книги из ГПНТБ / Барский И.Б. Динамика трактора

Глава IV. ПОДВЕСКИ ТРАКТОРОВ. ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЗДЕЙСТВИЙ И ПЛАВНОСТИ ХОДА

120

двух типов тракторов положения и определения будут изложены при рассмотрении гусеничных тракторов; в разделе колесных тракторов будут лишь обсуждены специфичные элементы.

С помощью рациональной подвески можно уменьшить коле­ бания машины. Однако варьирование в широких пределах па­ раметров подвески представляет определенные трудности, так как накладываются ограничения компоновочного характера Кроме того, создание эффективной, но сложной подвески в ряде случаев не оправдывается экономическими соображениями.

Поэтому для тракторов проблема плавности хода решается путем одновременного улучшения подвески трактора и введения подрессоривания тракторного сиденья.

Выбор оптимальных параметров подвески сиденья представ­ ляет собой самостоятельную задачу, которая решается по-разно­ му в зависимости от типа и параметров подвески трактора.

Системы подрессоривания гусеничных тракторов характери­ зуются следующими основными элементами.

1. Остов, включающий все сборочные единицы и детали, вес которых воспринимается упругими деталями подвески. Все де­ тали остова не абсолютно жестко соединены между собой; кроме того, они сами являются упругими телами. Однако при рассмот­ рении низкочастотных колебаний всего трактора при движении по неровностям этими обстоятельствами из-за малого их влия­ ния можно пренебречь и рассматривать остов как однородное тело. Основными характеристиками остова являются его масса, координаты центра тяжести и моменты инерции относительно осей, проходящих через центр тяжести.

2. Подвеска, включающая гусеницу, опорные катки, тележки, упругие элементы (рессоры) и гасители колебаний (специально установленные либо образованные трением в сопряжениях сборочных единиц и деталей подвески).

В зависимости от способа соединения осей катков между со­ бой и с остовом трактора, подвески можно разделить на три группы: жесткие, полужесткие и упругие (рис. 75). Каждая из групп может быть дополнительно классифицирована по способу подрессоривания, расположению кареток и другим признакам. Жесткие подвески не имеют упругих элементов, и оси опорных

имеют каретки, соединенные из опорных катков системой рыча­ гов и упругих элементов. Элементарная каретка состоит из двух катков (рис. 75, г). Многокатковые каретки получают объеди­ нением элементарных кареток (рис. 75, д, е, ж). В индивидуаль­ ных подвесках каждый опорный каток через отдельную систему

121

аналитически), находят эквивалентную жесткость каретки. Оче­ видно, что при снятии рабочей характеристики можно задавать различное перемещение оси шарнира каретки и измерять необхо­ димую для этого силу. Рабочая характеристика и жесткость подвески могут быть построены и теоретическим путем [1].

Из-за трения в сопряжениях подвески кривые рабочей харак­ теристики при загрузке не совпадают и образуют замкнутую

петлю гистерезиса (рис. 76, а). Если в подвеске отсутствуют спе­ циальные гасители колебаний, то рассеивание энергии при коле­ баниях происходит только из-за трения в сопряжениях и его не­ обходимо учитывать. Работа трения определяется площадью петли гистерезиса, заключенной между кривыми нагрузки и разгрузки.

Если кривые нагрузки и разгрузки расположены симметрично относительно средней линии, то можно ввести среднюю харак­ теристику (штриховая линия), которая не зависит от характера нагружения. Эта характеристика представляет собой чистую упругую составляющую. Составляющие, которые зависят от вида нагружения (вверх или вниз по характеристике), по существу

являются функциями скорости z (вверх 2 > 0, вниз z < 0). На этом основании можно получить две составляющие рабочей ха­ рактеристики упругого элемента гусеничной машины (рис. 76,

6 и в).

До последнего времени гусеничные тракторы имели линейные упругие элементы, а рассеивание энергии осуществлялось только за счет трения в сопряжениях подвески. В настоящее время име­ ются тракторы, где применяются нелинейные упругие элементы (рис. 76, г). В связи с повышением скоростей гусеничных трак-

123

торов появилась и необходимость устанавливать в подвеску спе­ циальные гидравлические гасители колебаний, поскольку только одного рассеивания энергии в сопряжениях при возросшей энер­ гии колебаний остова на более высокой скорости движения не­ достаточно.

