Qual è il raggio statico di uno pneumatico? Raggi di rotolamento delle ruote. Quali pneumatici possono essere installati e quali no

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In generale, la ruota di un'auto è costituita da un cerchio rigido, fianchi elastici e un'impronta di contatto. Il segno di contatto del pneumatico rappresenta gli elementi del pneumatico in contatto con la superficie di supporto nel momento in questione. La sua forma e dimensioni dipendono dal tipo di pneumatico, dal carico sul pneumatico, dalla pressione dell'aria, dalle proprietà di deformazione della superficie di supporto e dal suo profilo.

A seconda del rapporto tra le deformazioni della ruota e della superficie di appoggio, sono possibili i seguenti tipi di movimento:

Ruota elastica su fondo indeformabile (movimento della ruota su fondo stradale duro);

Una ruota rigida su una superficie deformabile (movimento della ruota su neve a debole coesione);

Una ruota deformabile su una superficie deformabile (movimento della ruota su terreno deformabile, neve a debole coesione con pressione atmosferica ridotta).

A seconda della traiettoria sono possibili movimenti rettilinei e curvilinei. Si noti che la resistenza al movimento curvilineo supera la resistenza al movimento rettilineo. Ciò è particolarmente vero per i veicoli a tre assi con carrello posteriore bilanciato. Pertanto, quando un veicolo a tre assi si muove lungo una traiettoria con un raggio minimo su una strada con un elevato coefficiente di aderenza, rimangono i segni dei pneumatici, dal tubo di scarico esce fumo nero e il consumo di carburante aumenta notevolmente. Tutto ciò è conseguenza dell'aumento della resistenza al movimento curvilineo più volte rispetto al movimento rettilineo.

Di seguito consideriamo i raggi di una ruota elastica per un caso particolare - con movimento rettilineo della ruota su un piano di appoggio indeformabile.

I raggi di una ruota di un'auto sono quattro:

1) gratuito; 2) statico; 3) dinamico; 4) raggio di rotolamento della ruota.

Raggio della ruota libera - caratterizza la dimensione della ruota senza carico alla pressione nominale dell'aria nel pneumatico. Questo raggio è pari alla metà del diametro esterno della ruota

r c = 0,5 Dn ,

Dove rc– raggio libero della ruota in m;

D n– diametro esterno della ruota in m, determinato sperimentalmente in assenza di contatto della ruota con la strada e alla pressione nominale dell'aria nel pneumatico.

In pratica questo raggio viene utilizzato dal progettista per determinare l'ingombro della vettura, gli spazi tra le ruote e la carrozzeria durante la sua cinematica.

Il raggio statico di una ruota è la distanza dalla superficie di appoggio all'asse di rotazione della ruota in posizione. Determinato sperimentalmente o calcolato utilizzando la formula

r m = 0,5 d + l z H,

Dove r st– raggio statico della ruota in m;

D– diametro di atterraggio del cerchione in m;

lz- coefficiente di deformazione verticale del pneumatico. Accettato per pneumatici toroidali l z =0,85...0,87; per pneumatici a pressione regolabile lz=0,8…0,85;

H – altezza del profilo del pneumatico in m.

Raggio dinamico della ruota r d– la distanza dal piano di appoggio all'asse di rotazione della ruota durante il movimento. Si presume che la ruota si muova su una superficie di appoggio dura a bassa velocità in modalità guidata

r st » r d .

Il raggio di rotolamento della ruota rk è la traiettoria percorsa dal centro della ruota quando gira di un radiante. Determinato dalla formula

r a = ,

Dove S– la distanza percorsa dalla ruota per giro in m;

2p è il numero di radianti in una rivoluzione.

Quando una ruota rotola, può essere soggetta a coppia M cr e freno M t momenti. In questo caso, la coppia riduce il raggio di rotolamento e il momento frenante lo aumenta.

Quando la ruota si muove in sbandata, quando c'è traiettoria e non c'è rotazione della ruota, il raggio di rotolamento tende all'infinito. Se si verifica uno scivolamento sul posto, il raggio di rotolamento è zero. Di conseguenza, il raggio di rotolamento della ruota varia da zero a infinito.

La dipendenza sperimentale del raggio di rotolamento dai momenti applicati è presentata in Fig. 3.1. Evidenziamo cinque punti caratteristici sul grafico: 1,2,3,4,5.

Punto 1 – corrisponde al movimento di slittamento della ruota quando viene applicata la coppia frenante. Il raggio di rotolamento in questo punto tende all'infinito. Il punto 5 corrisponde allo slittamento della ruota quando viene applicata la coppia. Il raggio di rotolamento a questo punto si avvicina allo zero.

