книги из ГПНТБ / Малиновский, Е. Ю. Динамика самоходных машин с шарнирной рамой (колебания и устойчивость движения)

Е. Ю. МАЛИНОВСКИЙ, М. М. ГАЙЦГОРИ

ДИНАМИКА

САМОХОДНЫХ

МАШИН С ШАРНИРНОЙ

РАМОЙ

(колебания и устойчивость движения)

Москва

«МАШИНОСТРОЕНИЕ»

1974

Малиновский Е. Ю., Гайцгори М.

моходных машин с шарнирной рамой. А\., «Машино^

строение», 1974, 176 с.

В книге рассматриваются задачи расчета динамики колесных машин с шарнирной рамой. Анализируются преимущества и недостатки этих машин. Приводятся расчетные схемы и уравнения движения машин различ­ ного типа с шарнирной рамой. На основе анализа об­ щей системы уравнений исследуются частные расчетные случаи, связанные с колебаниями и устойчивостью дви­ жения машины. Задачи расчета колебаний решаются с использованием методов статистической динамики. При этом совместно рассматривается комплекс человек — машина— дорога. Результаты исследований сопостав­ ляются с известными зависимостями из теории автомо­ биля.

Книга предназначена для инженерно-технических ра­ ботников машиностроительных предприятий и научноисследовательских учреждений, связанных с разработ­ кой землеройно-транспортных и строительно-дорожных машин. Она может представлять интерес для специали­ стов, занимающихся проектированием автомобилей и других транспортных средств. Табл. 8, ил. 64, список лиг. 38 назв.

Рецензент канд. техн. наук Л. Г. БАРХУДАРОВ.

(^) Издательство «Машиностроение», 1974 г.

I

ВВЕДЕНИЕ

В последние десятилетия увеличился выпуск мощных колес­ ных самоходных машин. Колесные машины широко применяют­ ся в дорожном и мелиоративном строительстве, при добыче строительных материалов, на открытых разработках в горно­ рудной промышленности. Пневматические шины, применяемые в качестве движителя, позволяют удачно сочетать качества авто­ номного быстроходного транспортного устройства и высокие тяго­ во-динамические возможности, необходимые для выполнения технологических операций. За последние 20 лет получили ши­ рокое распространение новые типы машин, качества которых во многом определяются этими положительными особенностями. К таким машинам следует отнести самоходные колесные земле­ ройно-транспортные машины, представляющие широкий класс устройств, включающих скреперы, погрузчики, катки и другие орудия различного технологического назначения, использующие самоходное колесное шасси на пневматических шинах в каче­ стве базовой машины. Возможность получения высокой транс­ портной скорости и маневренности и, как следствие, высокой производительности, делает такие машины предпочтительными для применения на строительных объектах большой протяжен­ ности (дороги, каналы, ирригационные сооружения).

Применение пневматической шины в качестве движителя за­ ставило разработчиков землеройно-транспортных машин решать комплекс проблем, связанный с колебаниями и устойчивостью движения машин на транспортных режимах. Особенно сложно оказалось защитить машину от колебаний. В силу конструктив­ ных особенностей землеройных машин, связанных с их большой массой и технологией рабочих режимов, не всегда возможно ис­ пользовать подвески автомобильного типа. В то же время ма­ шины, предназначенные для строительства, должны работать в условиях бездорожья. Таким образом, желая получить высо­ кие транспортные скорости, строители столкнулись с необходи­ мостью «строить дороги для строительных машин», и конструк­ торы вынуждены были искать новые схемы и конструкции ма­ шин. Несмотря на то, что скреперы, землевозы, погрузчики пред­ назначены для работы во внедорожных условиях, напряжен­ ность движения в условиях строительства, повышенные скоро­ сти, необходимость быстрой переброски с одного объекта на дру­ гой требуют от этих машин обеспечения свободного передвиже­ ния на дорогах. При условии непрерывного повышения транс­ портных скоростей это требование выдвигает перед конструкто-

3

рами широкий круг задач, связанных с обеспечением удовлетво­ рительной управляемости и устойчивости движения машин.

Пытаясь решать задачи «транспортного характера», конст­ рукторы вынуждены были обратиться к опыту автомобилестрои­ телей. Однако особенности принципиальной расчетной схемы машин не всегда позволяли использовать известные «автомо­ бильные» приемы.

Новые машины отличаются от автомобилей так называемой шарнирно-сочлененной схемой. Машины такого типа стали на­ зывать машинами с шарнирной рамой, или шарнирными маши­ нами.

Колесная шарнирная машина, как правило, двухосная и со­ стоит из двух или более секций, соединенных в плане вертикаль­ ными шарнирами, оборудованными специальными механизмами. Эти механизмы обеспечивают относительный поворот секций в плане или «складывание» рамы машины. Изменение угла скла­ дывания определяет необходимую управляемость. Одновремен­ но с вертикальными шарнирами секции сочленены горизонталь­ ным шарниро!м, что дает возможность независимо перемещаться секциям машины относительно продольной оси. Таким образом, по сравнению с автомобильной схемой число независимых коор­ динат, описывающих состояние системы, увеличивается.

