Лабораторна робота 3

Дослідження кінематичних і силових параметрів

гусеничних рушіїв дорожніх машин

Мета роботи: дослідження кінематичних і силових параметрів у ланцюговому обводі моделі гусеничного механізму пересування.

3.1 Загальні відомості

Основними елементами гусеничного рушія (рис. 3.1, а) є: провідні 6 і напрямні 3 колеса, що підтримують 1 опорні 5 котки, натяжний пристрій 2 і гусеничні ланцюги 4 [1-5]. Ведучі колеса, виконані у вигляді зірочок, служать для передачі зусиль гусеничним ланцюгам і передачі руху машині. Напрямні (ведені) колеса забезпечують спрямований рух гусеничного ланцюга й підтримують необхідний її натяг; натяг ланцюга регулюється шляхом деякого поздовжнього зсуву осі напрямних коліс за допомогою спеціального натяжного пристрою. Підтримуючі котки призначені для підтримування від провисання верхньої частини гусеничного ланцюга. Опорні котки сприймають нормальні навантаження, що передаються від корпуса машини на нижні (опорні) частини гусеничного ланцюга й на поверхню кочення.

В основу класифікації гусеничних ходових систем покладені типи підвісок гусеничного рушія, що визначають характер зв'язків опорних котків з корпусом машини. Розрізняють три типи підвісок – тверду, напівтверду й еластичну.

При жорсткій підвісці корпус або несуча рама машини жорстко з'єднані с опорними котками рушіїв, при цьому осі котків розташовані на несучій рамі машини (рис. 3.1, б) або на рамі гусеничного рушія, жорстко з'єднаної з несучою рамою. Перший варіант застосовують в основному в малоопірних рушіях, для яких відношення кількості опорних котків до кількості ланок нижньої частини гусениці більше двох; другий варіант використовують у багатоопірних рушіях, для яких зазначене відношення менше двох.

а б

а – загальний вигляд; б – несучі елементи

Рисунок 3.1 – Гусеничний рушій з жорсткою підвіскою опорних котків

При напівтвердій підвісці (рис. 3.2, а) корпус або несучу раму машини з'єднують із рамою гусеничного рушія в трьох точках. На рамі рушія знизу кріплять опорні котки, зверху – підтримуючі котки, а спереду (або позаду) – напрямного колеса з натяжним пристроєм. Для цього в задній частині машини закріплюють вісь 1, шарнірно з'єднану за допомогою кронштейна 2 з рамою З гусеничного рушія. У протилежній частині корпус машини опирається на раму рушія через поперечну ресору 4, що дозволяє гусеничному рушію гойдатися у вертикальній площині щодо корпуса машини, що забезпечує деяку пристосовність гусеничних рушіїв до нерівностей поверхні кочення й знижує коливання машини.

При еластичній підвісці опорні котки з'єднують із несучою рамою машини через пружні елементи – листові або пружинні ресори або спеціальні торсіонні пристрої (рис. 3.3). При застосуванні еластичних підвісок всі елементи гусеничного рушія (опорні й підтримуючі котки, що ведуть і направляють колеса) пов'язані з несучою рамою або корпусом машини; у цьому випадку весь рушій щодо корпуса машини у вертикальній площині не переміщається, а переміщаються лише опорні котки щодо несучої рами машини. Еластичні підвіски можуть бути індивідуальними, коли кожен опорний коток має самостійне підресорювання, і балансирними. Останні виконують у вигляді балансирних кареток, які шарнірно з'єднують із несучою рамою машини; кожна каретка має по два опорних котка, установлених на важелях каретки, а зверху між верхніми плечима важелів розташовані спіральні пружини (ресори).

