Поворот гусеничной машины
Одной из особенностей поворота гусеничного трактора (в отличие от колесного трактора, поворот которого осуществляется изменением направления движения колес) является необходимость искусственного увеличения сопротивления одной из гусениц с тем, чтобы создать пару сил, момент от действия которых преодолевает сопротивление повороту со стороны грунта.
При повороте гусеничного трактора на его движитель действуют реакции грунта, создающие сопротивление повороту. Так, в плоскости опорных ветвей гусениц действуют силы трения среза, сдвига, а также лобового сопротивления грунта. При повороте с образованием колеи движитель нагребает грунт, в то время как его реакции передаются на движитель через опорные ветви гусениц, а также непосредственно через опорные катки (бульдозерный эффект). Направление и значение реакций грунта зависят от многих факторов, основными из которых являются: параметры трактора и его движителя; тяговое сопротивление агрегатируемых машин, которое влияет на перераспределение давления по длине опорной ветви гусениц, смещая в ту или другую сторону линию центров поворота; скорость движения и физикомеханйческие свойства грунта. При повышении скорости движения увеличиваются центробежные силы, которые влияют на перераспределение давлений по опорным ветвям забегающей и отстающей гусениц.
Сопротивление повороту зависит от радиуса поворота; оно имеет наибольшее значение при наименьшем радиусе. Взаимодействие гусеницы с грунтом на повороте сложнее, чем при прямолинейном движении, так как опорная ветвь гусеницы совершает более сложное движение, которое только в первом приближении можно считать плоскопараллельным. Установлено, что при повороте трактора на мягких грунтах забегающая гусеница как бы всплывает над грунтом, образуя меньшую колею, чем отстающая.
Для упрощения явлений, происходящих при взаимодействии опорных ветвей гусениц с грунтом на повороте, допустим, что:
1) трактор движется по горизонтальной поверхности в установившемся режиме;
2) опорные ветви гусениц совершают плоскопараллельное движение;
3) силы, возникающие между опорной ветвью гусеницы и поверхностью грунта, подчиняются законам математической теории трения, разработанной Ф. А. Опейко.
В этом случае силы, возникающие на кромках гусениц, являются внешними по отношению к фрикционной паре опорная ветвь гусеницы — грунт.
На опорной ветви отстающей гусейицы можно выделить четыре участка. На первом участке грунт деформируется кромкой гусеницы с того момента, когда очередное звено входит в контакт с ним. На втором участке грунт деформируется теми звеньями, которые в начальный момент уже находились в контакте с ним. Звенья третьего участка деформируют грунт после их перехода на заднюю половину опорной ветви гусениц. В этот момент деформации грунта изменяют знак и направлены в противоположную сторону по отношению к первому и второму участкам. На четвертом участке грунт деформируется звеньями, находящимися в начальный момент на задней части опорной ветви. Функции трения зависят от характера распределения давления по опорной ветви гусеницы, что следует учитывать лишь при точных расчетах. Основной же величиной при равных условиях является среднее давление гусеницы на грунт. Определим эксцентриситеты полюсов вращения гусениц. Для упрощения допустим, что гусеницы имеют гладкую поверхность и давление по опорной ветви в пределах одной гусеницы распределено равномерно. Поскольку положение полюсов вращения определяется кинематическими и силовыми связями, рассмотрим систему сил и моментов, действующих на гусеничный трактор при установившемся повороте на горизонтальной поверхности. Влиянием центробежных сил инерции пренебрегаем.
Таким образом, боковые смещения полюсов вращения опорных ветвей гусениц в простейшем случае поворота одинаковы и при равных условиях зависят от продольной и поперечной баз. Зная смещение полюсов вращения гусениц, можно определить моменты сил сопротивления повороту. Итак, сопротивление повороту трактора определяется кинематическими и силовыми связями опорных ветвей гусеницы с грунтом. В общем случае момент сопротивления повороту складывается из составляющей, обусловленной деформацией грунта кромками гусениц, которая зависит при равных условиях от радиуса поворота остова трактора, и составляющей, обусловленной трением опорной части гусеницы о грунт. Последняя зависит от радиуса поворота и при равных условиях определяется эксцентриситетами полюсов вращения. Чем большие смещения получают полюсы вращения, тем меньше момент сопротивления повороту вследствие трения опорных ветвей гусениц о грунт.