Определение рациональных параметров балансирных тележек с целью уменьшения негативных реактивных моментов на корпусе

Аннотация

Рассмотрены особенности различных конструкций балансирных тележек и рекомендации по их компоновке с целью уравнивания опорных реакций под передней и задней парами тандемных колес.

Полный текст

Современные тяговые колесные машины высокой грузоподъемности (лесные многооперационные машины и форвардеры, выполненные на базе тракторов, а также большинство автомобильных самосвалов) оснащаются тандемными балансирными тележками с целью снижения давления на грунт и более эффективной реализации тяги [1-3]. Движение по криволинейной траектории вызывает неравномерность распределения тяговой нагрузки между колесами и повышает потери энергии на буксование [4-7]. Распределение вертикальных нагрузок на тандемных колесах балансирной тележки в значительной мере определяется схемой привода тандемных колес. На сегодняшний день наиболее распространены два типа привода: 1) мостовой с индивидуальным карданным приводом передних и задних колес, выполненных в виде мостов (рис. 1); 2) привод переднего и заднего колес от ведущего элемента (звездочки или зубчатого колеса), установленного в корпусе балансира (рис. 2). На рис. 1 и 2 представлены расчетные схемы сил и моментов, действующих на балансирную тележку с тандемными колесами при движении по горизонтальной ровной поверхности. На основании уравнений статического равновесия величины R1 и R2 определяются по выражениям: ; . Для варианта балансирных конечных передач крутящий момент М на ведущем элементе не будет равен нулю, в отличие от варианта с мостовым приводом. Как следует из приведенных выражений, под действием тягового усилия Р = Р1 + Р2 и момента сопротивления перекатыванию Mf = Mf1 + Mf2 передние колеса балансирной тележки разгружаются, а задние - догружаются. Для варианта балансирных конечных передач в зависимости от направления момент M на ведущем элементе привода либо уменьшает, либо увеличивает перераспределение опорных реакций (см. рис. 1). Величина этого момента определяется по выражению: , где и - передаточное число и КПД конечной передачи. Из этого уравнения следует, что чем меньше передаточное число конечной передачи, тем больше момент M и тем существеннее его влияние на перераспределение опорных реакций. Разница опорных реакций задних и передних колес (для одного борта) при одинаковом направлении вращения колес и ведущего элемента привода определяется по выражению: . (1) На основании выражения (1) можно сделать вывод, что при и разница уменьшится до нуля. Также может быть достигнуто при и . Таким образом, за счет выбора рациональной схемы балансирной тележки с конечной передачей можно уменьшить перераспределение опорных реакций передних и задних колес, что невозможно при варианте мостового привода тандемных колес. Поделив обе части выражения (1) на Gm и учитывая, что и , получим формулу для определения относительной величины перераспределения весовой нагрузки между передними и задними колесами для балансирной тележки (см. рис. 2): , где - коэффициент использования сцепной массы (при синхронном приводе тандемных колес и движении по ровной поверхности он одинаков для передних и задних колес); - коэффициент сопротивления качению тандемных колес (среднее значение по колесам). Если принять и в зависимости от характеристик поверхности качения шин, из условия обеспечения необходимого зазора между наружными поверхностями тандемных колес, из конструкционных соображений и для обеспечения необходимого дорожного просвета, то возможные пределы изменения составят: . Случай теоретически возможен при . Практически же, особенно для тяжелых колесных машин, . Например, при на опытном образце ТЛК-6: . Более существенное снижение возможно за счет применения в качестве выходной части конечной передачи планетарного редуктора и замыкания его блокирующего элемента (эпицикла или водила) не на корпус конечной передачи, а на раму машины. Расчетная схема сил и моментов для такой передачи показана на рис. 3. В этом случае разница составит: . практически реализуемо, поскольку в данном случае . При этом . Здесь - передаточное число: ведущий элемент привода / планетарный редуктор. при . Поделив обе части этого выражения на Gm, получим формулу для определения минимальной относительной величины перераспределения весовой нагрузки между передними и задними колесами для варианта балансирной тележки, представленного на рис. 3. . Если принять те же диапазоны изменения ; и , то получим . Нижний предел будет обеспечиваться при и . На основе выполненных исследований можно сделать следующие выводы. При стремлении высоты от оси приводной звездочки до уровня земли к величине радиуса колеса , а также при стремлении передаточного числа конечной передачи в балансирной тележке к единице разница опорных реакций уменьшится до нуля. Для более существенного снижения необходимо применение в балансирной тележке планетарного редуктора в качестве выходной части конечной передачи и замыкание его блокирующего элемента (эпицикла или водила) на раму машины. Таким образом, за счет выбора рациональной схемы балансирной тележки с конечной передачей можно уменьшить перераспределение опорных реакций передних и задних колес, что невозможно при варианте мостового привода тандемных колес.