а – загальна схема напівжорсткої підвіски; б – основні елементи гусеничного рушія; в – ведуче колесо й гусеничний ланцюг рушія;

1 – натяжне колесо; 2 – натяжний пристрій; 3 – підтримуючий коток;

4 – опорний коток; 5 – рама візка гусеничного рушія; 6 – кронштейн задньої підвіски корпуса машини; 7 – кулак розкосу; 8 – вісь ведучого колеса; 9 – розкіс; 10 – балансирна ресора передньої підвіски корпуса машини

Рисунок 3.2 – Гусеничний рушій з напівжорсткою підвіскою опорних котків

Жорстку підвіску гусеничних рушіїв застосовують у гусеничних кранах та повноповоротних екскаваторах, більшість із яких виконано за багатоопорною схемою. Підвіски інших типів використовують у тракторах, які є базою для різного робочого встаткування будівельних і дорожніх машин.

Розглянемо деякі кінематичні співвідношення, характерні для гусеничних рушіїв всіх типів.

Крутний момент від рушія машини через трансмісію й кінцеві редуктори передається до ведучих коліс гусеничного рушія. Зуби або виступи-кулаки обертових ведучих коліс, упираючись у цівки або відповідні западини гусеничних ланцюгів, повідомляють їм поступальний рух (рис. 3.2, в). У свою чергу гусениці, що рухаються, обертають напрямні колеса.

1 – передній брус несучої рами машини; 2 – натяжне колесо;

3 – підтримуючі котки; 4 – передній поперечний брус рами машини;

5 – балки рами: 6 – задній поперечний брус рами машини; 7 – вісь ведучих коліс; 8 – кришка кронштейна кріплення осі ведучих коліс; 9 – кронштейн; 10 – балансирна каретка

Рисунок 3.3 – Гусеничний рушій з еластичною підвіскою опорних котків

При відсутності проковзування гусениці щодо поверхні кочення її теоретична швидкість

, (1)

де – відповідно кутові швидкості ведучих коліс, що направляють (ведених) колеса й опорні котки;

і – радіуси початкових окружностей ведених і ведучих коліс;

– радіус опорних котків.

Радіус початкової окружності ведучого колеса визначають, виходячи з рівності шляху , що проходить колесо за один оберт, периметру описаного багатокутника, утвореного ланками гусениці, що укладаються на окружності колеса:

, (2)

де – крок гусеничної ланки (крок може бути дорівнює довжині однієї ланки гусениці);

– кількість зубів ведучого колеса.

З останньої формули одержимо

. (3)

Радіус ведучого колеса в розглянутому випадку відповідає радіусу кочення гусеничного рушія. Тому що через зношування шарнірів ланцюга змінюється її крок, відповідно змінюється й радіус кочення. Тому останній часто визначають експериментально за рівнянням

, (4)

де s – довжина шляху, пройденого машиною на мірній ділянці;

– кількість обертів ведучих коліс гусеничного ходу, заміряна на мірній ділянці.

Характерний рух гусеничного ланцюга, наданий їй ведучим колесом рушія. При огинанні ведучого колеса абсолютна швидкість гусака дорівнює геометричній сумі її швидкості в обертальному (відносному) русі щодо осі колеса й швидкості в переносному поступальному русі разом з рушієм. З моменту набігання гусениці на напрямне колесо її швидкість поступово знижується й у точці торкання з переднім опорним котком, що перебуває з боку напрямного колеса, дорівнює нулю. Ця «нульова» швидкість зберігається на всій опорній ділянці гусениці, що залишається нерухомим при переміщенні гусеничного рушія. Рух гусениці відновляється з моменту торкання нею останнього опорного котка, що перебуває з боку ведучого колеса. Таким чином, рух гусениці щодо рушія носить характер «перемотування»; при переміщенні опорних котків по опорній ділянці гусениці, що лежить на поверхні кочення, ця ділянка залишається нерухомою, поки її не пройде останній опорний коток.

