Технологические особенности пневматического движителя колесных машин сельскохозяйственного назначения

Пневматические шины и колеса являются весьма ответственной и дорогостоящей частью колесной машины. Достаточно сказать, что у таких машин, как тракторы К-700, К-701, Т-150К, стоимость комплекта шин составляет 25…30 % стоимости самой машины. Примерно такие же показатели наблюдаются у зерно- и кормоуборочных комбайнов, мелиоративной и дорожно-строительной мобильной техники.

Тенденция к увеличению тягово-сцепных свойств колесных машин через совершенствование трансмиссии и повышение мощности двигателя включает и такой существенный фактор, как оптимизация конструкции колес и шин, что позволяет значительно расширить сферу использования колесных машин и в промышленности, и в сельском хозяйстве.

Пневматические колеса могут выполнять функцию ведущих и ведомых.

Ведущее колесо дополнительно играет роль движителя, с помощью которого мобильный объект передвигается путем передачи на этот движитель (обычно через трансмиссию) крутящего момента от силовой установки. В случае, если колесо изменяет направление движения машины, оно выполняет функцию ведомого (управляемого). Чаще всего ведущими колесами являются задние, хотя достаточно распространены компоновки с передними ведущими колесами. На многих технологических машинах (например, на зерноуборочных комбайнах) ведущими являются передние колеса, хотя это не всегда выгодно и экономично.

Однако в силу технологических требований и требований рационального привода рабочих органов для большей части комбинированных технологических машин (кормоуборочных комбайнов, сенокосилок и др.) неизбежно переднее расположение ведущих колес, обеспечивающих распределение массы элементов самой машины (жатка, двигатель, главные элементы трансмиссии и т.д.) и технологической нагрузки (бункер с зерном, режущий аппарат и т.п.).

Основной вес машины и продукта приходится на передние ведущие колеса, поэтому они не могут быть управляемыми для изменения направления движения машины.

На полноприводных колесных машинах в качестве ведущих используются все колеса. При этом пневматическая шина непосредственно контактирует с несущей поверхностью. Основным назначением пневматических шин является:

- создание плавности хода колесной машины;

- обеспечение необходимого сцепления с опорной поверхностью как в продольном, так и в боковом направлении;

- снижение шумности движения.

Шины классифицируются по назначению, способу герметизации и величине внутреннего давления воздуха. Шины для тракторов и сельскохозяйственных машин подразделяются на шины ведущих колес, направляющих колес и несущих колес.

В сельскохозяйственном производстве тракторы, зерно- и кормоуборочные комбайны, мелиоративные и дорожно-строительные машины используются преимущественно с шинами повышенной и высокой проходимости, так как им приходится двигаться от 65 до 95 % времени по поверхностям с малой несущей способностью, которым свойственно деформироваться под действием шины.

Такие шины имеют развитые грунтозацепы и расчлененный рисунок протектора, способный самоочищаться. Это одно из важнейших условий выполнения шиной заданных функций (проходимости, реализации тяговых свойств колесной машины и т.д.). Однако относительно большое удельное давление под грунтозацепами приводит в определенных условиях к сильному локальному уплотнению почвы, срыву верхнего слоя, образованию колеи, выбоин и др., что, как правило, заканчивается эрозией почвы и экологическим дисбалансом. На дорогах с высокой несущей способностью шины повышенной и высокой проходимости неэффективны с точки зрения их экономичности, так как на гистерезисные потери в них (радиальная деформация шин) затрачивается 10…35 % мощности двигателя. Снижение давления в шинах до допустимых пределов еще больше увеличивает затраты мощности двигателя на деформацию шин в радиальном и тангенциальном отношении, преждевременно выводит их из строя.

Основная масса грузовых и специальных автомобилей оборудована шинами с универсальным рисунком протектора, представляющим собой «компромиссный вариант» пневматического движителя. Однако эффективность работы этого движителя ограничена довольно узкими возможностями его использования. Размытые полевые и грунтовые дороги и бездорожье, снежные заносы, заболоченные участки с дерновым покровом могут представлять для таких шин непреодолимую преграду, и машина полностью прекращает движение или ее скорость становится относительно небольшой вследствие интенсивного буксования. В таких условиях шины с универсальным рисунком протектора забиваются («засаливаются») грунтом и эффективность их работы снижается до минимума.

В условиях поля шины технологических машин не должны разрушать или уплотнять верхний слой почвы. Для реализации тяговых свойств и проходимости шина должна самоочищаться при взаимодействии ее с грунтом.

3.4.4. Дифференциалы колесных машин сельскохозяйственного
назначения

В трансмиссию зерно- и кормоуборочных комбайнов введены простые шестеренчатые дифференциалы, которые в условиях плохих дорог и бездорожья являются причиной снижения производительности этих машин, ухудшения их проходимости и приводят к технологическим отказам вследствие буксования ведущих колес. Однако 15 % колесных тракторов, мелиоративных и дорожно-строительных машин также снабжены простым шестеренчатым дифференциалом, который проявляет положительные свойства лишь в условиях сухих и твердых дорог. В условиях же дорог с малой несущей способностью нередко проявляются его отрицательные качества, что в значительной степени снижает производительность этих машин, ухудшает управляемость, продольную и боковую устойчивость, тормозные качества и экономичность. 95…97 % грузовых, специальных и легковых автомобилей оборудованы простыми шестеренчатыми дифференциалами, что в условиях плохих дорог и бездорожья также ухудшает их динамические качества, тяговые свойства, проходимость и т.д.

В настоящее время преимущественное распространение получили конические шестеренчатые дифференциалы как более надежные, простые и компактные. Дифференциалы с цилиндрическими шестернями менее распространены. Но все дифференциалы работают нормально только до тех пор, пока сцепление колес с дорогой превышает силы сопротивления движению. Если же ведущие колеса работают на покрытиях с различным коэффициентом сцепления (или одно из колес моста вывешено), то наличие дифференциала оказывает отрицательное воздействие на передвижение машины. Машина останавливается или движется медленнее, с пробуксовкой, так как ее тяговые свойства определяются сцеплением того колеса, которое контактирует с худшим покрытием.

Чтобы в этих условиях повысить тяговое усилие колесной машины, нужно заблокировать дифференциал и тем самым ликвидировать или уменьшить разницу в угловых скоростях полуосей. Чаще всего на скользкий участок попадает одно колесо, а другое находится на участке с более высоким коэффициентом сцепления. Если при таком положении машины заблокировать полуоси (чтобы ведущие колеса работали как соединенные жесткой связью), то тяговое усилие будет увеличено за счет силы сцепления колеса, находящегося в более благоприятных условиях.

Проблема блокирования возникла с появлением дифференциала.

Полная или частичная блокировка может быть достигнута при помощи специальных механизмов, установленных в дополнение к обычному дифференциалу или вместо него.

Механизмы блокирования дифференциала можно разделить на две группы, различающиеся способом и эффективностью блокирования: механизмы с полной блокировкой и механизмы с частичной блокировкой.

Наиболее экономичными и перспективными механизмами для мобильных колесных машин сельскохозяйственного назначения являются автоматические механизмы с полной блокировкой, в обычных условиях не ухудшающие свойства простого шестеренчатого дифференциала.