Лекция 9.3. Управляемость колёсной машины

9.3.1. Условия сохранения управляемости колёсной машины с точки зрения кинематики и динамики машины

При наличии бокового скольжения управляемых колёс нормальная кинематика поворота нарушается и . Когда скорость бокового скольжения , где - окружная скорость управляемого колеса, то результирующая скорость совпадает с первоначальным направлением движения управляемого колеса и машина поворачиваться не будет. Если такое соотношение будет при отклонении управляемого колеса от нейтрального положения на наибольший угол , то поворот машины с помощью рулевого управления будет невозможным. Отсюда вытекает условие сохранения управляемости машины

и в пределе .

Более значительные скорости имеют место при полном или почти полном использовании боковой реакции почвы по сцеплению . В связи с этим условие сохранения управляемости машины можно записать в виде

.

Величина боковой реакции почвы по сцеплению зависит от нормальной нагрузки на управляемое колесо, от конструкции шины и от типа дорожного покрытия.

Управляемость автомобилей и тракторов ухудшается:

- на скользких и рыхлых дорогах и почвах из-за малой величины коэффициента сцепления ;

- при работе с большими нагрузками на крюке из-за уменьшения нормальной нагрузки на управляемые колёса и увеличения значения поворачивающей силы ;

- при работе с навесными орудиями по тем же причинам;

- при резком торможении, когда вся сила идёт на создание тормозной силы .

Чтобы поворот мог быть осуществлён, когда нарушается условие сохранения управляемости, предусматривается возможность комбинированного способа поворота с регулированием величины крутящего момента на ведущих колёсах.

9.3.2. Стабилизация управляемых колёс

Способность управляемых колёс сохранять нейтральное положение при прямолинейном движении и самостоятельно возвращаться в это положение в случае отклонения от него называется способностью колёс к стабилизации. При хорошей стабилизации управляемых колёс машина может длительно сохранять прямолинейность движения без вмешательства водителя. Наоборот, если управляемые колёса обладают плохой стабилизацией, то при всяких случайных отклонения их в сторону водитель должен воздействовать на рулевое колесо, что делает управление машиной излишне утомительным. Большое значение имеет стабилизация управляемых колёс при повороте. Хорошая стабилизация помогает управляемым колёсам самостоятельно возвращаться в нейтральное положение в конце поворота.

Стабилизация управляемых колёс основана главным образом на использовании различных реакций почвы, действующих на колёса, для создания соответствующих стабилизирующих моментов относительно осей поворота цапф колёс. Способность колёс к стабилизации зависит от углов установки шкворней и цапф колёс, а также от боковой упругости шин.

Различают четыре вида углов установки управляемых колёс: развал колёс, наклон шкворней – поперечный и продольный и схождение колёс.

Угол развала колёс (рис. 72, а) представляет собой угол наклона средней плоскости колеса к продольной плоскости, перпендикулярной поверхности дороги. Угол развала считают положительным, если верхняя часть колеса находится дальше от середины машины, чем нижняя, как показано на рисунке.

Шкворни поворотных цапф колёс устанавливают с наклоном в двух плоскостях: поперечной и продольной. Угол поперечного наклона шкворня показан на рисунке 72, а; угол продольного наклона шкворня – на рисунке 72, б. При поперечном наклоне верхний конец шкворня располагается ближе к середине машины, чем нижний. Угол положителен, если нижний конец шкворня расположен впереди верхнего конца, а при наклоне шкворня в обратную сторону угол отрицателен.

Угол схождения колёс (рис. 72, в) характеризуется разностью расстояний и , замеренных между внутренними боковинами шин в горизонтальной плоскости, проходящей через центры обоих колёс, установленных в нейтральное положение. Этот угол положителен, если расстояние между колёсами спереди меньше, чем сзади.

Оценим влияние отдельных факторов на стабилизацию управляемых колёс.

V

Развал колёс при движении машины способствует появлению силы (составляющей нормальной реакции дороги на управляемое колесо), направленной вдоль оси колеса и постоянно прижимающей его к внутреннему подшипнику ступицы. Если бы этой силы не было, то колесо даже при небольшом осевом зазоре в подшипниках находилось бы в неустойчивом положении, прижимаясь то к внутреннему, то к наружному подшипнику. Передвижение колеса вдоль своей оси вызвало бы раскачивание управляемых колёс машины и вследствие этого повышенный износ шин и подшипников колёс, а также ухудшение устойчивости движения.

При наличии поперечного наклона шкворней выход колеса из нейтрального положения сопровождается подъёмом передней части машины. Для этой цели специально предусмотрен зазор между верхней головкой поворотного кулака и верхним торцом головки балки передней оси. Для подъёма передней части машины необходимо совершить работу, которая при прочих равных условиях будет тем значительнее, чем больше угол поперечного наклона шкворней. Таким образом, увеличение этого угла способствует стабилизации колёс. Однако с увеличением угла поперечного наклона шкворней повышается сопротивление повороту и соответственно затрудняется управление машиной.

