CC BY
46
УДК 630.37:001.891 В.А. Лабзин, В.Н. Невзоров, В.Н. Холопов
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СЦЕПНОГО УСТРОЙСТВА СОЧЛЕНЕННОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ
Определены требования к сцепному устройству сочлененной гусеничной машины, разработано сцепное устройство с поперечным стержнем и двумя вертикальными шарнирами, обладающими пятью степенями свободы.
Получены аналитические выражения относительных радиусов поворота для передней и задней тележек. Определено, что относительный радиус поворота тележек машины с поперечным стержнем в сцепном устройстве меньше, чем у машины с симметричным устройством, с одним вертикальным шарниром.
Для обеспечения необходимой устойчивости против опрокидования разработаны системы автоматической блокировки горизонтальных продольных шарниров сцепного устройства.
Сочлененная гусеничная машина (СМГ) как базовое шасси соответствует принципам формирования систем машин для организации комплексных технологических процессов в лесном и сельскохозяйственном комплексах. Возможные схемы исполнения СМГ приведены в таблице 1.
Таблица 1
Основные компоновочные схемы тележек СМГ
Передняя тележка Задняя тележка
МТБ МТБ
МТБ ТО
ТО МТБ
МТБ+ТО МТБ+ТО
МТБ+ТУ ТУ
ТУ МТБ+ТУ
МТБ+ТУ МТБ
Примечание: МТБ - моторно-транссмисионный блок; ТО - технологическое оборудование; ТУ -транспортное устройство.
СГМ обладает более высокими эксплуатационными свойствами по сравнению с двухгусеничной, однако имеет худшую маневренность. Маневренность же является одним из важнейших эксплуатационных свойств машины. Одним из оценочных показателей маневренности является минимальный радиус поворота, который зависит от максимального угла между продольными осями тележек сочлененной машины и от ее длины. На длину же сочлененной машины существенное влияние оказывает длина сцепного устройства, от которого зависит и максимальный угол складывания тележек.
При работе СМГ возникает необходимость преодоления неровностей и препятствий, в результате которой тележки сочлененной гусеничной машины должны иметь возможность поворачиваться друг относительно друга в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
Таким образом, требования к сочлененному устройству можно сформулировать следующим образом.
Сцепное устройство сочлененной гусеничной машины должно обеспечивать:
-минимальное расстояние между тележками при прямолинейном направлении движения;
-угол между продольными осями тележек до 90° и более при повороте;
- изменение угла между поперечными и вертикальными осями тележек при преодолении машиной неровностей и препятствий.
Решение поставленной задачи привело к разработке сцепного устройства с поперечным стержнем, с двумя вертикальными шарнирами, обладающего пятью степенями свободы [1].
Сцепное устройство содержит симметрично расположенный поперечный стержень 1 (рис. 1), соединенный шарнирами 2, имеющими вертикальные оси с продольными элементами (дышлами тележек), которые шарнирами 4 с горизонтальными продольными осями связаны с соответствующими опорными элементами 5. Шарниры 4 с горизонтальными продольными осями расположены кососимметрично по обе стороны от продольной оси лесной машины. Опорные элементы 5 прикреплены к соответствующим рамам 6 передней и задней тележек машины при помощи шарниров 1 с горизонтальными поперечными осями. Между поперечным стержнем 1 и продольными элементами 3 (дышлами тележек) установлены гидроцилиндры 8, а между опорными элементами 5 и рамами 6 - гидроцилиндры 9.
Рис. 1. Схема сцепного устройства с поперечным стержнем
Конструктивное исполнение поперечного стержня позволяет тележкам сочлененной машины совершать криволинейное движение, преодолевать препятствие, двигаться со смещением друг относительно друга, что расширяет возможности для маневра и проходимости и уменьшает воздействие на опорную поверхность (рис. 2, 3).
Криволинейное движения сочлененной машины обеспечивается взаимным положением тележек, их размерами и кинематикой сцепного устройства [2]. Эти показатели являются основными при определении радиусов поворота машины (рис. 4).
На основании анализа кинематики поворота СМГ при условии, что углы поворота поперечного стержня относительно передней и задней тележек заданы, а смещения полюсов поворота передней и задней тележек известны, получены нижеследующие аналитические выражения.
Выразим расстояние от центра поворота тележек до шарниров С1, С2 зависимостью (рис. 4)
Х1 С Хг Хд = ^ + Хд
где 1, I - соответственно расстояние от шарниров , Й2 сцепного устройства до поперечной оси симметрии передней, задней тележек; , % - соответственно смещение полюса поворота передней,
задней тележек.