La sezione 2-3-4 è condizionatamente lineare e il punto 3 corrisponde al raggio rko quando la ruota gira in modalità guidata.

Fig.3.1.Dipendenza rk = f(M).

Il raggio di rotolamento della ruota in questa sezione lineare è determinato dalla formula

r k = r k ± l T M,

Dove l t – coefficiente di elasticità tangenziale del pneumatico;

M- momento applicato alla ruota in N.m.

Prendere il segno “+” se alla ruota viene applicata una coppia frenante, e il segno “-” se alla ruota viene applicata una coppia.

Nelle sezioni 1-2 e 4-5 non ci sono dipendenze per determinare il raggio di rotolamento della ruota.

Per comodità di presentazione del materiale, introdurremo ulteriormente il concetto di “raggio della ruota” r a, tenendo presente quanto segue: se vengono determinati i parametri della cinematica dell'auto (percorso, velocità, accelerazione), allora il raggio della ruota si riferisce al raggio di rotolamento della ruota; se vengono determinati i parametri dinamici (forza, momento), allora questo raggio viene inteso come raggio dinamico della ruota r d. Tenendo conto di quanto accettato in futuro, verranno indicati il raggio dinamico e il raggio di rotolamento r a ,

Tutte le forze che agiscono sull'auto dalla strada vengono trasmesse attraverso le ruote. Il raggio di una ruota dotata di pneumatico può variare a seconda del peso del carico, della modalità di guida, della pressione interna dell'aria e dell'usura del battistrada.

Le ruote hanno i seguenti raggi:

1) gratuito; 3) dinamico;

2) statico; 4) cinematico.

Raggio libero(r св) è la distanza dall'asse di una ruota ferma e scarica alla parte più distante del tapis roulant. Per la stessa ruota il valore di Rst dipende solo dal valore della pressione interna dell'aria nel pneumatico.

Il raggio libero della ruota è indicato nelle specifiche tecniche del pneumatico. Se la caratteristica specificata non è presente nei dati di riferimento, il suo valore può essere determinato dalla marcatura del pneumatico.

Raggio statico(dx) - questa è la distanza dal centro di una ruota ferma, caricata solo dalla forza normale, al piano di riferimento. Il valore del raggio statico è inferiore al raggio libero della quantità di deformazione radiale:

r m = r m - h z = r m - R z /С sh, (5.1)

dove h z = R z /С Ш - deformazione radiale (normale) del pneumatico, m;

R z - reazione stradale normale, N;

C w - rigidità radiale (normale) del pneumatico, N/m.

La normale reazione stradale che agisce su una ruota può essere determinata dalla formula:

R z = G O / 2, (5.2)

dove GO è il peso dell'auto su un asse specifico.

Dalla formula (1) troviamo il valore della rigidezza radiale del pneumatico:

S w = R z / r m - r m, (5.3)

La rigidità radiale di uno pneumatico dipende dalla sua progettazione e dalla pressione interna dell'aria p w. Se è nota la dipendenza di Cw da pw, l'entità della deformazione del pneumatico può essere determinata a qualsiasi pressione interna dell'aria. Alla pressione dell'aria e al carico nominali, il raggio statico della ruota può essere trovato utilizzando la formula:

r m = 0.5d o + (1 - l w)N w, (5.4)

dove d o - diametro del cerchione, m;

N w - altezza del profilo del pneumatico allo stato libero, m;

l w - coefficiente di deformazione radiale del pneumatico.

Per pneumatici a profilo normale e pneumatici a profilo largo, l w = 0,10 - 0,15; per rulli ad arco e pneumatici l w = 0,20 - 0,25.

Il valore nominale del primo della ruota in relazione al carico nominale e alla pressione interna dell'aria è indicato nelle specifiche tecniche del pneumatico.

Raggio dinamico(r d) è la distanza dal centro della ruota che rotola al piano di riferimento. Il valore di r d dipende principalmente dalla pressione interna dell'aria nel pneumatico, dal carico verticale sulla ruota e dalla sua velocità. All'aumentare della velocità del veicolo, il raggio dinamico aumenta leggermente, il che si spiega con l'allungamento del pneumatico dovuto alle forze d'inerzia centrifughe.

Raggio cinematico(r ê) è il raggio di una ruota rotolante condizionale non deformabile senza scorrimento, che ha le stesse velocità angolari e lineari con una determinata ruota elastica:

r k = V x /w k.(5.5)

Il valore di rk si determina empiricamente misurando il percorso S percorso dall'auto in n k giri completi:

r k = V x /w k = V x * t /w k* t = S/2p n k, (5.6)

dove V x è la velocità lineare della ruota;

w k - velocità angolare della ruota;

t - tempo di movimento.

La differenza tra i raggi rd e rk è dovuta alla presenza di scivolamento nella zona di contatto del pneumatico con la strada.

In caso di slittamento completo della ruota, il percorso percorso dalla ruota è zero S = 0, e quindi r k = 0. Durante lo scorrimento di ruote frenate, non rotanti (bloccate), cioè quando ci si sposta in una sbandata, nk = 0 e r k ® ¥.

Quando si guida un'auto su strade con superficie dura e buona aderenza, circa r k = r d = r c = r.

Durante il rotolamento, il pneumatico è soggetto a forze centrifughe. L'entità delle forze centrifughe dipende dalla velocità di rotolamento, dalla massa e dalle dimensioni del pneumatico. Sotto l'influenza dei setacci centrifughi, il diametro del pneumatico aumenta leggermente. I test hanno dimostrato che quando lo pneumatico rotola ad una velocità di 180-220 km/h, l'altezza del profilo aumenta del 10-13% (risultati dei test sugli pneumatici nelle gare motociclistiche su circuito stradale).

Allo stesso tempo, l'azione delle forze centrifughe provoca (a causa dell'aumento della rigidezza radiale del pneumatico) un leggero aumento della distanza dall'asse della ruota alla superficie di appoggio (piano stradale) con contemporanea diminuzione dell'area di contatto del pneumatico con la strada. Questa distanza è chiamata raggio dinamico del pneumatico Ro, che è maggiore del raggio statico Rc, cioè Ro>Rc.

Tuttavia, alle velocità operative Ro è praticamente uguale a Rс.

Il raggio di rotolamento è il rapporto tra la velocità lineare della ruota e la velocità angolare di rotazione della ruota:

dove Rк - raggio di rotolamento, m;
V - velocità lineare, m/s;
w - velocità angolare, rad/s.

Resistenza al rotolamento

Riso. Pneumatico che rotola su una superficie dura

Quando una ruota rotola su una superficie dura, il telaio del pneumatico è soggetto a deformazioni cicliche. Quando entra in contatto, il pneumatico si deforma e si piega, mentre quando esce dal contatto ripristina la sua forma originale. L'energia di deformazione del pneumatico, generata quando gli elementi entrano in contatto con la superficie, viene spesa per l'attrito interno tra gli strati della carcassa e per lo scivolamento nella zona di contatto. Parte di questa energia viene convertita in calore e trasferita all’ambiente. A causa della perdita di energia meccanica, la velocità di ripristino della forma originale del pneumatico quando gli elementi del pneumatico lasciano il contatto è inferiore alla velocità di deformazione del pneumatico quando gli elementi entrano in contatto. Per questo motivo, le reazioni normali nella zona di contatto sono in qualche modo ridistribuite (rispetto a una ruota ferma) e il diagramma di distribuzione delle forze normali assume la forma mostrata nella figura. La risultante delle reazioni normali, pari in grandezza al carico radiale sul pneumatico, si sposta in avanti rispetto alla verticale che passa attraverso l'asse della ruota di una certa quantità a ("deriva" della reazione radiale).

Il momento creato dalla reazione radiale rispetto all'asse della ruota è chiamato momento di resistenza al rotolamento:

In condizioni di movimento costante (a velocità di rotolamento costante) della ruota condotta, agisce un momento che bilancia il momento di resistenza al rotolamento. Questo momento è creato da due forze: la spinta
forza P e reazione orizzontale della strada X:

M = XRd = PRd,
dove P è la forza di spinta;
X - reazione orizzontale della strada;
Rd - raggio dinamico.

PRd = Qa - condizione di moto stazionario.

Il rapporto tra la forza di spinta P e la reazione radiale Q è chiamato coefficiente di resistenza al rotolamento k.

Oltre allo pneumatico, il coefficiente di resistenza al rotolamento è notevolmente influenzato dalla qualità del manto stradale.

La potenza Nk spesa per far rotolare la ruota motrice è pari al prodotto della forza di resistenza al rotolamento Pc e della velocità lineare di rotolamento V:

Espandendo questa equazione possiamo scrivere:

Nê = N1 + N2 + N3 - N4,
dove N1 è la potenza spesa per la deformazione del pneumatico;
N2 è la potenza spesa per lo slittamento del pneumatico nella zona di contatto;
N3 - potenza spesa per l'attrito nei cuscinetti delle ruote e la resistenza dell'aria;
N4 è la potenza sviluppata dal pneumatico durante il ripristino della forma dello pneumatico nel momento in cui gli elementi lasciano il contatto.