Гидравлические гасители колебаний развивают силы сопро­ тивления в зависимости от скорости перемещений остова относи­ тельно катков, тележек трактора. Так же как и для упругого элемента, сила сопротивления амортизатора должна быть при­ ведена к силе сопротивления эквивалентного амортизатора. Эквивалентные схемы подвесок с упругими элементами и амор­ тизаторами приведены на рис. 77.

/ У { / s / / (

а.) 5) в)

Рис. 77. Схемы подвесок с упругими элементами и амортиза­ торами:

а — индивидуальная подвеска; б — с простой кареткой; в — с двой ­

ной кареткой

Существенное влияние на плавность хода оказывает конст­ рукция опорного механизма гусеничного трактора (тележка, каретка, индивидуальный каток). В зависимости от типа опор­ ного механизма происходит значительная трансформация воз­ действия, поступающего от неровностей пути на упругие элемен­ ты остова.

Гусеничная цепь, как показали расчеты, выполненные В. П. Аврамовым [1], при определенных режимах движения трак­ тора также оказывает влияние на его колебания. Это влияние выражается в том, что при колебаниях ведущий участок гусе­ ничной цепи, натягиваясь и ослабляясь, оказывает воздействие на ведущую звездочку и приводит к дополнительным закруткам трансмиссии машины.

Для того чтобы выбрать единую для всех ходовых систем расчетную схему колебаний гусеничного трактора, целесообраз­

Влияние сельскохозяйственной машины на колебания остова можно учесть приложением главного момента и главного вектора

124

сил взаимодействия трактора с сельскохозяйственной машиной. Силы взаимодействия трактора и сельскохозяйственной машины зависят не только от параметров машины, но и от параметров трактора. Практически достаточно для одного класса тракторов определить главный момент и главный вектор тензометрированием и далее считать, что они будут такими же, если параметры трактора изменяются в некоторых пределах.

Обычно рассматривают лишь колебания остова в вертикаль­ ной продольной плоскости, проходящей через плоскость продоль­ ной симметрии машины. Эти колебания называют продольноугловыми и вертикальными плоскими колебаниями остова гусе­ ничного трактора.

Остов трактора также способен совершать поперечно-угловые колебания из-за того, что неровности под левой и правой гусени­ цами различны. Однако обычно эти колебания не рассматрива­ ют, так как, во-первых, они меньше, чем продольно-угловые и вертикальные, а во-вторых, все рекомендации, направленные на уменьшение колебаний в продольной плоскости, одновременно приводят к уменьшению колебаний и в поперечной плоскости.

Системы подрессоривания колесных тракторов характеризу­ ются следующими основными элементами.

1. Остов, включающий те же сборочные единицы, что и в гу­ сеничном тракторе, вес которых воспринимается упругими шина­ ми и рессорами.

2.Неподрессоренные части, включающие сборочные единицы

идетали, вес которых не воспринимается рессорами.

3.Рессоры.

4.Шины.

Кнеподрессоренным частям трактора обычно относят детали

исборочные единицы переднего моста, поскольку, как, правило, задний мост не имеет рессор. Конструкции подрессоренных мос­ тов приведены в работе [2].

Тракторные шины обладают эластичностью в различных на­ правлениях. Однако на плавность хода трактора в основном влияет радиальная упругость шины. Упругость шины должна обязательно учитываться при исследовании колебаний трактора, так как иногда шина является единственным упругим элементом подвески (задний мост трактора). Учет упругой шины при со­ ставлении расчетной схемы колебаний трактора выполняется таким же образом, как и учет любого рессорного элемента.

При составлении расчетной схемы колебаний трактора непод­ рессоренные массы считают сосредоточенными в центре оси колеса, т. е. моментами инерции неподрессоренных масс прене­ брегают. Поэтому перемещение неподрессоренной массы соответ­ ствует перемещению оси колеса. Необходимое рассеивание энер­ гии для обеспечения затухания колебаний обеспечивается трением в рессорном элементе, гистерезисом шин и реже гидро­ амортизатором. Характеристика трения в рессоре зависит от ее

125

конструкции. Как правило, ее можно принимать совпадающей с характеристикой «сухого» трения. Рассеивание энергии в шине

иостовом трактора.