Обозначим
X. =1л±Ж. о =1* + Х* 7 =&- 7 Ь = -1 В ' д А 1 А ? А ' В'
я V
где Ь - ширина гусениц, В - колея машины (принимаем - колея передней и задней тележек равны), Ь , Ь - соответственно длины передней и задней тележек.
I я
в г
Рис. 2. Схемы преодоления СМГ неровности и препятствия (обозначения см. рис. 1): а - преодоление неровности; б, в, г - фазы преодоления препятствия
I
*
Рис. 3. Варианты движения СМГ (вид сверху): а, б - прямолинейное
а
б
движение; в, г - криволинейное движение
Тогда
ñ 0¡ cos^r¿ -ас j- Ос 7 r • , ж "> АСП
Rr = ———¿-----------у +I„ó[smatctg4ft-afjrcosat +0,5], (1)
Sin Ц?,. ~ад^
Ъ <3ccos^¿ -ас J- О, т г • -¡-d, псп ™
К = —2——2----------------------------------------------------------------------• + L [smagctS 1fr ~а j-cosa -0,5], (2)
sin ц?г ~af^
где af - угол поворота поперечного стержня относительно поперечной оси передней тележки; ас - угол поворота поперечного стержня относительно поперечной оси задней тележки.
Построенный на основании уравнения (1) график (рис. 5) показывает, что относительный радиус поворота тележки машины с поперечным стержнем в сцепном устройстве меньше, чем у машины с симметричным сцепным устройством с одним вертикальным шарниром.
Таким образом СМГ, оборудованная сцепным устройством в виде поперечного стержня, обладает следующими свойствами:
- при повороте не имеет ограничения по углу складывания из условия касания гусениц передней и задней тележек;
- способна двигаться и совершать маневр с боковым смещением тележек, при котором след гусениц не совпадает;
- имеет высокую геометрическую и профильную проходимость, что позволяет уменьшить число поворотов и, следовательно, воздействие на почву;
- с увеличением длины поперечного стержня до величины, соответствующей габаритной ширине машины по гусеницам, относительный радиус поворота уменьшается. Минимальный радиус поворота при равенстве угла между поперечным стержнем и поперечной осью тележки максимальному углу складывания тележек, равному 900, составляет 1,55 колеи машины (минимальный радиус поворота двухгусеничной машины при торможении одной гусеницы равен 0,5 колеи машины). Нужно отметить, что сочлененная машина с длиной поперечного стержня, равной габаритной ширине машины по гусеницам, допускает угол между поперечным стержнем и поперечной осью тележки, больший, чем 900, при этом радиус поворота тележки будет меньше, чем 1,55 колеи машины.
Рис. 5. Зависимость относительного радиуса поворота моторной тележки от относительной длины 1~д поперечного стержня, угла аї между поперечной осью тележки и стержнем и максимального угла Да складывания тележек при а =0, ^¡. =0, Ъ = 0,2, Кь -1,5, Ь -1
Сцепное устройство с поперечным стержнем, как и симметричное сцепное устройство, при больших углах складывания тележек не обеспечивает необходимую устойчивость против опрокидывания из-за наличия горизонтальных продольных шарниров. Особенно это касается сочлененных колесных машин. Для исключения этого недостатка разработаны устройства автоматической блокировки этих шарниров.
Соединительное устройство для полурам сочлененной машины [3] с блокировкой горизонтального продольного шарнира (рис. 6) содержит гидроцилиндр 1, корпус которого шарнирно связан с полурамой 2, а шток 3 - с промежуточным элементом 4, соединенным горизонтальным шарниром 5 с полурамой 2 и вертикальным шарниром 6 - с полурамой 7 На промежуточном элементе 4 перпендикулярно продольной оси транспортного средства закреплены направляющие 8 и 9, на которых соответственно на расстояниях гі и Г2 от оси вертикального шарнира 6 установлены ползуны 10 и 11 с возможностью их фиксации на направляющих. Ползун 10 шарнирно связан через стержень 12 с толкателем 13, который установлен в направляющей 14, закрепленной на полураме 7. Ползун 11 шарнирно связан через стержень 15 с толкателем 16, который установлен в направляющей 17, также закрепленной на полураме 7. К толкателям 13 и 16 с помощью пружины 18, связанной с полурамой 7, прижат элемент 19, который через винтовую пару 20 соединен с подвижным упором 21 управляемого напорного клапана 22, а через винтовую пару 23 - с подвижным упором 24 управляемого напорного клапана 25. Между подвижным упором 21 и запорно-регулирующим органом напорного клапана 22 установлена пружина 26, причем между подвижным упором 21 и пружиной 26 имеется зазор §1. Между подвижным упором 24 и запорно-регулирующим органом напорного клапана 25 установлена пружина 27, причем между подвижным упором 24 и пружиной 27 имеется зазор §2.
