Способы поворота коллесной техники
Поворот колесных тракторов можно производить тремя основными способами: 1) изменением положения управляемых колес в горизонтальной плоскости относительно остова трактора 2) изменением положения в горизонтальной плоскости одной части трактора относительно другой; 3) изменением крутящих моментов, подводимых к колесам отстающего и забегающего бортов (по способу гусеничного трактора).
Колесные универсальнопропашные тракторы поворачиваются по первому способу, наиболее распространенному по сравнению с другими способами поворота колесных машин. Обычно передние колеса являются управляемыми и имеют меньший диаметр, чем диаметр задних колес. На самоходных шасси, предназначенных для работы с широкозахватными жатками, задние колеса являются управляемыми и меньшего диаметра, чем диаметр ведущих передних колес.
Некоторые полноприводные тракторы (экспериментальные образцы) выполнены со всеми управляемыми колесами. Изменение направления движения такой машины осуществляется двумя способами. При первом способе поворота передние и задние колеса поворачиваются в разные стороны, и трактор движется по криволинейной траектории. Второй способ изменения направления заключается в повороте колес в одну сторону. В этом случае трактор не совершает поворот, а движется вбок. Поэтому этот способ изменения направления движения получил название «краб». Рассмотрим принципиальную возможность поворота трактора с передними управляемыми и задними ведущими колесами. Примем, что трактор движется с малой постоянной скоростью, когда центробежной силой можно пренебречь. Не будем учитывать и явление увода колес.
Касательная сила тяги заднего моста приложена в точке В (середина моста) и направлена вдоль продольной оси трактора. При этом точка В перемещается со скоростью v2 в направлении действия силы тяги заднего моста, так как при отсутствии боковых сил нет никаких причин для ее изменения. Управляемые колеса переднего моста, повернутые на средний угол а, перемещаются под действием толкающей силы передаваемой мосту от остова трактора. Толкающая сила приложена в точке А (середина переднего моста) и действует вдоль продольной оси трактора. Для того чтобы управляемые ведомые колеса перемещались в плоскости вращения, толкающая сила не должна быть больше силы их сцепления с опорной поверхностью.
В остальных случаях жесткие в боковом направлении колеса будут перемещаться не в плоскости вращения. Чтобы колесо в плоскости вращения перемещалось без скольжения, тангенциальная составляющая толкающей силы должна быть больше или равной силе сопротивления качению. При ухудшении почвеннодорожных условий увеличивается коэффициент сопротивления качению и уменьшается коэффициент сцепления ф, что приводит к увеличению правой части неравенства. Следовательно, с ухудшением почвеннодорожных условий уменьшается допустимый угол поворота ведомого управляемого колеса, при котором еще возможно качение колеса в плоскости его вращения без скольжения. Так как средний угол поворота управляемых колес тракторов находится в пределах 30—35°, а угол поворота внутреннего колеса не превышает 40°, то практически во всех условиях эксплуатации ведомое управляемое колесо может перемещаться без скольжения во всем диапазоне изменения угла его поворота. Поскольку векторы скоростей не параллельны относительно друг друга и. имеют разные значения, происходит криволинейное движение (поворот трактора). При ведущих управляемых колесах касательные силы тяги колес, расположенные в плоскости их вращения, однозначно определяют направление скоростей их перемещения. Недостатками способа поворота тракторов с управляемыми колесами являются: относительная сложность привода рулевого управления, особенно у машин со всеми управляемыми колесами? трудность получения малого радиуса поворота; увеличение минимальной колеи трактора, при которой повернутые на максимальный угол управляемые колеса не касаются остова трактора. Эти недостатки особенно существенны при колесах большого диаметра.
Недостатки способа изменения направления движения тракторов с управляемыми колесами привели к появлению схемы поворота по способу «складывающейся рамы» применяемого на полноприводных колесных тракторах общего назначения. Такие тракторы представляют собой систему*из двух шарнирно сочлененных секций, которые могут поворачиваться относительно друг друга в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Изменение направления движения трактора с шарнирной рамой осуществляется путем поворота секций относительно друг друга в горизонтальной плоскости на некоторый угол а. Рассмотренный способ поворота колесного трактора имеет некоторые преимущества по сравнению со способом поворота полноприводных машин при помощи управляемых колес: хорошую маневренность; возможность получения малых радиусов поворота; уменьшение числа шарниров в трансмиссии, так как оси колес неподвижны по отношению к секциям. Существенным недостатком тракторов с шарнирной рамой является неспособность их работать на склонах. Стремление создать высокоманевренный и простой по конструкции трактор привело к появлению машин G четырьмя ведущими неповоротными колесами и изменением направления движения, выполненных по схеме поворота гусеничного трактора (экспериментальные модели). Колесные тракторы с такой схемой поворота называют машинами с бортовым поворотом. Передние и задние колеса каждого борта такого трактора соединены между собой зубчатой или цепной передачей.
Поворот трактора с бортовой схемой поворота осуществляется уменьшением крутящего момента, подводимого к колесам отстающего борта, а при необходимости крутого поворота их торможением. В последнем случае скорость колес отстающего борта равна нулю (скорость колес забегающего борта не равна нулю) и мгновенный центр поворота расположен в плоскости невращающихся колес отстающего борта. При этом радиус поворота равен половине колеи трактора, и поворот сопровождается скольжением шин всех колес. В некоторых конструкциях таких машин, обычно с гидравлической трансмиссией, для обеспечения поворота «на месте» предусмотрена возможность вращения колес отстающего и забегающего бортов в разные стороны. Если скорости колес разных бортов равны, но направлены в противоположные стороны, то мгновенный центр поворота расположится на продольной оси трактора, а радиус поворота будет равным нулю. Получить столь малые радиусы поворота при других способах поворота колесных тракторов невозможно. Кроме того, схема бортового поворота позволяет отказаться от сложной в изготовлении и эксплуатации шарнирной передачи крутящего момента к ведущим и управляемым колесам.
Однако этбт способ не получил распространения на колесных тракторах, так как при повороте шины трактора проскальзывают по опорной поверхности, что вызывает их повышенный износ. Кроме того, увеличиваются затраты мощности двигателя на преодоление значительно возросшего (по сравнению с прямолинейным движением) сопротивления при повороте трактора. Особенно возрастает сопротивление повороту на грунте в результате нагребания грунта неповоротными колесами. Отмеченные недостатки существенно снижают техникоэкономические показатели колесных тракторов с бортовой схемой поворота. Таким образом, колесные тракторы могут поворачиваться несколькими способами. Каждый способ поворота оказывает влияние на кинематику криволинейного движения трактора. Чтобы трактор поворачивался с заданным радиусом, необходимо создать достаточную силу тяги ведущих колес, способную преодолеть возросшую по сравнению с прямолинейным движением силу сопротивления движению.