Передача тягового усилия и торможение самоходных машин

В самоходных машинах передача тягового усилия осуществляется только при сцеплении приводных колес или гусениц с опорой — дорогой. Возникающую в месте контакта приводного колеса или гусеницы с дорогой внешнюю силу, направленную по касательной к поверхности колеса, называют касательной силой тяги. Ведущими колесами (соединенными посредством трансмиссии с тяговым двигателем) в самоходных машинах выполняют либо колеса, расположенные только на одной ведущей оси, либо — на двух ведущих осях. В гусеничных механизмах перемещения привод на гусеницу осуществляется также от ведущего колеса, и касательная сила тяги распределяется равномерно по длине гусеницы.

Для выяснения физики явления передачи тягового усилия сцеплением колеса с опорой рассмотрим вначале взаимодействие бесконечно жесткого приводного колеса с жесткой опорой[2] (рис. 4.9, а). От тягового двигателя через трансмиссию на колесо передается вращающий момент М_вр, который можно представить как пару сил F_к (на опору) и F_к¢ (на колесо), приложенных в точках А и 0 идействующих по часовой стрелке. Колесо к опоре, прижато силой тяжести Р_к¢. Так как под действием пары сил колесо стремится повернуться относительно оси 0,то в месте контакта колеса с опорой возникает касательная сила тяги F_кac, вызывающая поступательное перемещение оси колеса.

Рис. 4.9. Схемы к определению тягового и тормозного усилий самоходных машин

Максимальная касательная сила тяги F_касmах ограничивается либо моментом М_вр, приложенным к колесу, либо силой сцепления колеса с опорой. Касательная силы тяги, исходя из максимальной величины вращающего колесо момента,

а исходя из максимальной величины силы сцепления колеса с опорой

где R — радиус колеса; y — коэффициент сцепления колеса с опорой.

Суммарная касательная сила тяги (Н) транспортной машины

где Р_сц — сцепной вес[3] или суммарная сила тяжести машины, приходящаяся на приводные колеса, кН.

Если касательная сила тяги по величине превышает силу сцепления приводных колес с опорой, т. е. F_кас > 1000Р_сцy, то приводные колеса начинают буксовать.

Пневматические шины самоходных машин являются упругими и обладают конечной жесткостью. При взаимодействии шины с дорогой, также обладающей конечной жесткостью, обод шины (рис. 4.9, б) сжимается в направлении, противоположном вращению колеса, а поверхность опоры дороги растягивается в направлении движения. Поэтому по сравнению с абсолютно жестким колесом в приводном колесе с пневмошиной нормальное давление N₀ смещается относительно вертикальной оси симметрии колеса на линейную величину k₁, которая называется коэффициентом трения качения. Для колеса с пневмошиной коэффициент сопротивления перемещению

где d и D — соответственно диаметр цапфы и колеса; m — коэффициент трения в подшипнике.

Величина касательной силы тяги колеса с пневмошиной и всей самоходной машины определяется так же, как и для жесткого колеса по формулам (4.1) — (4.3).

Коэффициент сцепления y пневмошин с дорогой зависит от рисунка протектора шины, внутреннего давления в камерах, состояния верхнего покрытия дороги и др.

Рассмотрим физическое явление торможения приводного колеса, которое может осуществляться либо двигателем, либо механическими тормозами. Торможение двигателем производят только в самоходных машинах с электроприводом, механическое — при прижатии к ободу тормозного барабана (рис. 4.9, в).

Тормозная сила колеса (Н)

где Т_т — сила нажатия тормозной колодки, Н; f — коэффициент трения колодки о тормозной барабан.

Тормозная сила колеса ограничивается силами сцепления колеса с опорой:

Суммарная тормозная сила (Н) самоходной машины

где Р_тор — тормозной вес или суммарная сила тяжести самоходной машины, приходящаяся на колеса, снабженные механическими тормозами, кН.

Если суммарная тормозная сила превышает силу сцепления тормозных колес с опорой, т. е. F_т.с > 1000P_торy, то возникает движение юзом, при котором машина перемещается поступательно с застопоренными колесами, теряя управление, а также наблюдается повышенный износ пневмошин.

На подземных самоходных машинах устанавливают пневматические, электрические или дизельные двигатели. Основными характеристиками двигателя являются его мощность N, момент на валу М_дв и частота вращения п_дв. Зависимость частоты вращения п_дв от момента М_дв, выраженная графически, называется механической характеристикой двигателя, а зависимость касательной силы тяги F_кac машины от скорости ее движения v — тяговой характеристикой.

На практике пользуются обращенной механической характеристикой двигателя, в которой координатные оси изменены местами и графически выражена зависимость М_дв от n_дв (рис. 4.10, a).

Рис. 4.10. Характеристики тяговых двигателей: а — обращенная механическая тягового электродвигателя постоянного тока (1) и пневмодвигателя (2); б — дизельного двигателя погрузочно-транспортной машины ПД-8 с четырехступенчатой коробкой передач (I—IV — ступени коробки передач)

Касательная сила тяги (Н) самоходной машины может быть определена в зависимости от момента двигателя (Н·м):

где i_тр — передаточное число трансмиссии от вала двигателя к оси приводной колесной пары; R — радиус качения колеса (принят постоянным), м; η — КПД передачи.

При постоянном передаточном числе i_тр (например, в машинах с пневмо- или электроприводом) тяговая характеристика — более мягкая, подобная обращенной механической характеристике. В самоходных машинах с дизельным приводом, имеющим; более жесткую характеристику, передаточное число трансмиссии выполняют переменным, что обеспечивает выбор водителем различной силы тяги и соответствующей скорости движения в зависимости от загрузки машины и уклонов дороги. При построении тяговой характеристики самоходной машины с дизельным приводом по оси ординат откладывают силу тяги F или динамический фактор D_ф = F/(G+G₀)g —отношение силы тяги к суммарному весу самоходной машины и перевозимого груза, а по оси абсцисс — скорость перемещения машины v (рис. 4.10, б).