Лекция 9.4. Кинематика поворота гусеничного трактора

9.4.1. Кинематика поворота гусеничного трактора. Условия совершения поворота

Современные гусеничные тракторы оборудованы механизмами поворота, принцип действия которых основан на регулировании скоростей перематывания гусениц по обводу. Гусеницу с меньшей скоростью будем называть отстающей, и приписывать ей индекс 1, а гусеницу с большей скоростью – забегающей и приписывать ей индекс 2 (рис. 74).

Трактор поворачивается на опорной поверхности вокруг некоторой точки , которая называется центром поворота. Доказано, что центр поворота всегда лежит на линии, перпендикулярной к продольной плоскости трактора.

В простейшем случае поворачивающийся трактор движется без прицепа равномерно по горизонтальной опорной поверхности с постоянной малой скоростью () и эпюра давлений его на грунт также равномерна. При этом центр поворота располагается в поперечной плоскости, проходящей через середины опорных поверхностей гусениц, а полюсы вращения гусениц совпадают с геометрическими центрами и .

Поворот гусеничного трактора на опорной поверхности характеризуется также угловой скоростью и радиусом поворота , равным расстоянию от центра поворота до продольной оси симметрии трактора. Движение гусениц на повороте можно разложить на два движения: вращательное вокруг полюсов и с той же угловой скоростью, с которой трактор поворачивается вокруг центра , и прямолинейно-поступательное со скоростями и .

При отсутствии буксования и скольжения скорости поступательного движения гусениц выражаются уравнениями:

; ,

где - колея трактора.

Установим связь между радиусом поворота трактора и частотой вращения его ведущих полуосей - забегающей и отстающей. При отсутствии буксования и скольжения гусениц скорости и пропорциональны частотам вращения соответствующих полуосей. Учитывая сказанное, можно записать следующую зависимость:

,

откуда

.

Относительный радиус поворота

.

Соотношения между скоростями и или соответственно между частотами вращения и зависят от кинематических особенностей механизмов поворота.

9.4.2. Классификация механизмов поворота гусеничных тракторов по кинематическому признаку. Дифференциальные и планетарные механизмы поворота. Муфты поворота

Механизмы поворота гусеничных тракторов делят на два класса. Первый класс составляют механизмы поворота, подводящие мощность к ведущим колёсам гусениц одинарным потоком. Ко второму классу относятся комбинированные механизмы, подводящие мощность двумя параллельными потоками.

По кинематическому признаку механизмы поворота гусеничных тракторов можно разделить на две группы:

1) дифференциальные механизмы, обладающие тем свойством, что при их применении средняя поступательная скорость трактора на повороте остаётся такой же, как до поворота, т.е. , если принять, что частоты вращения вала двигателя и буксование гусениц в обоих случаях одинаковы.

На рисунке 75 изображена схема механизма поворота с простым дифференциалом, установленным между ведущими полуосями 1 и 2 трактора.

В сочетании с тормозами 4 и 5, расположенными на полуосях, дифференциал выполняет функции механизма поворота. При прямолинейном движении оба тормоза должны быть отпущены. Если сопротивления на правой и левой гусенице приблизительно одинаковы, то сателлиты 3 не поворачиваются вокруг своих осей и обе полуоси трактора вращаются с одинаковой частотой, т.е.

,

где - частота вращения коробки дифференциала.

Поворот трактора осуществляется в результате торможения отстающей полуоси. При этом сателлиты начинают вращаться вокруг своих осей, в результате чего частота вращения отстающей полуоси уменьшается, а частота вращения забегающей полуоси настолько же увеличивается. Таким образом, полусумма частот вращения обеих полуосей всегда равняется частоте вращения коробки дифференциала. В соответствии с этим формула для определения радиуса поворота применительно к механизму поворота с простым дифференциалом принимает вид:

.

Частота вращения отстающей полуоси может изменяться в пределах от максимального значения при прямолинейном движении до минимального значения , когда полуось заторможена до полной остановки. Следовательно, механизмы поворота с простым дифференциалом позволяют получать любые радиусы поворота, начиная от максимального при прямолинейном движении до минимального при остановке отстающей полуоси. Так как при забегающая полуось вращается с частотой , то

.

В качестве механизмов поворота гусеничных машин можно применить также двойные дифференциалы. На рисунке 76 представлен двойной дифференциал, состоящий из конических шестерён.

Он имеет двойные сателлиты, из которых внутренние 3 находятся в зацеплении с полуосевыми шестернями 1 и 2, а наружные 4 – с тормозимыми шестернями 5 и 6. Последние соединены с тормозами 7 и 8 и вместе с ними попарно свободно посажены на полуоси 1 и 2.

При прямолинейном движении трактора оба тормоза отпущены, и двойной дифференциал работает, как простой. Поворот осуществляется в результате затягивания тормоза на отстающем борту. При этом наружные сателлиты начинают обкатываться по соответствующей тормозимой шестерне, поворачиваясь вокруг своих осей. Вращающиеся вместе с ними внутренние сателлиты сообщают добавочную угловую скорость забегающей полуоси и соответственно уменьшают угловую скорость отстающей полуоси.

