Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Продольная и поперечная устойчивость машины против опрокидывания

07.10.2014


Устойчивость машины против опрокидывания характеризует ее способность сохранять заданное положение в процессе движения по уклону. Устойчивость движения является одним из основных свойств машины, характеризующих их эффективность и безопасность работы.
Различают оси бокового и продольного опрокидывания. Конфигурация опорных контуров машин зависит от типа и конструктивных особенностей ходовых систем. На рис. 16.9 показаны схемы опорных контуров машин с постоянной и переменной структурами опорных контуров. К машинам с постоянной структурой опорных контуров можно условно отнести колесные машины с жесткой рамой и жестким креплением небалансирных мостов и гусеничные машины с индивидуальной подвеской. На самом деле из-за деформации шин и упругих элементов подвески машин с постоянной структурой опорного контура практически нет. Переменные структуры опорных контуров характерны для колесных машин с шарнирно-сочлененной рамой, колесных машин с жесткой рамой и балансирной подвеской мостов, гусеничных машин с балансирной подвеской опорных катков.
Постоянные опорные контуры колесных машин (рис. 16.9а) образуются осями продольного и поперечного опрокидывания, проходящими через центры отпечатков на грунте передних и задних колес, у гусеничных машин — линиями опорных кромок гусениц. На рис. 16.96 показаны опорные контуры машины с двухсекционной шарнирно-сочлененной рамой. Соединение секций осуществляется двумя шарнирами, один из которых имеет вертикальную ось и позволяет «складываться» машине в плане на угол φ, а шарнир с горизонтальной осью допускает поперечное качание балансирной секции. В таких машинах условно различают балансирную часть — несущую ось горизонтального шарнира и небалансирную — несущую корпус этого шарнира. Первичный опорный контур балансирной части машины представляет собой равнобедренный треугольник БСГ с вершиной в точке пересечения продолжение оси балансира с вертикальной плоскостью, проходящей через ось небалансирного моста и с основанием, проходящим через центры отпечатков колес балансирной части на опорной поверхности. Первичный опорный контур небалансирной части машины представляет собой неправильный треугольник АБО с вершиной в точке пересечения оси балансира с вертикальной плоскостью, проходящей через ось моста балансирной части и с основанием, проходящим через центры отпечатки колес небалансирной части на опорной поверхности.
В процессе опрокидывания после блокировки балансирных устройств балансирная и небалансирная части машины поворачиваются как одно целое относительно осей, образующих вторичный опорный контур. Оси опрокидывания этого контура проходят через центры отпечатков передних и задних колес машин с опорной поверхностью.
Продольная и поперечная устойчивость машины против опрокидывания

У колесных двухосных машин с жесткой рамой и балансирной подвеской моста первичные опорные контуры частей машины имеют формы равнобедренных треугольников. После блокировки балансирного устройства образуется второй опорный контур, оси опрокидывания которого проходят через середины отпечатков колес машины на опорной поверхности. Если равнодействующая всех внешних сил, действующих на машину, пересекает опорную поверхность в зоне опорного контура, то устойчивость обеспечена.
При движении лесных машин по пересеченной местности на грунтах с низкой несущей способностью опасность, как правило, составляет не возможность опрокидывания в продольной или поперечной плоскостях, а сползание по ним. Если рассмотреть схему нагружения полноприводной машины только за счет собственного веса (рис. 16.10), то нетрудно убедиться, что устойчивость к сползанию определяется только сцепными свойствами движителя с грунтом:
Продольная и поперечная устойчивость машины против опрокидывания

тогда tg α ≤ φ.
Сила сцепления заторможенных колес с грунтом:
Рт = φGсц.

