25820-1 (590959), страница 3
Текст из файла (страница 3)
На рисунке 2.2 показано влияние сопротивления качению, буксования и удельной силы тяги на КПД ходовой системы [13]. Из графиков видно, что чем меньше сопротивление качению и буксование, тем выше коэффициент полезного действия. Увеличивается КПД и при росте тяговой нагрузки. Это указывает на важность обеспечения высоких тяговых качеств трактора за счет его ходовой системы и объясняет преимущества гусеничной ходовой системы перед колесной при работе на мягких (легкодеформируемых) почвах с орудиями, требующими реализации высоких тяговых усилий. На тяговые качества трактора определяющее влияние оказывают конструктивные параметры ходовой системы.
Для работы с минимальными потерями мощности важное значение имеет натяжение гусеницы. Недостаточное натяжение приводит к ухудшению распределения давления на почву и увеличивает ее деформацию, способствует спаданию гусеницы с опорных катков, а чрезмерное — к росту потерь на трение и ускорению износа шарниров.
Рисунок 2.2 Влияние сопротивления качению, буксования и удельной силы тяги на КПД ходовой системы
При работе с большими тяговыми усилиями опрокидывающий момент от тягового сопротивления орудий приводит к перераспределению нагрузок на опорные катки: передние — разгружаются, задние — догружаются. Поэтому у большинства гусеничных тракторов, работающих с задними орудиями, центр тяжести смещен вперед от середины опорной поверхности или имеются передние грузы, которые должны быть установлены при тяжелых условиях работы, так как наибольший КПД наблюдается при равномерном распределении нагрузок по опорным каткам.
Из конструктивных параметров ходовой системы наибольшее влияние оказывают на тяговые качества длина опорной поверхности гусениц, число опорных катков и шаг гусеничной цепи. Увеличение этих параметров способствует повышению коэффициента полезного действия ходовой системы благодаря снижению сопротивления качению и буксования. Этим объясняются конструктивные особенности болотоходных тракторов и увеличенный шаг гусениц на промышленных тракторах.
Тракторы Т-70С, ДТ-75БВ и Т-130Б могут работать с гусеницами различной ширины. Необходимо иметь в виду, что увеличение ширины гусеницы способствует повышению тяговых качеств только на слабых, легкодеформируемых почвах (болота, снежная целина, пески). На почвах и грунтах средней и высокой плотности увеличение ширины гусеницы эффекта не дает, так как приводит к росту массы ходовой системы, а, следовательно, и к повышению потерь на трение, ухудшает заглубление почвозацепов и увеличивает буксование. В результате КПД снижается.
При неизменной длине опорной поверхности увеличение числа опорных катков способствует росту КПД ходовой системы на легкодеформируемых почвах и грунтах. На плотных почвах и грунтах лучшие показатели имеет ходовая система с меньшим числом опорных катков большего диаметра, что объясняется уменьшением сопротивления качению и лучшим заглублением почвозацепов под опорными катками.
Из всех типов подвесок наиболее высокие тяговые качества обеспечивает упругая индивидуальная система подрессоривания опорных катков благодаря более равномерному распределению давления на почву.
Лучшими тяговыми качествами обладают составные гусеницы с уплотнениями и смазкой шарниров, а также гусеницы с резинометаллическими шарнирами. Это объясняется постоянством шага гусеницы, обеспечивающим минимум потерь в зацеплении с ведущим колесом, пониженным трением в шарнирах, а также более равномерным распределением давления на почву при наличии упругих моментов в шарнире.
Оптимальная форма почвозацепа звена гусениц — расчлененный почвозацеп с увеличивающимся к краям углом между упорной кромкой и осью шарнира.
2.2 Патентное исследование
Современная конструкторская мысль уделяет большое внимание проблеме усовершенствования конструкции всего гусеничного движителя в целом и ведущего колеса в частности. Были исследованы патенты с глубиной выборки сорок лет для патентов России/СССР и тридцать лет для патентов США (согласно [2]). Поиск показал, что конструкции ведущего колеса подобные проектируемому существуют. Однако, как уже указывалось выше, на практике такие колёса получили распространение только на промышленных тракторах. Кратко рассмотрим некоторые из существующих патентов [3–7] и проанализируем их достоинства и недостатки.
2.2.1 АС № 821229 «Упругое колесо транспортного средства со ступицей и обводом»
Колесо изображено на рисунке 2.3.
Описание колеса в статике:
Упругое колесо состоит из ступицы 1, бандажа 2, разделенных между собой расположенными по окружности пакетами 3, каждый из которых размешен в цилиндрическом гнезде и состоит из стальных разрезных гильз переменной толщины, удерживаемых от поворота вокруг своей оси стопорящей планкой 4, размещенной на торцовых прорезях гильз и жестко связанной со ступицей, при этом от выпадения пакеты удерживаются также кольцевой планкой 5, жестко соединенной с бандажом винтами 6 и образующей радиальный зазор со ступицей 1, а внутренняя гильза каждого пакета 3 имеет резиновую вставку 7.