Впоследнее время на тракторах применяется установка сиденья на параллелограммных рычагах (рис. 78). Она обеспечивает стабильность

вертикального положения корпуса тракториста и передачу только вер­ тикальных колебаний от остова трактора, которые из всех воз­

можных видов колебаний воспринимаются человеком наилуч­ шим образом.

Ввиду того, что передача упругих сил и сил демпфирования к подрессоренной массе при параллелограммной подвеске проис­ ходит не непосредственно, следует ввести эквивалентные жест­

можно рассматривать как одномассовую упругую систему с при­ нужденным перемещением основания (остова трактора).

2. Характеристики воздействий

и выбор типовых расчетных режимов

Основным источником низкочастотных колебаний трактора являются неровности пути и, в меньшей мере, силы рабочих со­ противлений. И те и другие источники воздействий, как показал опыт, носят вероятностный, случайный характер. Даже такие

126

неровности, как поливные борозды, междурядья, пахотные бо­ розды и другие, которые образованы в результате взаимодейст­ вия с рабочими органами, равноотстоящими друг от друга, не имеют строго точных геометрических параметров.

имеют постоянных характеристик грунтовые дороги, стерня, про­ селочные дороги, микропрофиль которых образуется в результа­ те воздействия совершенно случайных факторов.

Поэтому для описания характеристик воздействий на авто­ мобили, транспортные машины, тракторы в последнее время широко применяют вероятностные методы — теорию случайных величин и для более полной оценки — теорию случайных функ­ ций.

Участки пути, по которым приходится двигаться этим маши­ нам, настолько разнообразны, что могут встретиться и такие, где подряд расположены несколько почти гармонических неровнос­ тей. Однако это, очевидно, не освобождает от необходимости рассматривать профиль пути как вероятностный процесс. При не­ обходимости и желании рассмотреть движение машин по почти периодическим неровностям или при почти периодическом воздей­ ствии используется частный случай вероятностного процесса — узкополосный случайный процесс.

Кроме этих двух видов воздействий, возможно и третье — переезд единичной выбоины или неровности. Такое воздействие также характерно для трактора и поэтому его необходимо рас­ сматривать при ис-ледовании колебаний остова.

Таким образом, перечисленные три вида воздействия должны быть положены в основу проверки плавности хода трактора и для этих воздействий должны быть определены критерии и до­ пустимые значения оценочных параметров.

Все изложенные соображения не относятся к описанию воз­ действия со стороны двигателя, так как оно вызвано строго пе­ риодическими факторами.

При использовании статистических методов необходима об­ ширная и достоверная информация о микропрофиле путей. Та­ кую информацию можно получить различными устройствами: механическими профилографами различной конструкции [4, 26,

эквивалентное воздействие с учетом деформации неровности и обкатывания ее колесом.

12?

Во всех случаях в результате замера характеристик микропро­ филя получаем функцию высоты неровностей от пройденного пути /.

Расчеты, проведенные при исследовании колебаний автомо­ биля, показали, что единичную неровность с достаточной точно­ стью можно выразить в виде волны синусоидальной формы

ровности. Периодические неровности можно представить как не­

ализацию некоторой случайной функции. Если считать эту слу­ чайную функцию эргодичной и стационарной, то аналитическое

мало отличаются друг от друга. Следовательно, они связаны:

128

Графики корреляционной функции могут иметь вид, показанный на рис. 79. С по­ мощью корреляционной функции можно охарактери­ зовать и оценить структуру случайной функции неровно­ сти в количественном и ка­ чественном отношениях.

Можно показать, что ес­ ли предположить в формуле

(52) функцию неровностей синусоидальной и определить пре­ дельные значения корреляционной функции при L - v o o , то по­ лучим

/?(/*) = q l —COS- 2 я

Корреляционная функция для гармонического процесса пред­ ставляет собой гармоническую функцию той же частоты. Отсю­ да легко определить среднеквадратичное отклонение при гармо­ нических колебаниях

Обращаясь теперь к рис. 79, можно сделать вывод, что кор­ реляционная функция, выраженная кривой /, характеризует слу­ чайную функцию без гармонических составляющих, так как значения /?(/*) непрерывно убывают с увеличением значений /* и отсутствуют периодические колебания значений R(l*). Кривая 2 также не имеет гармонических составляющих, но степень слу­

дальному) процессу. Такие процессы называются узкополосными случайными процессами. Кривая 4 описывает процесс со случай­ ными и периодическими составляющими. Как видим, корреля-