колісних тракторів важливе значення для визначення дійсної швидкості має робочий радіус – радіус кочення колеса з урахуванням його буксування.

Розрізняють колеса з жорстким та еластичним ободом. Окрім того, колесо може рухатись по жорсткому (не деформованому) або м'якому (деформованому) грунті. У зв'язку з цим можуть бути такі умови (випадки) кочення колеса: кочення колеса з жорстким ободом по жорсткій (не деформованій) поверхні; кочення колеса з жорстким ободом по деформованій поверхні; кочення колеса з деформованим ободом (пневматик) по жорсткій не деформованій поверхні і нарешті кочення колеса з деформованим ободом по деформованій поверхні.

2.2. Утворення сили, моменту опору кочення та дотичної сили тяги

При коченні колеса по дорозі (грунті), особливо пневматика, на грунті утворюється площа контакту. Рівнодіюча елементарних сил, діючих з боку грунту (дороги) на колесо у площині контакту, є реакція грунту на колесо. Її можливо зобразити у вигляді двох складових: нормальної У, перпендикулярній дорозі; дотичної Х, діючої у площині колеса. Можлива і третя складова – поперечна сила Z. Для спрощення будемо вважати при прямолінійному русі Z=0. У нерухомого колеса елементарні нормальні реакції розміщуються симетрично відносно повздовжньої та поперечної вісі контакту, а їх рівнодіюча прикладена до центру контакту і співпадає з вертикальним діаметром колеса. Якщо ж колесо котиться, то рівнодіюча сила У пересувається від вертикального діаметра колеса у бік кочення на деяку відстань. При коченні еластичного колеса по твердій дорозі зовнішні витрати відсутні. Тому зміщення рівнодіючої зумовлюється витратами енергії на подолання внутрішнього тертя у шині. Нижня частина шини, що котиться, постійно стискується і розтягується. Між її частинами виникає тертя, яке призводить до виділення тепла. Робота, яка витрачена на деформацію шини, повністю не повертається при наступному відновлені шини. Вимірюючи деформацію шини Δ при збільшенні навантаження, знаходять залежність У=f(Δ) (на рис. 2.1,а крива ОКL), а при зменшенні навантаження на шину тим же деформаціям відповідають менші значення навантажень (крива LMN).

Площа між кривими ОКL та LMN є робота, яка пов'язана з не-відтворюємими втратами у шині. При коченні колеса деформації у передній частині шини збільшуються, а у задній – зменшуються. Тому елементарні нормальні реакції у передній частині контакту більші, чим у задній (рис. 2.1,б). Ці обставини і зумовлюють зміщення рівнодіючої У вперед на відстань а_э.

При коченні жорсткого колеса по деформованій дорозі енергія витрачається на деформацію дороги (грунту). Колесо зсуває і пресує ґрунт, створюючи колію (рис. 2.1,в). Основна робота ущільнення грунту відбувається у передній частині контакту, внаслідок чого нормальна реакція зміщується вперед на відстань а_ж.

Якщо колесо деформується (еластичне) і котиться по м'ягкій дорозі, то енергія витрачається на подолання як внутрішніх, так і зовнішніх витрат.

Зміщення реакції у цьому випадку є складова двох зміщень: а_э та а_ж.

Рис. 2.1. Опір коченню

Рис. 2.2. Сили та моменти, які діють на колесо

Рис. 2.3. Залежність сили опору коченню і коефіцієнта кочення від тиску повітря у шинах

Рис. 2.4. Залежність сили опору кочення і коефіцієнта кочення від щільності ґрунту

Розглянемо рівновагу колеса, яке котиться рівномірно під дією горизонтальної сили Р_х. Сили прикладені до вісі колеса (рис. 2.2,а) становлять

Х = Р_х; G =У. (2.3)

Рівняння моментів сил, які діють на колесо, запишемо так

Х · r = У · а. (2.4)

Звідки

Н. (2.5)