Рисунок 2.3 АС № 821229 «Упругое колесо транспортного средства со ступицей и обводом»
Регулирование жесткости колеса производят следующим образом.
Для регулирования жесткости колеса отвинчивают винты 6, снимают планку 5, удаляют из торцовых канавок пакетов 3 планки 4 и поворачивают пакет 3 или каждую гильзу пакета 3 на определенный угол.
Так как грузоподъемность транспортного средства может быть различной, упругое колесо с регулируемой жесткостью позволяет привести ее к оптимальной и таким образом снизить динамические нагрузки на узлы транспортного средства.
Цель изобретения - регулирование жесткости колеса.
Цель достигается тем, что упругие элементы выполнены в виде расположенных в цилиндрических гнездах пакетов разрезных металлических гильз переменной толщины, имеющих на торцах радиальные канавки, вмещающие стопорный элемент. При этом колесо может быть снабжено резиновыми вставками, расположенными во внутренних гильзах пакетов.
2.2.2 АС № 933481 «Металлоэластичное колесо транспортного средства»
Колесо изображено на рисунке 2.4
Металлоэластичное колесо состоит из ступицы 1, гибкого обода 2, включающего траки 3 с резиновыми грунтозацепами, соединенные шарнирами 4, балансиры 5, установленные на внутренней стороне соседних траков 3 одним концом шарнирно, а другим скользящими по внутренней стороне обода. На каждом балансире 5 в середине его установлен шарнир 6; соединенный с шарниром 7 на ступице через спицы 8, которые выполнены в виде двух соединенных между собой шарниром 9 рычагов. Причем каждый шарнир 9 соединен с шарниром 6 и шарниром 7 соседних спиц с помощью упругих элементов (пружин) 1
0.
Рисунок 2.4 АС № 933481 «Металлоэластичное колесо транспортного средства»
Для обеспечения поперечной устойчивости колеса спицы с упругими элементами расположены в два ряда симметрично относительно вертикальной оси.
Колесо, работает следующим образом.
Крутящий момент независимо от направления движения передается от ступицы 1 через рычаги спиц 8, элементы 10 и балансиры 5 к ободу 2 и вследствие взаимодействия последнего с почвой реализуется в тяговое усилие колеса. Благодаря тому, что угол между рычагами, образующими спицу 8, отличен от 180, элементы 10 в нижней части колеса под воздействием вертикальной нагрузки сжаты. Передача крутящего момента осуществляется также за счет сжатия этих элементов, причем независимо от направления движения колеса. Таким образом, из-за того, что элементы 10 в нижней части колеса всегда сжаты, а крутящий момент от ступицы 1 к ободу 2 передается через них, работа колеса идентична как при движении вперед, так и назад.
Плавность хода колеса и допустимое давление на грунт обеспечиваются регулированием упругих качеств колеса за счет подбора элементов 10 определенной жесткости и необходимого комплекта спиц 8 с упругими элементами. Вертикальную нагрузку воспринимают все элементы 10, сжимаясь или растягиваясь при этом в зависимости от места расположения их.
Целью изобретения является повышение надежности в работе колеса. Для этого обод выполнен из шарнирно соединенных друг с другом траков, каждая пара которых связана балансиром, а каждый шарнир, соединяющий рычаги спицы, связан с шарниром, соединяющим рычаг со ступицей, и шарниром, связывающим, рычаг с балансиром соседних спиц упругими элементами.
2.2.3 АС № 160092 «Опорный каток гусеничных машин»
Колесо изображено на рисунке 2.5.
Опорный каток гусеничных машин, включающий обод и ступицу, между которыми размешен кольцевой резиновый амортизатор и крепежные детали, отличающийся тем, что, с целью улучшения характеристики амортизатора, он выполнен из нескольких колец, одни из которых посажены свободно, воспринимают радиальные нагрузки, а другие посажены с предварительным натягом, работают на сдвиг и смятие, воспринимают радиальные и осевые нагрузки и фиксируют обод на ступице. Колесо содержит обод 1 с коническими поверхностями 2 и 3 , сопрягающиеся с коническими поверхностями 4 и 5 ступицы 6.
Рисунок 2.5 АС № 160092 «Опорный каток гусеничных машин»
2.2.4 Патент США № 5125443 «Пружинно подвешенное колесное устройство»
Колесо изображено на рисунке 2.6.