Le perdite di potenza dovute al rotolamento della ruota aumentano notevolmente all'aumentare della velocità di rotolamento, poiché in questo caso aumenta l'energia di deformazione e, di conseguenza, la maggior parte dell'energia viene convertita in calore.

All'aumentare della deflessione, aumenta notevolmente la deformazione della carcassa del pneumatico e del battistrada, ovvero la perdita di energia dovuta all'isteresi.

Allo stesso tempo, aumenta la produzione di calore. Tutto ciò alla fine porta ad un aumento della potenza spesa per far rotolare il pneumatico.

I test hanno dimostrato che il rotolamento di uno pneumatico motociclistico in condizioni di ruota motrice (su un tamburo liscio) richiede una potenza da 1,2 a 3 litri. Con. (a seconda delle dimensioni del pneumatico e della velocità di rotolamento).

Pertanto, le perdite totali dovute agli pneumatici sono piuttosto significative e paragonabili alla potenza del motore della motocicletta.

È chiaro che affrontare il problema della riduzione della potenza spesa per il rotolamento dei pneumatici delle motociclette è della massima importanza. La riduzione di queste perdite non solo aumenterà la durata degli pneumatici, ma aumenterà significativamente la durata del motore e dei componenti della motocicletta e avrà anche un effetto positivo sull'efficienza del carburante dei motori.

Le ricerche effettuate durante la creazione dei pneumatici di tipo P hanno dimostrato che le perdite di potenza durante il rotolamento di pneumatici di questo tipo sono significativamente inferiori (30-40%) rispetto a quelle dei pneumatici standard.

Inoltre, le perdite vengono ridotte durante la conversione dei pneumatici in una carcassa a due strati in corda 232 KT.

È particolarmente importante ridurre al minimo le perdite di potenza durante il rotolamento dei pneumatici per motociclette da corsa, poiché quando si muovono ad alta velocità, le perdite nei pneumatici ammontano fino al 30% rispetto al consumo totale di potenza per il movimento. Uno dei metodi per ridurre queste perdite è l'uso di una corda di nylon da 0,40 K nella carcassa dei pneumatici da corsa. Utilizzando tale corda, lo spessore della carcassa è stato ridotto, il peso del pneumatico è stato ridotto ed è diventato più elastico. e meno suscettibile al riscaldamento.

La natura del disegno del battistrada ha una grande influenza sul coefficiente di resistenza al rotolamento dello pneumatico.

Per ridurre l'energia generata quando gli elementi entrano in contatto con la strada, il peso del battistrada dei pneumatici da corsa è ridotto il più possibile. Mentre i pneumatici da strada hanno una profondità del battistrada di 7-9 mm, i pneumatici da corsa hanno una profondità del battistrada di 5 mm.

Inoltre, il disegno del battistrada dei pneumatici da corsa è progettato in modo tale che i suoi elementi forniscano la minima resistenza quando il pneumatico rotola.

Di norma, il disegno del battistrada dei pneumatici delle ruote anteriori (motrici) e posteriori (motrici) di una motocicletta è diverso. Ciò è spiegato dal fatto che lo scopo dello pneumatico della ruota anteriore è garantire una manovrabilità affidabile e lo scopo della ruota posteriore è trasmettere la coppia.

La presenza di tasselli ad anello sugli pneumatici anteriori aiuta a ridurre le perdite di rotolamento e migliora la maneggevolezza e la stabilità, soprattutto in curva.

Riso. Curve di perdita di potenza rispetto alla velocità di rotolamento: 1 - misura del pneumatico 80-484 (3,25-19), modello L-130 (stradale); 2 - misura pneumatico 85-484 (3.25-19) modello L-179 (per la ruota posteriore di motociclette da strada)

Il disegno del battistrada a zigzag della ruota posteriore garantisce una trasmissione affidabile della coppia e riduce anche le perdite di rotolamento. Tutte le misure di cui sopra consentono, in generale, di ridurre significativamente le perdite di potenza durante il rotolamento dei pneumatici. Il grafico mostra le curve di perdita di potenza a diverse velocità per pneumatici stradali e da corsa. Come si può vedere dalla figura, i pneumatici da corsa hanno perdite inferiori rispetto a quelli stradali.

Riso. La comparsa di un '"onda" quando il pneumatico rotola a una velocità critica: 1 - pneumatico; 2 - tamburo per banco prova

Velocità critica di rotolamento del pneumatico

Quando la velocità di rotolamento di uno pneumatico raggiunge un certo valore limite, le perdite di potenza di rotolamento aumentano notevolmente. Il coefficiente di resistenza al rotolamento aumenta di circa 10 volte.