Таким чином, дотична реакція дороги (грунту) на ведене колесо при рівномірному русі його кочення і відсутності (припускається) інших опорів, рівна штовхаючій силі, направлена протилежно руху колеса і є силою опору. Відношення а/r є коефіцієнтом опору кочення f

(2.6)

Коефіцієнт опору кочення рівний відношенню штовхаючої сили до нормальної реакції грунту. При коченні колеса без ковзання величина коефіцієнта f зумовлена зміщенням на величину а нормальної реакції У від вертикального діаметра колеса. Добуток У· f є силою опору кочення у горизонтальній площині

Н. (2.7)

Взаємодію дороги (грунту) і колеса можливо представити силами У і Х, приведеними до центру контакту та моментом опору кочення М_f.

При коченні ведучого колеса, на нього діють вертикальна і горизонтальна сили G і Р_х (рис 2.2.б), ведучий момент М_к, підведений до вісі колеса; реакції дороги (грунту) Х і У та момент опору руху М_f.

Дотична реакція дороги, яка діє на ведуче колесо, в Н становить

. (2.8)

На веденому колесі момент М_к відсутній і дотична реакція дорівнює

Х = - Р_f = - У· f. (2.9)

Дотична реакція на ведучому колесі збільшується при збільшенні ведучого моменту М_к. Але збільшення дотичної реакції не може бути постійним, так як максимальне значення реакції грунту обмежене зчепленням колеса (шини) з ґрунтом. Граничне значення дотичної реакції за умов зчеплення називається силою зчеплення Р_φ колеса з ґрунтом. Ця сила пропорційна нормальній реакції грунту і в Н визначається так

Р_φ = У · φ, (2.10)

де φ – коефіцієнт зчеплення.

У табл. 2.1 і 2.2 приведені дослідні значення коефіцієнта опору кочення f та коефіцієнта зчеплення φ для різних ґрунтів та рушіїв.

Коефіцієнт зчеплення φ визначається відношенням сили, яка визиває рівномірне ковзання колеса, до нормальної реакції дороги. У залежності від напрямку ковзання колеса коефіцієнт зчеплення може бути повздовжнім φ_х та поперечним φ_у. Коефіцієнт зчеплення та сила зчеплення залежать від поверхні грунту та будови рушіїв.

2.3. Фізико-механічні властивості грунту

Робота тракторів і автомобілів на ґрунті характеризується складним процесом взаємодії ведучих органів з ґрунтом. Фізичні властивості ґрунту характеризуються такими показниками:

- структура та її гранулометричний склад ґрунту – це відсотковий склад у ґрунті твердих частин;

- питома вага – залежить від мінералогічного складу та наявності органічних речовин;

- об’ємна вага скелету – це вага твердих частин в одиниці об’єму ґрунту, який характеризує ступінь стиску ґрунту;

- водопроникність – це спроможність ґрунту фільтрувати воду;

- вологість ґрунту – це відношення ваги води в одиниці об’єму ґрунту до ваги скелета у цьому ж об’ємі і відображене у відсотках (вагова вологість);

- щільність або твердість ґрунту – це опір ґрунту деформуванню;

- відносна вологість – це відношення вагової вологості ґрунту в звичай- них умовах до вагової вологості ґрунту коли він тече.

Опір стиску і зсуву є основними механічними властивостями грунту, які впливають на тягові якості машини.

Вологість грунту визначається за залежністю

(2.11)

Таблиця 2.1

Коефіцієнти кочення f і коефіцієнти зчеплення φ

тракторів

Тип шляху	Трактори на пневматичних шинах	Гусеничні трактори
f	φ	f	φ
Суха ґрунтова дорога	0,03-0,05	0,6-0,8	0,05-0,07	0,9-1,1
Цілина, щільний переліг	0,05-0,07	0,7-0,9	0,06-0,07	1,0-1,2
Переліг 2-3 річний, скошена лука	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
Зоране поле	0,12-0,18	0,5-0,7	0,08-0,10	0,6-0,8
Поле, підготовлене під посів	0,16-0,18	0,4-0,6	0,09-0,12	0,6-0,7
Болотно-торфяна цілина висушена	-	-	0,11-0,14	0,4-0,6
Накатана снігова дорога	0,05-0,04	0,3-0,4	0,06-0,07	0,5-0,7