До недавнего времени особенности шарнирных машин оста­ вались не изученными, и в большинстве случаев конструкторы опирались только на опыт автомобилестроителей. Однако по ме­ ре накопления опыта становилось ясным, что шарнирно-сочле­ ненная машина представляет собой новый тип колесного эки­ пажа, для которого многие известные автомобилестроителям за­ дачи должны решаться заново. Предстояло исследовать в пер­ вую очередь процессы, в которых более всего отражались отли­ чия, вносимые дополнительными степенями свободы системы; маневренность и управляемость; устойчивость от опрокидыва­ ния; колебания и плавность хода на транспортных режимах при движении по дорогам реального микропрофиля; устойчи­ вость движения при повышенных скоростях.

Достаточно сложные вопросы динамики трансмиссии и при­ вода являются традиционными для самоходных машин и не свя­ заны непосредственно с особенностями шарнирной схемы. То. же самое можно сказать о динамике рабочего оборудования.

В предлагаемой работе подробно рассматриваются вопросы колебаний и устойчивости движения. Все уравнения движения выводятся из общей системы, описывающей движение шарнирносочлененной колесной машины. Полученные результаты сравни­ ваются с аналогичными известными из теории автомобиля. Вме­ сте с тем особенности динамики шарнирно-сочлененной колесной схемы в некоторых случаях позволяют по-новому взглянуть на> известные задачи теории автомобиля и расширить представле­ ния о механизме движения колесных транспортных устройств..

4

1.ОСОБЕННОСТИ ШАРНИРНЫХ МАШИН

1.РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ

Взависимости от числа вертикальных шарниров, в которых может складываться рама машины в плане, различают двух­ секционные машины (схемы которых имеют один вертикальный шарнир) и трехсекционные (схемы имеют два вертикальных шарнира). В соответствии с направлением движения секции машины удобно называть передней, задней и промежуточной (при трехсекционной схеме). Наибольшее распространение полу­ чили двухсекционные машины. Их характерные расчетные схе­ мы изображены на рис. 1, причем оси Z и X неподвижной си­ стемы координат XYZ совмещены с осями горизонтального и вертикального шарниров. Рассмотрим эти схемы.

На рис. 1,а передняя секция машины представляет собой са­

мостоятельный агрегат — одноосный тягач, задняя — полупри­ цеп. Ось вертикального шарнира несколько смещена относи­ тельно оси моста одноосного тягача. Горизонтальный шарнир, выполняющий функцию балансира, располагается достаточно низко. Обе секции машины могут независимо покачиваться от­ носительно оси Z на 15—20°.

При работе поворотного механизма обе секции могут пово­ рачиваться относительно оси X. Разность углов поворота опре­ деляет угол складывания. В машинах, выполненных по такой схеме, угол складывания достигает 90°. Такую схему имеет боль­ шинство самоходных скреперов и землевозов. Эта схема наибо­ лее удобна для машин и оборудования, агрегатируемых с одно­ осным тягачом.

Особенность схемы, показанной на рис. 1,6, в том, что шар­ нирное устройство располагается приблизительно посредине ба­ зы машины и включает в себя горизонтальный и вертикальный шарниры. Максимальный угол качания каждой из секций отно­ сительно оси Z составляет 8—12°, угол складывания 30—35°. Углы качания и складывания определяются условиями устойчи­ вости, так как рассматриваемые машины (например, тракторы К-700, К-702) чаще всего служат базовыми для установки раз­ личного навесного оборудования.

Передняя и задняя секции машины (рис. 1,в) соединены между собой только вертикальным шарниром. Горизонтальный шарнир используется для балансирной установки одного из мо­ стов (переднего или заднего). Максимальные углы качания ба­ лансира и складывания секций такие же, как и в предыдущей схеме. Рассматриваемый тип расчетной схемы применяется для большинства шарнирно-сочлененных погрузчиков.

6

Несмотря на кажущееся различие, расчетные схемы всех трех типов с точки зрения механика движения представляют собой один и тот же механизм, отличающийся только привязкой к си­ стеме координат места расположения шарнира. На рис. 2, а—г показаны общие виды двухсекционных шарнирно-сочлененных машин.

4 W Рис. 1. Схемы двухсекционных машин:

Рассмотрим расчетные схемы трехсекционных (двухшарнир­ ных) машин. Машины с трехсекционной схемой выпускаются в небольшом количестве и чаще всего для экспериментальных це­ лей. Второй шарнир усложняет конструкцию. Поэтому такое усложнение оправдано при ощутимом технологическом преиму­ ществе (например, возможности «бокового хода»), «Боковой ход» обеспечивается одновременным поворотом передней и зад­ ней секций машины в одну сторону, что особенно удобно ис­ пользовать при создании планировочных машин. При работе в режиме «бокового хода» задние колеса могут двигаться по спланированной поверхности вне колеи передних колес.

7