Поперечный наклон шкворней совместно с развалом колёс уменьшает расстояние (рис. 72, а) между средней плоскостью колеса и точкой пересечения оси шкворня с поверхностью дороги. Это расстояние называют плечом обкатки колеса. Уменьшение плеча обкатки положительно влияет на устойчивость движения и одновременно способствует снижению усилий, необходимых для поворота колеса.

Правда следует отметить, что при прямолинейном движении наклонённого колеса радиусы качения шины в различных точках различны, что ведёт к увеличению сопротивления качению и повышенному износу шины. Поэтому в конструкциях машин можно отметить тенденцию к уменьшению угла развала колёс . Например, в автомобилях углы развала колёс составляют 0…+2 градусов, а в тракторах – до +4 градусов. Получение нужного плеча обкатки достигают в основном за счёт поперечного наклона шкворней, значение угла которого выбирают в пределах 4…8 градусов.

Напряжённость в зоне контакта шины с дорогой можно уменьшить, если выбрать рациональные соотношения между углами развала и схождения колёс. Наличие схождения вызывает у колёс стремление катиться «внутрь» машины, что повышает устойчивость движения и способствует нормальному и равномерному износу шин.

Стабилизации колёс способствует также продольный наклон шкворня (рис. 72, б). Результирующая боковая реакция, действующая в зоне контакта, создаёт относительно оси шкворня стабилизирующий момент, а при наличии бокового увода шин он ещё больший. Он как бы состоит из двух моментов: момент за счёт наклона оси шкворня и момент за счёт боковой упругости шины. При снижении давления воздуха в шине второй момент возрастает, поэтому углы можно уменьшить. Обычные их значения 0…2 градуса, а у легковых автомобилей иногда применяют отрицательный продольный наклон шкворней и угол .

Нормальное действие системы стабилизации управляемых колёс существенно зависит от качества технического обслуживания и состояния машины: от соблюдения требуемых углов установки колёс и шкворней, от своевременной проверки и правильного регулирования схождения колёс, от сохранения нормальных зазоров в сопряжённых деталях передней оси и рулевого привода, от деформаций, влияющих на установку колёс.

9.3.3. Особенности поворота автотракторного поезда

Движение поезда на повороте является менее определённым, чем движение одиночного тягача – автомобиля или трактора, вследствие того, что шарнирно соединённые между собой элементы поезда могут совершать непредусмотренные и неконтролируемые водителем взаимные перемещения. Анализ их представляет значительные трудности, поэтому при изучении поворота поездов обычно ограничиваются исследованием их кинематики, допуская, что тягач и прицеп имеют общий постоянный центр поворота, находящийся, если смотреть в плане, в точке пересечения всех осей поезда. Вокруг этого центра любые точки поезда движутся по круговым траекториям, а все колёса поезда катятся без бокового скольжения.

Рассмотрим с учётом этого поворот седельного автомобиля с полуприцепом (рис. 73).

Как видно из рисунка 73 круговая траектория середины задней оси прицепа сдвинута относительно соответствующей траектории середины заднего моста тягача на некоторое расстояние . Сдвиг траектории прицепа существенно влияет на поворачиваемость (маневренность) поезда, т.к. при этом увеличивается ширина габаритного коридора (поворотной полосы), необходимая для свободного движения при повороте. Сдвиг траектории прицепа – одна из причин того, что при повороте колёса прицепа перемещаются не по колее тягача, даже если размеры колеи у них одинаковы. В результате этого возрастает сопротивление качению поезда, особенно значительное при движении на плохих дорогах.

Абсолютный сдвиг траектории прицепа

,

где и - соответственно радиусы поворота тягача и прицепа.

Отношение абсолютного сдвига траектории прицепа к радиусу поворота тягача называют относительным сдвигом траектории прицепа

.

Это один из важнейших характеристических параметров поезда.

В процессе поворота сдвиг траектории прицепа сперва возрастает от нуля в начальный момент отклонения оси прицепа от исходного прямолинейного направления до некоторого максимального значения, а затем вновь уменьшается до нуля при выходе поезда на прямую. Максимальное значение сдвига зависит от состава поезда и режима его движения на повороте. Чем длиннее база прицепа и дальше вынос точки сцепки, тем больше сдвиг траектории прицепа. Для двухосных прицепов с поворотной передней частью сдвиг траектории также тем больше, чем длинней дышло прицепа.

В реальных условиях движения поворот поезда существенно отличается от принятой выше условной схемы вращения его вокруг одного постоянного центра. При экспериментальных исследованиях можно получить истинную картину движения поезда на повороте и определить фактические траектории отдельных его звеньев.

Дата добавления: 2015-10-24