Устойчивость мобильных машин к опрокидыванию

Устойчивость мобильной машины - это способность сохранять им задан­ное положение или движение без опрокидывания, сползания и заноса.

Потеря устойчивости происходит при передвижении с недопустимым по­перечным или продольным уклоном, под воздействием центробежных сил и других возмущающих сил на поворотах и при заносах.

Обеспечение надежной поперечной и продольной устойчивости тракторов, особенно колесных, является важнейшим условием их безаварийной и безопас­ной работы. Добиться ее можно различными путями.

Поперечная устойчивость трактора обеспечивается в том случае, если

удерживающий момент силы G—cosa будет больше опрокидывающего момен­та силы G h₄sma, т. е. [35]

G-h_n -sma<G — cosa, (10.6)

где G - вес трактора, агрегата, Н; h_u - высота центра тяжести, м; В - ширина колеи трактора, м; а - статический угол поперечного наклона пути, град (рис. 10.3);

Рис. 10.3. Схема составляющих сил массы трактора на уклоне Трактор будет в состоянии устойчивости при соблюдении условия [11]

В В

tg<----- или а< arete —

2\ ^& 2Л

(10.7)

Поперечная устойчивость возрастает с увеличением ширины колеи колес и уменьшением высоты центра тяжести.

Предельные углы наклона, при котором машина стоит, не опрокидываясь и не сползая, в зависимости от ширины колеи колес равны: для тракторов с че­тырьмя колесами а = 40 - 50°; для тракторов трехколесного типа а = 30 - 35°; для грузовых автомобилей а = 35°; для легковых автомобиле а > 45°.

Статический угол поперечного уклона, при котором может произойти сползание трактора или автомобиля, может быть определен из выражения

tga =

(10.8)

где ср- коэффициент сцепления движителей с почвой (табл. 10.1, 10.2).

Поперечная устойчивость трактора уменьшается при его работе с навес­ным орудием в транспортном положении, особенно при недостаточной жестко­сти механизма навески и чрезмерном раскачивании навесной машины, а также при работе с прицепом.

Таблица 10.1 - Коэффициенты сопротивления качению (f) и коэффициенты сцепления (ср) движителей тракторов с почвой

Таблица 10.2 - Коэффициенты сопротивления качению (f) и коэффициенты сцепления (ср) шин автомобилей с почвой

Поперечная устойчивость снижается также от толчков колес о выемки, вы­боины, кочки и другие неровности пути, при сплющивании скатов, проседании фунта и т. д. Поэтому угол, определяющий динамическую устойчивость меньше угла статической устойчивости

а_д = (0,4.0,6) а

(10.9)

Поперечное опрокидывание и скольжение могут произойти при движении трактора на повороте под воздействием центробежных сил.

Устойчивость против опрокидывания трактора на повороте, учитывающая влияние центробежной силы масс трактора при движении по кривой на гори­зонтальном участке дороги, называется динамической устойчивостью.

Оценкой устойчивости на повороте является критическая скорость, кото­рая должна быть выше транспортной скорости трактора для минимальных за­круглений дорог. Рассмотрим случай, когда путь передвижения не имеет попе­речного уклона, движение равномерное и угол поворота постоянный. При по­вороте центробежная сила, которая может вызвать опрокидывание или занос, определится по формуле

Р_ц=^- (Ю.10)

где 3 - скорость движения трактора, м/с; g — ускорение силы тяжести, м/c R - радиус поворота, м.

С увеличением скорости и уменьшением радиуса поворота опасность оп­рокидывания увеличивается. Начало опрокидывания определяют из равенства моментов около ребер опор колес

(10.11)

Отсюда определяют критическую скорость, при которой будет опрокиды­ваться трактор при данном радиусе кривизны поворота

з =

^кр

2h

(10.12)

где В - ширина колеи трактора, м; h_H — высота центра тяжести, м.

Начало бокового скольжения может возникнуть, когда

Р_ц = Gq>'

(10.13)

где ср' - коэффициент сцепления движителей с почвой при скольжении (табл. 10.3).

Таблица 10.3 - Значения коэффициентов сцепления тракторных движителей с почвой при чистом качении (ср) и при скольжении (ср¹)

Из формул (10.10) и (10.11) определяют скорость, при которой начнется боковое скольжение (занос)

^'-R-g (10.14)

Сопоставляя уравнения (12) и (14), определяют коэффициент сцепления

В

ч

(10.15)

Если <р'< B, то боковое скольжение (занос) будет предшествовать попе-

ч

речному опрокидыванию. Но в этом случае, если поперечное скольжение резко прекращается при наезде трактора на препятствие (выступ, выемки и т. д.), воз­никает опасность опрокидывания.

Если же ср'> B то трактор на скорости опрокинется без скольжения.

2/г,

Тракторы, работающие на пересеченной местности, оборудуют приспособ­лениями, сигнализирующими о предельных углах крена (креномерами) и обес­печивающими безопасность (рис. 10.4) [40].

а - креномер (1 - верхнее стекло со шкалой; 2 - сфера; 3 - стальной шарик; 4 - глицерин);

б — схема механизма выравнивания СШ-15Г (1 - насос; 2 - маятник; 5 -золотник;

6 - гидроцилиндр; 7 - клапан; 8 - шток; 9 - кулисный рычаг; 10 - параллелограмм;

11 - боковое колесо)

Рис. 10.4. Устройства, обеспечивающие безопасную работу на склонах

Увеличить поперечную устойчивость трактора, и тем самым обеспечить безопасные условия работы для тракториста, можно путем перестановки колес на более широкую колею (табл. 10.3).

Пример 10.1. Определите теоретическую скорость, при которой может произойти занос трактора при движении по ровной укатанной грунтовой дороге на повороте с радиусом закругления 10м, коэффициент бокового сцепления шин с фунтом 0,5.

Решение. Скорость, при которой может произойти занос, определим по формуле (10.14)

3 =

,8 = 7м,с (25 км/ч)

Вывод. Занос на повороте произойдет при скорости 25 км/ч.

Таблица 10.4 - Максимальная ширина колеи тракторов на транспортных работах

Пример 10.2. Определите теоретическую скорость, при которой может произойти опрокидывание трактора МТЗ-80 при движении на повороте дороги с радиусом 8м, при условии, что ширина колеи трактора 1,4м, а высота центра тяжести 1 м.

Решение. Теоретическую скорость опрокидывания найдем по формуле (10.12)

^(27км/ч)

Вывод. Теоретическая скорость опрокидывания - 27 км/ч.

Продольная устойчивость трактора обеспечивается, если удерживающий момент силы Gacos/? будет больше опрокидывающего момента G-h_w-sinfi, т.е.

G-h_w-smfi<G-a-cosP 10.16)

где G - вес трактора, Н;

h - высота центра тяжести, м;

а - расстояние от задней оси трактора до вертикали, проходящей через центр тяжести, м;

Р - угол подъема, град (рис. 10.5).

Рис. 10.5. Схема для определения продольной устойчивости

При подъеме трактор будет находиться в состоянии устойчивости, если соблюдается условие

tgj3<— или /3<arctg— (10.17)

К \

На уклоне, подобно предыдущей зависимости, будем иметь

tgfr < ^- или 0_г < arctg—^- (10.18)

К \

где L - база трактора, м; Р - угол уклона, град;

Продольная устойчивость возрастает с увеличением базы и уменьшением высоты центра тяжести.

Предельные углы продольной устойчивости для трактора «Беларусь» бу­дут на подъеме 44°, на уклоне - около 52°. Если при подъеме производится рез­кое строгание с места, а при спуске - резкое торможение, то эти углы будут значительно меньше.