Когда тормоз затянут до отказа и тормозная шестерня неподвижна, радиус поворота трактора минимален. В этом случае за один оборот коробки дифференциала сателлиты провернутся вокруг своих осей на оборотов, где - число зубьев тормозимой шестерни, а - число зубьев наружных сателлитов. Полуосевые шестерни соответственно сделают дополнительно оборотов, где - число зубьев внутренних сателлитов, а - число зубьев полуосевых шестерён. Так как отстающая полуось вращается в сторону, противоположную направлению вращения коробки дифференциала, а забегающая – в ту же сторону, то первая из них за один оборот коробки дифференциала сделает оборотов, а вторая - оборотов.

Произведение , множителями которого является отношение чисел зубьев ведомых шестерён дифференциала к ведущим, назовём передаточным числом двойного дифференциала и обозначим его через . На основании изложенного можно написать, что при полной остановке тормозимой шестерни двойного дифференциала

.

Учитывая, что при таком отношении радиус поворота трактора минимален, получаем из плана скоростей трактора (рис.74) следующую зависимость:

,

откуда

.

Из приведённого выражения следует, что минимальный радиус поворота трактора с двойным дифференциалом зависит от передаточного числа дифференциала. Обычно . Поворот трактора с двойным дифференциалом «на месте» невозможен, если дополнительно не установлены тормоза на полуосях 1 и 2.

Из кинематического анализа видно, что у двойных дифференциалов так же, как у простых, уменьшение частоты вращения отстающей гусеницы на какое-то значение сопровождается увеличением частоты вращения забегающей гусеницы на то же значение. Следовательно, положение о сохранении средней скорости трактора на повороте такой же, как при прямолинейном движении до поворота в одинаковых условиях, справедливо для дифференциальных механизмов поворота любого типа.

2) механизмы с муфтами поворота или планетарными одноступенчатыми передачами, при которых забегающая полуось сохраняет на повороте такую же кинематическую связь с ведущим валом моста, как до поворота; в этом случае (рис.74).

Рассмотрим сначала кинематику поворота трактора, в котором в качестве механизмов поворота использованы фрикционные муфты 1 в сочетании с тормозами 2 (рис.77).

При прямолинейном движении трактора муфты поворота 1 должны быть включены, а тормоза 2 отпущены. Если муфты не пробуксовывают, то обе гусеницы двигаются с одинаковыми скоростями. При поворотах муфта, соединяющая вал заднего моста с отстающей гусеницей, выключается частично или полностью. В некоторых случаях для осуществления поворота требуется также затормозить отстающую гусеницу.

Допустим, что частота вращения вала двигателя при переходе от прямолинейного движения к повороту не изменяется, тогда частота вращения забегающей гусеницы . Частота вращения отстающей гусеницы, уменьшаясь, может принимать значения от при прямолинейном движении до минимального . По мере уменьшения частоты вращения радиус поворота также уменьшается и при принимает минимальное значение .

Для тракторов с муфтами поворота средняя скорость поступательного движения на повороте

,

т. е. она меньше скорости прямолинейного движения. При значение скорости поворота минимально: .

Из планетарных механизмов поворота различных вариантов рассмотрим схему одноступенчатого механизма, представленной на рисунке 78. Механизм имеет коронные шестерни 1, солнечные шестерни 2 и сателлиты 3. Коронные шестерни закреплены в коробке и приводятся в движение от трансмиссии трактора. Солнечные шестерни соединены с тормозами планетарного механизма, а оси сателлитов через водила 4 – с полуосями заднего моста. Кроме тормозов планетарного механизма, непосредственно на полуосях установлены тормоза .

При прямолинейном движении трактора полуосевые тормоза должны быть отпущены, а тормоза планетарного механизма затянуты. В этом случае планетарный механизм выполняет функции понижающего редуктора с передаточным числом

,

где и - число зубьев соответственно коронных и солнечных (тормозимых) шестерён.

Чтобы повернуть трактор, нужно частично или полностью освободить тормоз планетарного механизма, расположенный у отстающей гусеницы, а в некоторых случаях, кроме того, затянуть соответствующий полуосевой тормоз. По кинематике работа рассматриваемого механизма на повороте аналогична работе механизма с муфтами и тормозами поворота, так как частичное или полное освобождение тормоза планетарного механизма равносильно частичному или полному выключению муфты поворота.

Комбинированные механизмы поворота устанавливают на тракторах, предназначенных для выполнения строительных и мелиоративных работ. В трансмиссиях таких машин мощность после двигателя разделяется на два потока. На каждый борт мощность также может передаваться двойным потоком, который объединяется в один на оси ведущего колеса. Двойные потоки на каждое колесо одинаковы по всем параметрам и характеристикам и кинематически связаны между собой.

Смысл и основное назначение двойного потока состоит в том, чтобы в каждом из двойных потоков предусмотреть возможность изменять передаточное число кинематически независимо (по бортам) или связно, ступенчато или бесступенчато. Это позволяет осуществлять поворот машины с достаточно большим для эксплуатации количеством фиксированных или произвольных (по выбору) радиусов при активном участии в тяговом процессе обоих гусениц. Именно с помощью этих механизмов поворота машина может поворачиваться вокруг своей геометрической оси () в режиме вращения гусеничных обводов с одинаковой скоростью в разном направлении. Такие механизмы поворота применяют на транспортных машинах.

Дата добавления: 2015-10-24