Sulla superficie del battistrada del pneumatico appare un'“onda”. Questa “onda”, pur rimanendo immobile nello spazio, si muove lungo il telaio del pneumatico alla velocità della sua rotazione.

La formazione di un'“onda” porta alla rapida distruzione del pneumatico. Nella zona battistrada-carcassa, la temperatura aumenta notevolmente, poiché l'attrito interno nel pneumatico diventa più intenso e la forza del legame tra il battistrada e la carcassa diminuisce.

Sotto l'influenza delle forze centrifughe, che sono di entità significativa ad alte velocità di rotolamento, sezioni del battistrada o degli elementi del disegno vengono strappate.

La velocità di rotolamento alla quale appare l'“onda” è considerata la velocità di rotolamento critica del pneumatico.

Di norma, quando si rotola a una velocità critica, il pneumatico viene distrutto dopo una corsa di 5-15 km.

All’aumentare della pressione dei pneumatici, aumenta la velocità critica.

Tuttavia, la pratica dimostra che durante la SSC, la velocità delle motociclette in alcune aree è superiore del 20-25% rispetto alla velocità critica del pneumatico determinata allo stand (quando il pneumatico rotola su un tamburo). In questo caso i pneumatici non vengono distrutti. Ciò è spiegato dal fatto che quando si rotola su un aereo, la deformazione del pneumatico è inferiore (nelle stesse condizioni) rispetto a quando si rotola su un tamburo, e quindi la velocità critica è maggiore. Inoltre, il tempo impiegato da una motocicletta per spostarsi ad una velocità superiore alla velocità critica dei pneumatici è trascurabile. Allo stesso tempo, il pneumatico è ben raffreddato dal flusso d'aria in arrivo. A questo proposito, le caratteristiche tecniche degli pneumatici sportivi per moto destinati al GCS consentono un fuorigiri a breve termine entro certi limiti.

Rotolamento dei pneumatici in condizioni di guida e frenata. Il rotolamento degli pneumatici in condizioni di ruota motrice si verifica quando alla ruota viene applicata la coppia Mkr.

Il diagramma delle forze agenti sulla ruota motrice è mostrato in figura.

Riso. Diagramma delle forze agenti sul pneumatico della ruota motrice durante il rotolamento

Ad una ruota caricata con una forza verticale Q viene applicata una coppia Mkr.

La reazione della strada Qp, uguale in grandezza al carico Q, viene spostata rispetto all'asse della ruota di una certa distanza a. La forza Qp crea un momento di resistenza al rotolamento Ms:

La coppia Mkr crea il crivello di trazione RT:

Рт = Мкр/Rк

dove Rк è il raggio di rotolamento.

Quando il pneumatico rotola nelle condizioni della ruota motrice, sotto l'influenza della coppia, si verifica una ridistribuzione delle forze tangenziali in contatto.

Nella parte anteriore del contatto nella direzione del movimento le forze tangenziali aumentano, nella parte posteriore diminuiscono. In questo caso la risultante delle forze tangenziali X è uguale alla forza di trazione Рт.

La potenza spesa per far rotolare la ruota motrice è pari al prodotto della coppia Mkr e della velocità angolare Wk di rotazione della ruota:

Questa equazione è valida solo quando non c'è scorrimento nel contatto.

Tuttavia, le forze tangenziali provocano lo slittamento degli elementi del disegno del battistrada rispetto alla strada.

Per questo motivo il valore effettivo della velocità di traslazione della ruota Ud è leggermente inferiore al teorico Vt.

Il rapporto tra la velocità di avanzamento effettiva Vd e quella teorica Vt è chiamato efficienza della ruota, che tiene conto della perdita di velocità dovuta allo slittamento del pneumatico rispetto alla strada.

L'entità dello slittamento a può essere stimata utilizzando la seguente formula:

Ovviamente il valore della velocità effettiva Vd può variare da Vt a 0, ovvero:

L'intensità dello scivolamento dipende dall'entità delle forze tangenziali, che a loro volta sono determinate dall'entità della coppia.

Mostrato in precedenza:

Marco = XRk;
X = Рт = Qv,
dove v è il coefficiente di aderenza del pneumatico alla strada.

Quando la coppia aumenta fino a un certo valore superiore al valore critico, l'entità delle forze tangenziali risultanti X diventa superiore a quella consentita e il pneumatico scivola completamente rispetto alla strada.