Напорный клапан 22 разветвляющейся гидролинией 28 гидравлически соединен со штоковой полостью гидроцилиндра 1 и с обратным клапаном 29. Напорный клапан 25 разветвляющейся гидролинией 30 соединен с поршневой полостью гидроцилндра 1 и с обратным клапаном 31. Напорные клапаны 29 и 31 соединены с гидробаком 32 соответственно гидролиниями 35 и 36.
Более простое сцепное устройство полурам сочлененного транспортного средства с блокировкой горизонтального продольного шарнира [4] (рис. 7) содержит вал 1, связанный горизонтальным шарниром 2 с задней полурамой 3 и вертикальным шарниром 4 с передней полурамой 5. На шлицевой части вала 1 размещена подвижная муфта 6, управляемая упором 7, установленным в каретке 8.
4 6 7
Рис. 6. Схема соединительного устройства для полурам сочлененного транспортного средства
11 8 9 7 10 12 18 17 16
Рис. 7. Схема сцепного устройства полурам сочлененного транспортного средства
Упор 7 взаимодействует с двумя пружинами 9 и 10, между которыми он установлен в каретке 8. Каретка 8 шарнирно соединена с тягой 11, шарнирно связанной с полурамой 5. Подвижная муфта 6 на корпусе 12 имеет две выемки 13 и 14, в которые входит фиксатор 15, установленный в корпусе 16 и поджатый пру-
жиной 17. Корпус 16 жестко соединен с валом 1, а пружина 17, расположенная в корпусе 16, сжата регулировочным винтом 18.
Блокировка горизонтальных продольных шарниров в описанных устройствах происходит только при повороте машины и не происходит при прямолинейном движении, причем степень блокировки зависит от угла складывания тележек.
Литература
1. А.с.1532415 СССР, МКИ5 В 62 D 53/02. Сцепное устройство сочлененного транспортного средства / В.А. Лабзин, В.Н. Холопов. Опубл. в БИ 1989. № 48.
2. Фаробин, Я.Е. Теория поворота транспортных машин / Я.В. Фаробин. - М.: Машиностроение, 1973. -520 с.
3. А.с. №1772036 СССР, МКИ5 В 62 D 53/04. Соединительное устройство для полурам сочлененного транспортного средства / В.Н. Холопов, Г.Г. Ворожейкин, В.Н. Невзоров (Россия). № 4896038; заяв. 26.12.90; опубл. 30.10.92, бюл. № 40.
4. А.с. №1698119 СССР, МКИ5 В 62 D 53/04. Сцепное устройство полурам сочлененного транспортного средства / В.Н. Холопов, Г.Г. Ворожейкин, В.Н. Невзоров, В.А. Лабзин (Россия). №4780306/11; заяв. 09.01.90; опубл. 15.12.91, бюл. № 46.
УДК 630.37:001.891 В.А. Лабзин, В.Н. Невзоров, В.Н. Холопов
АНАЛИЗ КРИВОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ СОЧЛЕНЕННОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ
В статье выполнен анализ математической модели сочленений гусеничной машины с поперечным стержнем в сцепном устройстве и активными тележками.
Схема криволинейного движения сочлененной гусеничной машины (СМГ) с поперечным стержнем в сцепном устройстве и активными тележками представлена на рисунке 1.
Относительный радиус поворота передней тележки R¡ при движении вперед с поворотом направо определяется зависимостью
Rí - С05^у—a,) + X, + - ^^а ctgi^a -at) + cosorf -0,5]. (1)
sin(orf -af)
Относительный радиус поворота задней тележки Rg при движении вперед с поворотом направо определяется
— X(cos(ac-ar) + Xr 7 г • w ч псп ™
Rt =-----------2---- ------+ 1,ю [sin a ctg (a -ar)~ cos a + 0,5], (2)
sin (a -ar)
л 7? =5l- 7.. =!*l- / =L 1 =L-
' B’ f в ’ no B’ ' B’ f B’
ГДе 7 7
X h±Xt_ x ÍslIZsl .
в в
Анализ приведенных уравнений, определяющих параметры поворота сочлененной гусеничной машины с поперечным стержнем, был выполнен с использованием отсеивающего и вычислительного экспериментов.
