Лекция 5.2. Динамика поворота колёсной машины
5.2.1. Динамика поворота машины с передним управляемым колесом. Результирующий момент сопротивления повороту. Поворачивающая сила
Назовём
результирующую боковых реакций дороги,
действующих на управляемые колёса при
установке их под некоторым углом к
нейтральному положению, поворачивающей
силой и будем обозначать её через
.
Для определения величины этой силы рассмотрим условия равновесия передней оси с одним управляемым колесом при установившемся повороте (рис. 37).
Действие
остова колёсной машины на переднюю ось,
заменим следующими силами: толкающей
силой
и силой сопротивления повороту
,
действующей по радиусу
.
Сила
уравновешивается сопротивлением качению
управляемого колеса, действующим против
его движения, и боковой реакцией почвы
,
направленной перпендикулярно направлению
движения переднего колеса и препятствующей
его боковому скольжению.
Чтобы определить
силу
,
разложим движение остова на два –
переносное поступательное точки
со скоростью
по направлению продольной оси и
вращательное вокруг точки
с угловой скоростью
.
Вращение остова вокруг точки
препятствуют различные силы, возникающие
при повороте: силы трения и другие
реакции почвы на ведущие колёса, боковая
составляющая силы тяги на крюке,
центробежная и т.д. Все они в совокупности
образуют результирующий момент
сопротивления повороту
,
который может быть представлен в виде
произведения силы
на плечо
относительно точки
.
Таким образом
.
Сила также уравновешивается боковой реакцией дороги на управляемое колесо. В связи с изложенным поворачивающая сила, которая необходима для совершения поворота, определяется как сумма боковых реакций, действующих на управляемое колесо
.
Большое влияние на величину оказывает работа межколёсного дифференциала. Если дифференциал заблокирован, то результирующий момент сопротивления повороту увеличивается.
Поворачивающая
сила
создаёт продольную составляющую
,
в связи с чем, сопротивление качению на
повороте значительно больше, чем при
прямолинейном движении в аналогичных
почвенных условиях.
5.2.2. Условия сохранения управляемости колёсной машины с точки зрения кинематики и динамики поворота 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 колёсных машин 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.
5.2.3. 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. 38).
Рис. 38. Схема поворота
седельного автомобиля с полуприцепом
Как видно из рисунка 38 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.