Эта же зависимость действительна при сползании в поперечной плоскости.
Продольная и поперечная устойчивость машины против опрокидывания

Одним из условий нарушения продольной устойчивости является отрыв колес переднего или заднего мостов от поверхности движения (Z1 = 0 или Z2 = 0, где Z1 и Z2 — нормальные реакции грунта на колеса передней и соответственно задней оси). На основании схемы сил (рис. 16.11) запишем в общем виде условие потери продольной устойчивости колесной машины при ее движении на подъем с разгоном. Общим методом при этом, независимо от того, в какой плоскости (продольной или поперечной) решается задача, является отыскание возможной оси опрокидывания и составление уравнения моментов сил опрокидывающих и стабилизирующих машину относительно этой оси. Тогда, полагая Z1 = O (условие отрыва передних колес) и приняв за ось опрокидывания линию контакта задних колес с грунтом, запишем:
Продольная и поперечная устойчивость машины против опрокидывания

где hw — плечо равнодействующей сил лобового сопротивления воздуха; hкр — высота точки приложения силы Pкр; Pj — сила инерции поступательно движущейся массы машины; Mjк — инерционный момент колес машины; h — высота центра масс машины.
Полученное соотношение позволяет для различных условий движения определять предельные углы подъема значения критических сил, ускорений и геометрических параметров машины, при которых у нее начнется продольное опрокидывание. Величины, входящие в уравнение (16.35), являются слагаемыми тягового баланса и не могут безгранично увеличиваться, так как связаны с предельными значениями касательной силы тяги по двигателю и по сцеплению с грунтом. Предельный угол подъема α max (рис. 16.10), на котором колесная машина может стоять с заторможенными колесами, не опрокидываясь, можно получить из уравнения (16.35), для этого случая его можно преобразовать так:
Ga cos α - Gah sin φ = 0,

откуда:
Продольная и поперечная устойчивость машины против опрокидывания

Для предельного уклона, по аналогии имеем:
Продольная и поперечная устойчивость машины против опрокидывания

Следовательно, предельные углы подъема и спуска определяются соотношением трех величин: базы машины L, вертикальной координаты центра масс h и ее продольной координатой а.
Продольную устойчивость гусеничных машин принято оценивать величиной X — смещением центра давления гусеницы на грунт (рис. 16.12). При неподвижном тракторе, находящемся на горизонтальной площадке, под воздействием силы собственного веса центр давления О находится в точке пересечения линии действия силы Ga и опорной поверхности. Под воздействием внешних сил и моментов при движении трактора равнодействующая нормальных реакций грунта Z смещается вперед или к корме трактора.
Продольная и поперечная устойчивость машины против опрокидывания

Чем больше величина момента, стремящегося повернуть машину вокруг кромки гусеницы (точка С), или оси крайнего катка (при жесткой, небалансирной подвеске), тем больше будет X — смещение центра давления. Величина X может быть легко найдена из уравнения моментов всех сил относительно передней или задней кромки опорной поверхности гусениц. Из схемы (рис. 16.12) аналогично выражению (16.35) можно найти соотношение опрокидывающих и стабилизирующих моментов и определить предельный угол подъема или спуска. Для лесных машин опасность опрокидывания в поперечном направлении значительно больше, чем в продольном. Это объясняется высокими значениями клиренса, расположением на машине технологического оборудования и груза при сравнительно невысоких величинах ширины колеи В. Анализ поперечной устойчивости проводится в той же последовательности, что и продольной. На схеме машины (рис. 16.13) определяется воображаемая ось опрокидывания (точка Oп), наносятся все внешние силы, действующие на машину в поперечной плоскости, и находится соотношение их моментов, пытающихся опрокинуть машину или удержать ее в заданном положении. Из рассматриваемой схемы, считая, что опрокидывание наступает при Zл = 0, находим:
Продольная и поперечная устойчивость машины против опрокидывания

Тогда предельный угол боковой устойчивости:
Продольная и поперечная устойчивость машины против опрокидывания

т. е. устойчивость машины в поперечной плоскости определяется соотношением ширины колеи и высоты центра масс. На слабых грунтах сползание может начаться раньше опрокидывания. Аналогично (16.34) находим:
tg βсц ≤ φ,

где Pсц — угол поперечной устойчивости по сцеплению с грунтом. Коэффициент сцепления φ принимаем условно одинаковым в продольном и поперечном направлении.
Для лесных машин, движущихся на высоких скоростях (колесные трелевочные тракторы и автопоезда), наибольшее влияние на боковую устойчивость при повороте может оказать центробежная сила инерции:
Продольная и поперечная устойчивость машины против опрокидывания

где ωa — угловая скорость вращения машины вокруг центра поворота; R — радиус поворота; v — скорость центра масс машины в повороте.
Исследованиями доказано, что при больших запасах статистической устойчивости динамические нагрузки не оказывают существенного влияния на устойчивость машин.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: