Determination of rational parameters of bogies in order to decrease negative reaction torques on frame

Abstract

Some features of bogies of different designs are considered. Recommendations for their configuration in order to equalize the support reactions of forward and backward pairs of tandem wheels are given.

Full Text

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.