Описана кінематика гусеничного рушія зберігається в основному тоді, коли кочення гусениці супроводжується буксуванням; однак у цьому випадку опорна частина гусениці в процесі кочення гусеничного рушія вже не лежить нерухомо на ґрунті, а на деяку величину (залежно від ступеня буксування) переміщається назад. Втрати від буксування гусеничного рушія оцінюють коефіцієнтом буксування, обумовленим, як і для колісних рушіїв, за формулою

. (5)

Гусеничне ходове устаткування має високу стійкість, здатне переборювати великі ухили і підйоми, має високу прохідність та малий тиск на ґрунт. Його недоліки: велика маса (з нижньою рамою – до 50 % загальної маси машини); високе тягове зусилля; складність пристрою і швидкий знос ходових коліс і гусеничних ланок.

Удосконалення вузлів гусеничного ходу екскаваторів, а так само боротьба за зниження їхньої маси і збільшення довговічності обумовлюють необхідність знання швидкостей та зусиль, що виникають в елементах гусеничного ходу від дії зовнішніх сил. Однак теоретичні розрахунки, у силу складності окремих явищ, не можуть врахувати всіх специфічних особливостей роботи гусеничного зчеплення, тому в ряді випадків дають лише наближені рішення. Єдиним способом у таких випадках є експериментальний метод, що дозволяє визначити величини, напрямок і характер зміни кінематичних і силових параметрів в елементах гусеничного зачеплення.

При дослідженні гусеничних передач дуже важливо визначити зміну положення деталей у просторі і часі, а також характер зміни лінійних швидкостей і частоти обертання окремих деталей. Зокрема, при дослідженні динаміки і кінематики ланцюгових приводів машин використовують стенди, що моделюють умови їхньої роботи.

Як об'єкт дослідження обрана гусенична передача з несиметричними профілями робочих поверхонь кулаків та гребенів (Авторське свідоцтво (СРСР) № 1114577А від 12.05.83р.), установлена на стенді для дослідження працездатності гусеничних гребінкових зчеплень (рис. 3.4, а) із криволінійними і прямолінійними елементами. Форма елементів, що сполучаються, впливає на надійність гусеничної передачі і рушія транспортних і землерийних машин.

Стенд складається із електродвигуна 1, муфти 8, редуктора 3, привідної зірочки 4 з несиметричними кулаками (зубцями), гусеничного ланцюга 5 і навантажувального пристрою з рухливою рамою 6, на якій встановлені відома зірочка 7, редуктор 8, електродвигун 9 і тензоланок 10. Схема виміру швидкостей подана на рисунку 3.4, б.

а – схема стенда; б – схема виміру кінематичних параметрів привода

Рисунок 3.4 – Стенд для експериментальних досліджень параметрів гусеничного привода дорожніх машин

Вимір частоти обертання дуже зручно робити за допомогою тахогенераторів, принцип роботи яких заснований на одержанні ЕРС при обертанні ротора тахогенератора в полі постійного магніту (рис. 3.4, б). Для гасіння коливань ЕРС, що виникають у вимірювальному ланцюгу внаслідок наявності контакту між колектором та щітками, до схеми паралельно включено конденсатор ємністю С, а для регулювання величини вихідного сигналу – перемінний опір . Принцип виміру лінійних швидкостей той же, що й кутових, причому у вимірювальний ланцюг поміщений додатковий механізм, що служить для перетворення лінійного переміщення в кутове (рис.3.4). Додатковий механізм являє собою барабан 12, жорстко закріплений на ланцюгу з тягою 11, що надає руху тахогенератору (ТГ), який включено до вимірювальної схеми, аналогічної попередньої (рис. 3.4).

Силові параметри в гусеничному обводі виміряються тензометричним способом за допомогою датчиків омічного опору, наклеєних на тензометричні пальці і вал ведучого колеса.

Вимір зусиль у гусеничному обводі виробляється за допомогою спеціальної тензометричної ланки. На консольній балці наклеєні тензометричні датчики, кожний з яких сприймає згинальні деформації.

Попередньо протарував консоль, за здалегідь відомим навантаженням та його напрямком одержують тарувальні графіки (номограми). За поданою номограмою можна вирішити зворотну задачу: знаючи амплітуду відхиленні променів осцилографа від нульового положення, можна визначити величину навантаження, що діє на обід привідного колеса.

Дата добавления: 2015-12-07