Gli pneumatici per motocicli esistenti nell'intervallo di carico operativo possono trasmettere una coppia di 55-75 kgf*m senza scivolare completamente (a seconda delle dimensioni del pneumatico, del carico, della pressione, ecc.).

Quando una motocicletta frena, le forze che agiscono sullo pneumatico sono di natura simile alle forze che si generano quando lo pneumatico funziona in condizioni di ruota motrice.

Quando alla ruota viene applicata una coppia frenante Mt, si verifica una ridistribuzione delle forze tangenziali nella zona di contatto. Le maggiori forze tangenziali si verificano nella parte posteriore del contatto. La risultante delle forze tangenziali coincide in grandezza e direzione con la forza frenante T:

Quando la coppia frenante Mt aumenta al di sopra di un certo valore critico, la forza frenante T diventa maggiore della forza di aderenza del pneumatico alla strada (T>Qv) e inizia lo slittamento completo nel contatto, si verifica il fenomeno dello slittamento.

Quando si frena da uno slittamento nella zona di contatto, la temperatura del battistrada aumenta, il coefficiente di aderenza diminuisce e l'usura del disegno del battistrada aumenta notevolmente. L'efficienza della frenata diminuisce (la distanza di frenata aumenta).

La frenata più efficace si verifica quando la forza frenante T è vicina in grandezza alla forza di adesione del pneumatico alla strada.

Di conseguenza, quando il conducente sfrutta le qualità dinamiche di una motocicletta per ridurre l'usura dei pneumatici, è necessario fornire alla ruota motrice una coppia che garantisca il minor slittamento del pneumatico rispetto alla strada.

P E T R O Z A V O D S K I Y

UNIVERSITÀ STATALE

FACOLTÀ DI INGEGNERIA FORESTALE

Dipartimento di Macchine da Trazione

MACCHINE FORESTALI

(Appunti delle lezioni. Parte 2)

Il presente dispense non ha pretesa di completezza, pertanto, per uno studio completo delle singole tematiche, è necessario avvalersi della bibliografia consigliata (ogni tematica viene approfondita nel corso delle lezioni in aula).

Il riepilogo delinea lo scopo e il ruolo delle macchine forestali (mobili) nella produzione di legname, le dinamiche generali e di trazione dei veicoli a ruote e cingolati (equilibrio di trazione di automobili e trattori, caratteristiche di trazione e velocità e equilibrio di potenza, capacità di attraversare il paese, stabilità e dinamica generale delle macchine forestali). Vengono considerati i tipi di trasmissioni, la loro struttura e principio di funzionamento (vantaggi e svantaggi), i requisiti per essi; vengono considerati gli elementi degli schemi di trasmissione meccanica e idraulica (frizioni, cambi, scatole di trasferimento, cardani e trasmissioni finali, differenziale e sua cinematica e statica, meccanismi di rotazione dei veicoli cingolati, basi della teoria della svolta dei veicoli cingolati (sbandamenti), determinazione dei principali parametri dei sistemi di sterzatura e frenatura, degli elementi dello sterzo, dell'installazione delle ruote sterzanti, ecc., dei circuiti di accoppiamento idraulico e convertitore di coppia, loro caratteristiche).

In conclusione vengono fornite brevi informazioni sui sistemi telaio dei veicoli a ruote, sulle sospensioni dei veicoli a ruote e cingolati.

Gli appunti possono essere utilizzati per lo studio delle seguenti discipline:

“Teoria e progettazione dei veicoli su ruote e cingolati”,

"Trasmissioni di veicoli mobili"

"Trasmissioni e meccanismi di controllo delle macchine forestali",

"Veicoli per il trasporto forestale"

"Macchine per la raccolta forestale"

e può essere utile a studenti e dottorandi coinvolti nei calcoli di trazione di veicoli su ruote e cingolati durante corsi e progettazione di diplomi, ricerche sulle qualità di trazione e adesione, fondamenti della teoria della rotazione, ecc. di macchine forestali e per uso generale.

L'abstract è stato sviluppato da un professore del Dipartimento di Macchine da Trazione

M. I. Kulikov

INTRODUZIONE

Il posto di primo piano nella meccanizzazione del lavoro forestale è sempre più occupato dalle macchine forestali. Le macchine forestali sono macchine utilizzate nell'industria forestale per il trasporto del legname, che comprende il trasporto (slittamento) e la rimozione del legname (trattori a ruote e cingolati, camion per legname, ecc.). La base per la maggior parte delle macchine forestali sono veicoli e trattori per uso generale (ZIL, MAZ, Ural, KamAZ, KRAZ, T-130, MTZ-82, ecc.). Esistono numerosi requisiti per le macchine forestali, i principali sono:

1. Conformità del design della macchina alle condizioni operative e garanzia di un funzionamento ad alte prestazioni.

2. Elevata trazione e qualità dinamiche, elevata capacità di cross-country, buona adesione dell'elica al suolo, elevata manovrabilità, buona adattabilità per il funzionamento in varie condizioni climatiche, ecc.