Описание колеса в статике:
Упомянутым в патенте изобретением снабдили колесо, состоящее из круглого остова или обода, соединённого множеством пружин с центральной ступицей. Круглый обод лежит в плоскости вращения, ось которой преимущественно перпендикулярна данной плоскости и проходит через середину плоскости вращения, образуемой ободом. Более того, механизм колеса включает в себя дугообразные элементы пружин, которые расходятся лучами по спирали в радиальном направлении от ступицы до обода и обеспечивают наружную жесткость обода колеса с целью повышения эластичности и добавления большей ударопрочности.
Также в конструкции колеса предусмотрены два набора спиралевидных пружин, по одному с каждой стороны от плоскости вращения, передвигающихся, в основном, конически от каждой из сторон ступицы до обода колеса.
Еще в реализованном изобретении каждая из пружин в каждом из наборов имеет сопряженную пружину в другом наборе так, что первая пара сопрягается со второй парой в точке расхождения по длине до точки прикрепления к ступице.
Далее конструкция отличается тем, что спиральные элементы в одном блоке не выровнены относительно друг друга, соседа или оппозитного элемента, так чтобы не организовать заранее отобранные шаблоны.
Спиральные элементы в одной группе растягиваются по спирали по часовой стрелке от центра к периферии, тогда как пружины другой группы растягиваются против часовой стрелки, если смотреть на колесо сбоку от плоскости вращения.
Рисунок 2.6 Патент США № 5125443 «Пружинно подвешенное колесное устройство»
Также в конструкции ось колеса разъединена между ступицами, т.е. колесо закреплено двумя вставками, соединяющими с обеих сторон вилку и ступицу. Промежуток между ступицами остаётся, то есть отсутствует соединение между оппозитными ступицами.
Выбор специфической конфигурации или модели двойных спиралевидных деталей в изобретенном колесном устройстве позволяет, по крайней мере, добиться искомого распределения усилий или достичь требуемой в ряде задач поворачиваемости и сцепления. Таким образом, горные велосипедные шины могут нуждаться в соприкосновении обоих сторон спиралевидных элементов для передачи наибольшей гибкости и улучшенной упругости, поскольку в значительной степени идентичность или согласованность блоков спиральных шестерен может придать большую поворачиваемость единичному колесу лопастного типа роликовых коньков, т.е. так называемым роликовым лезвиям.
Цель изобретения. Данный патент США можно считать логическим завершением целой цепочки изобретений (патенты США №№ 813423, 1141078, 515456, 2869608, 1253975), постепенно развивающих и улучшающих данный конструкционный узел машины путем введения и модернизации связей различного типа в колесе с внутренним подрессориванием. Например, патент США №813423 Хилла показывает когтеобразное удерживающее устройство для прикрепления колеса к оси. Конструкция Хилла включает в себя прочные спицы из металлической проволоки, которые соединяют каждую ступицу с ободом колеса, что распределяет усилия так же, как и ось, располагающаяся, как правило, между этими ступицами. Патент США №1141078 Шеффела улучшает конструкцию Хилла путём исключения удерживающих устройств, крепящих ступицу к оси. Шеффел также предлагает ввести прочные спицы из проволоки и единый вал колеса. Патент США №515456 Вуда направлен, в основном, на конструкцию ступицы колеса, и показывает дугообразные спицы, лежащие вне плоскости вращения колеса, и перемещающиеся по дуге от ступицы к ободу колеса. Патент США №2869608 Чамберлена и др. защищает конструкцию пружинного колеса под автомобильные шины, имеющую плоские ленточные пружины (вместо спиц), которые внутренне расходятся от каждой ступицы до обода колеса, при этом полностью находясь вне плоскости вращения обода. Наконец, патент США №1253975 Ховарда и др. защищает конструкцию с множеством некомпланарных спиц, прикрепленных к множеству независимых ободов. Данный же патент США №5125443, в свою очередь, содержит колесо открытого типа, имеющее круглый обод, расположенный в плоскости вращения колеса, две оппозитные ступицы, размещённые по обе стороны плоскости вращения колеса на его оси вращения, саму ось, пересекающую плоскость вращения в центре круга, очерченного ободом, и множественные пружины, расположенные противоположно друг другу, причем каждая из этих пружин расходится от центра к периферии по радиальной и спиралевидной траектории от точек прикрепления к ободу до точек прикрепления к ступицам, в связи с чем колесо наделяется способностью лучше противостоять радиальным и/или боковым деформациям, обеспечивая притом хорошую самоцентровку и возврат в начальное положение, когда обод колеса перемещается из нормального положения в плоскости вращения или по оси вращения.
2.2.5 Достоинства и недостатки рассмотренных конструкций
Все вышеописанные изобретения обладают рядом недостатков, не позволяющих применить эти колёса как ведущие на гусеничных тракторах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