Таблиця 2.2

Коефіцієнти кочення f і коефіцієнти зчеплення φ

автомобілів

Тип шляху	f	φ
Асфальтоване шосе	0,015-0,020	0,60-0,75
Гравійно-щебнева дорога	0,020-0,030	0,50-0,75
Бруківка	0,025-0,035	0,40-0,50
Суха ґрунтова дорога	0,030-0,050	0,50-0,70
Ґрунтова дорога після дощу	0,050-0,150	0,35-0,50
Пісок	0,100-0,300	0,65-0,75
Снігова накатана дорога	0,030-0,040	0,30-0,35

Таблиця 2.3

Основні фракції грунту

Розмір зерен грунту, мм	Назва фракції
0,05…2,00	піщана
0,05…0,005	пилувато – мулиста
менше 0,005	глиняста

де а _вол – вага вологої проби, г;

а _сух – вага сухої проби (після висушування проби грунту при

t = 105 ⁰С), г.

Оптимальна вологість для орних агрегатів W = 15…26%, для трактора W = 17…20%.

Напруга зім'яття грунту у загальному випадку в Н/см² дорівнює

σ = С_nΔ l ⁿ, (2.12)

де С_n – коефіцієнт жорсткості (коефіцієнт об'ємного зім'яття) грунту, Н/см³;

n – показник ступеня, який залежить від виду грунту та умов навантаження;

Δ l – деформація грунту, см.

На ділянці (рис. 2.5) І n = І (пряма пропорційність Δl і σ);

На ділянці ІІ n = 0…І (щільність грунту, місцеві зміщення);

На ділянці ІІІ n = 0 (чисте зміщення). σ_н (Н/см²) – несуча властивість грунту. σ_n (Н/см²) – межа прямої пропорційності, Δ l і σ. Для піску σ_n = 1,5 Н/см², для перелігів σ_n = 9 Н/см².

У межах від σ = 0 до σ = σ_n маємо

, Н/см³. (2.13)

Опір грунту зміщенню в Н/см² визначається за залежністю

τ = τ₀ + μ_енσ, (2.14)

де τ₀ – опір зміщення, Н/см²;

σ – нормальні напруги, Н/см²;

μ_ен = 0,6…2,0 – коефіцієнт внутрішнього тертя між частинками грунту.

2.4. Ведучий момент на рушіях трактора і автомобіля

Рух колісної і гусеничної машини відбувається під дією дотичної реакції грунту на ведучі елементи колісного чи гусеничного рушія.

Рух машини відбувається за рахунок роботи двигуна, трансмісії і обумовлений взаємодією ведучих елементів колісного або гусеничного рушія з ґрунтом.

Частота обертання вала двигуна значно більше частоти обертання рушіїв, а тому крутний момент М_к, який підведений до рушіїв, більший

Рис. 2.5. Залежність деформації грунту від напруги

крутного моменту двигуна М_д. Між ведучим моментом і крутним моментом двигуна є функціональна залежність

Н, (2.15)

де і_тр – передаточне число трансмісії;

η_тр – механічний ККД трансмісії.

Передаточне число трансмісії становить

(2.16)

де і – частота обертання колінчастого валу двигуна і ведучого рушія (колеса), хв.^-1

Механічний коефіцієнт корисної дії трансмісії (ККД) дорівнює

(2.17)

де N_к і N_е – потужність, яка підведена до ведучих рушіїв і потужність двигуна, кВт.

Рівняння (2.15.) дійсне для сталого режиму роботи двигуна. Крутний момент двигуна, передаточне число трансмісії і механічний ККД трансмісії

величини змінні і значно впливають на величину ведучого моменту.