3. Design promettente, che consente di modernizzare a lungo il modello base originale.

4. Elevata affidabilità e resistenza all'usura di parti, assiemi e assiemi, loro unificazione.

5. Alta efficienza: costi minimi per carburanti e lubrificanti, pezzi di ricambio, manutenzione, ecc.

Inoltre, vengono imposti requisiti aggiuntivi ai camion di legname: aumento del carico di viaggio, aumento della velocità di movimento e miglioramento della capacità di attraversare il paese.

Solitamente il rispetto di questi requisiti si ottiene aumentando la potenza del motore per tonnellata di peso dell'autotreno e aumentandone la capacità di carico totale. Di anno in anno, la potenza dei motori delle automobili e la capacità di carico degli autotreni aumentano (ZIL-131-110 kW-12,0 t; MAZ-509-132 kW-17,0 t; KRAZ-255 - 176 kW-23,0 t; KRAZ-260-220 kW-29 ,0 t).

Il miglioramento dei sistemi di trasmissione e del telaio svolge un ruolo di primo piano nell'aumento della velocità media di un veicolo e nell'aumento della sua capacità di attraversare il paese. Il disboscamento viene effettuato da trattori speciali - skidder, che trasportano il legno in posizione semisommersa. Negli ultimi anni è stato effettuato un intenso sviluppo di nuovi progetti di macchine speciali.

Gli skidder furono creati per la prima volta in URSS nel 1946. Principalmente nelle operazioni di disboscamento vengono utilizzati veicoli cingolati, che hanno una migliore manovrabilità rispetto a quelli a ruote (la maggior parte del disboscamento viene effettuata in aree con bassa capacità portante del suolo). Tuttavia, i vantaggi di un sistema di propulsione a ruote: velocità elevate, funzionamento regolare, ecc., hanno costretto i progettisti a intraprendere la strada dello sviluppo di nuovi veicoli a ruote con maggiore capacità di cross-country (TLK-4, TLK-6, ShLK, ecc.).

L'aumento della produttività e delle qualità di trazione dei trattori cingolati si ottiene aumentando la capacità di carico e la potenza del motore.

TRASMISSIONE DELLA COPPIA DEL MOTORE AI PILOTI

RUOTE PER MACCHINE FORESTALI. EFFICIENZA DI TRASMISSIONE

Le automobili e i trattori moderni, sia stranieri che nazionali, utilizzano motori a combustione interna a pistoni, il cui sviluppo ha stabilito la tendenza ad aumentare la loro velocità. Ciò porta alla loro compattezza e al peso ridotto. Tuttavia, d'altra parte, ciò porta al fatto che la coppia sull'albero di questi motori è significativamente inferiore alla coppia che deve essere fornita alle ruote motrici della macchina, nonostante la potenza relativamente elevata di questi motori. Di conseguenza, per ottenere la coppia necessaria per il movimento sulle ruote motrici, è necessario introdurre nel sistema un dispositivo aggiuntivo - “motore - ruote motrici”, che garantisce non solo la trasmissione della coppia del motore, ma anche il suo aumento. Il ruolo di questo dispositivo nelle auto e nei trattori moderni è svolto dalla trasmissione. La trasmissione comprende una serie di meccanismi: frizione, cambio, cardano, marce principali, finali (finali), meccanismi di rotazione e cambi aggiuntivi (scatole di trasferimento) che stabiliscono un rapporto di trasmissione costante. La coppia del motore viene trasmessa al cambio tramite frizioni. Sulle auto moderne, le frizioni a frizione sono il tipo più comune. Il rapporto tra la coppia di attrito della frizione M m e la coppia nominale del motore Me è chiamato fattore di sicurezza della frizione β:

β=M m / M e (1)

Il valore di questo coefficiente varia in un ampio intervallo (1,5 - 3,8) per camion e trattori e viene selezionato dalle condizioni dell'entità del lavoro di attrito durante lo slittamento durante l'accelerazione del trattore, nonché dalla protezione contro i danni al motore e organi di trasmissione soggetti a possibili sovraccarichi.

