Тракторное колесо
Как известно, эластичное тракторное колесо для улучшения сцепления с грунтом оборудуют грунтозацепами, типовое расположение которых для ведущего колеса показано на рис. В этом случае процесс взаимодействия такого колеса с грунтом отличается от качения ведущего жесткого колеса. При взаимодействии ведущего колеса с грунтом действуют силы трения между опорной поверхностью шины и грунтом; силы, возникающие при упоре грунтозацепов шины в грунт; силы, возникающие при срезе грунтового кирпича боковыми гранями грунтозацепов. На дорогах с твердым покрытием основное значение имеют силы трения. На рыхлых грунтах значение сил сдвига и среза воз-растает и во многих случаях является определяющим.
При движении ведущего колеса его грунтозацепы сдвигаются и срезают грунт в направлении, обратном движению. Упор грунтозацепов в грунт, сдвиг и срез грунтовых кирпичей, зажатых между ними, возможны только при полном использовании сил трения, т. е. когда имеется пробуксовка колеса. Теоретически передача ведущего момента обязательно должна сопровождаться буксованием, в результате чего ось колеса как бы перемещается на соответствующее расстояние назад. В этом главным образом заключается физическая сущность буксования ведущих колес на деформируемой поверхности и причина снижения их поступательной скорости. Дополнительное незначительное снижение поступательной скорости ведущих колес обусловливается тангенциальными деформациями шин. Благодаря эластичности шины в окружном направлении участки ее, приближающиеся при качении колеса к площадке контакта шины с грунтом, под действием ведущего момента сжимаются, вследствие чего путь, проходимый колесом за один оборот, уменьшается.
Из сказанного выше следует, что сцепление опорной поверхности колеса с грунтом происходит за счет сил трения, возникающих между шиной и грунтом, и силы сдвига и среза грунтовых кирпичей, зажатых между грунтозацепами. При установившемся движении колеса, сдвиг и срез грунтовых кирпичей происходит в основном в периоды выхода последнего грунтозацепа опорной поверхности колеса из грунта. В этот момент нагрузка от вышедшего из зацепления грунтозацепа перераспределяется на остальные, находящиеся в зацеплении. Все грунтозацепы сдвигаются и срезают грунт на одинаковую величину. Поскольку первый грунтозацеп пройдет все стадии зацепления от входа в грунт до выхода из него, наибольший сдвиг и срез грунта при выходе его из зацепления равен опорной поверхности колеса с грунтом. С другой стороны, наибольший сдвиг и срез грунта можно представить как произведение коэффициента буксования на длину опорной поверхности колеса.
Исследования показали, что распределение деформации сдвига и среза грунтовых кирпичей в контакте опорной поверхности колеса с грунтом можно представить в виде треугольника. Напряжения сдвига возникающие в грунте при воздействии на него грунтозацепами, возрастают и при достигают максимума, после чего они убывают и при полном срезе грунтового кирпича достигают постоянного значения. В то же время напряжение, возникающее при срезе грунтового кирпича боковыми гранями грунтозацепа высотой, можно в первом приближении считать не зависящим от деформации.
Таким образом, касательная сила тяги ведущего эластичного колеса, оборудованного грунтозацепами, равна сумме сил трения и реакций сдвига и среза на каждом грунтозацепе.- Как уже отмечалось зависимость напряжения сдвига от деформации хорошо объясняет формула, предложенная В. В. Кацыгиным. Используем эту зависимость для вывода формулы касательной силы тяги колеса при сдвиге грунта. Для упрощения вывода заменим опорную поверхность с большим радиусом кривизны (в пределах контакта с грунтом) горизон-тальной поверхностью с длиной контакта. При этом предположим, что реакции сдвига параллельны этой плоскости и колесо движется при установившемся режиме. Суммарную деформацию грунтозацепов, равную в начале зацепления нулю и достигающую в конце значения, как было показано выше, можно представить в виде треугольника. Тогда деформация грунта на расстоянии от начала зацепления равна сдвигу фаз.