При нерівномірному русі ведучий момент в Н визначається за рівнянням

(2.18)

де І_д, І_х, І_к – моменти інерції двигуна, деталей трансмісії і ведучих коліс, Н·м·с²;

j – прискорення (уповільнення) машини, м/с;

і_х і η_х – передаточне число і механічний ККД передачі, яка з'єднує дану деталь з ведучими колесами;

r_к – робочий радіус ведучих коліс, м.

Передаточне число трансмісії і_тр, крім рівняння (2.16), визначається добутком передаточних чисел і_к коробки передач, і_гл головної передачі, і_кп кінцевої передачі

і_тр = і_к·і_гл·і_кп. (2.19)

У деяких тракторів та автомобілів можуть бути колісні редуктори. В залежності від призначення трактора чи автомобіля передаточні числа трансмісії можуть бути такі: у тракторів і_тр = 10…100 і більше; у вантажних автомобілів і_тр = 6…50, легкових – 4…30.

ККД трансмісії визначається за рівнянням

(2.20)

інколи, орієнтовно,

(2.21)

де η_ц = 0,98…0,99 – ККД одної пари циліндричних шестерень;

η_к = 0,97…0,98 – ККД одної пари конічних шестерень;

Z_ц і Z_к – число пар циліндричних і конічних шестерень, які знаходяться у зачепленні на даній передачі;

ξ = 0,03…0,05 – відношення крутного моменту М_х, який необхідний для холостого обертання трансмісії до номінального моменту двигуна М_дн.

Момент двигуна М_д визначається регуляторною характеристикою у тракторного дизеля та швидкісною характеристикою автомобільного двигуна.

2.5. Дотична сила тяги і її обмеження по зчепленню з ґрунтом

При перемотуванні гусениць ведучими зірочками під дією ведучого моменту їх опорна поверхня чинить тиск на ґрунт у бік, який протилежний напрямку руху трактора.

Рівна їй дотична реакція грунту діє на опорну ділянку гусениці у зворотному напрямку. Цю реакцію грунту, яка діє на машину і є зовнішньою силою, називають дотичною силою тяги.

Принципово аналогічна картина має місце і при дії ведучих коліс колісних машин на ґрунт. Таким чином, дотична сила тяги фізично є рівнодіюча усіх дотичних реакцій грунту, діючих на опорну поверхню гусениці (колеса) у напрямку руху машини.

Дотична сила тяги передається через деталі гусеничного (колісного) рушія остову машини і є його рушійною силою.

Дотична сила тяги для колісних машин в Н визначається за залежністю

(2.22)

або

(2.23)

а для гусеничних машин

(2.24)

або

(2.25)

де η _в.д. = 0,96…0,98 – ККД ведучої ділянки гусениці.

Рушійна реакція грунту визначається так

для колісних машин

Х_к=Р_к - Р _{f к}, (2.26)

а для гусеничних –

Х_к=Р_к - Р _{f г}, (2.27)

де Р_к – сила опору кочення ведучих коліс. Н;

Р _{f г} – внутрішні втрати на кочення у гусеничному рушії, Н.

2.6. Необхідна і достатня умова руху трактора і автомобіля

Дотична сила тяги трактора і автомобіля може бути розрахована по крутному моменту двигуна або ж по зчепленню рушіїв з ґрунтом.

Дотична сила тяги по крутному моменту двигуна розраховується по формулам (2.22, 2.23).

Можлива дотична сила тяги по зчепленню рушіїв з ґрунтом в Н для колісних машин визначається за залежністю

Р_{φ max} = φ · G_зг, (2.28)

а для гусеничних тракторів –

Р_φ = φ · G, (2.29)

де G – експлуатаційна вага гусеничного трактора, Н.

Так як Р_{к max} = X_к + Р_f2, а напруга на поверхні шляху, яка утворюється штовхаючою реакцією X_к = Р_{к max} - Р_f2, то умова руху машини визначається так

Р_к = ΣР_оn ≤ Р_{к max}. (2.30)

2.7. Кінематика та динаміка веденого і ведучого коліс

2.7.1. Кінематика та динаміка веденого колеса

Дата добавления: 2017-02-01