Quando si sceglie il coefficiente β, vengono prese in considerazione anche la possibile variazione del coefficiente di attrito dei dischi della frizione, una diminuzione della forza di pressione delle molle dovuta all'usura delle superfici di attrito, ecc.. Dalla frizione viene trasmessa la coppia attraverso il cambio e altri elementi di trasmissione alle ruote motrici. In assenza di slittamento tra il disco motore e quello condotto della frizione (δ frizione = 0), il rapporto di trasmissione sarà determinato nella forma generale: i tr =ω e /ω k = n e /n k, (2)

dove ω e e n e sono rispettivamente la velocità angolare e la velocità di rotazione dell'albero motore;

ω k e nk sono rispettivamente la velocità angolare e la velocità di rotazione delle ruote motrici.

L'uguaglianza (2) può essere rappresentata come:

i tr =i k ∙i rk ∙i gl ∙ii kp = i k ∙i rk ∙i o, (2΄)

dove i к – rapporto di trasmissione del cambio;

i рк – rapporto di trasferimento del caso di trasferimento;

i gl – rapporto di trasmissione della marcia principale (centrale);

io - rapporto di trasmissione del meccanismo di rotazione;

i cambio – rapporto di trasmissione finale;

i o – rapporto di trasmissione costante implementato negli ingranaggi principale, nel meccanismo di rotazione e negli ingranaggi finali, nonché in altri cambi di trasmissione.

La coppia sulle ruote motrici della macchina è determinata da:

M k =M e ∙i tr ∙η tr, (3)

η tr – efficienza di trasmissione, che è determinata dalla relazione:

η tr =N a /N e =(N e - N tr)/N e =1-(N tr / N e) , (4)

dove Nk è la potenza fornita alle ruote motrici;

Ntr – perdita di potenza nella trasmissione.

L'efficienza della trasmissione η tr tiene conto delle perdite meccaniche che si verificano nei cuscinetti, negli accoppiamenti degli ingranaggi del cambio, negli ingranaggi centrali e finali e nelle perdite durante la agitazione dell'olio. L'efficienza della trasmissione viene solitamente determinata sperimentalmente. Dipende dal tipo di progettazione della trasmissione, dalla qualità della produzione e dell'assemblaggio, dal grado di carico, dalla viscosità dell'olio, ecc. L'efficienza delle moderne trasmissioni di automobili e trattori nella modalità operativa nominale è compresa tra 0,8 e 0,93 e dipende dal numero di coppie di ingranaggi collegate in serie η kp = 0,97...0,98; η c.p. =0,975...0,990.

In base a ciò, il valore di η tr può essere calcolato approssimativamente:

ηtr = η c.p. ∙η kp (4΄)

Senza tenere conto delle perdite a vuoto:

η freddo =1-M freddo / M e, (5)

dove M idle è il momento di resistenza ridotto all'albero di ingresso del cambio che si verifica quando il cambio è al minimo.

M sì, M A - numero di coppie di ingranaggi cilindrici e conici rispettivamente.

Raggi di rotolamento delle ruote

Un'auto (trattore) si muove a causa dell'azione su di essa di varie forze, che si dividono in forze motrici e forze di resistenza al movimento. La principale forza motrice è la forza di trazione applicata alle ruote motrici. La forza di trazione è il risultato del funzionamento del motore ed è causata dall'interazione delle ruote motrici con la strada. La forza di trazione Pk è definita come il rapporto tra la coppia sui semiassi e il raggio delle ruote motrici durante il movimento uniforme del veicolo. Pertanto, per determinare la forza di trazione è necessario conoscere il raggio della ruota motrice. Poiché sulle ruote dell'auto sono installati pneumatici elastici, il raggio della ruota cambia durante la guida. A questo proposito si distinguono i seguenti raggi delle ruote:

1. Nominale – raggio della ruota in stato libero: r n =d/2+H, (6)

dove d è il diametro del cerchio (diametro della sede del pneumatico), m;

H – altezza totale del profilo del pneumatico, m.

2. Statico r c – la distanza dalla superficie stradale all'asse della ruota stazionaria caricata.

r con =(d/2+H)∙λ , (7)

dove λ è il coefficiente di deformazione radiale del pneumatico.

3. Dynamic r d – distanza dalla superficie stradale all'asse di una ruota caricata che rotola. Questo raggio aumenta con una diminuzione del carico percepito della ruota G k e un aumento della pressione interna dell'aria nel pneumatico p w.

All'aumentare della velocità del veicolo, sotto l'influenza delle forze centrifughe, il pneumatico si allunga in direzione radiale, con conseguente aumento del raggio rd. Quando una ruota rotola cambia anche la deformazione della superficie di rotolamento rispetto ad una ruota ferma. Pertanto la spalla di applicazione delle risultanti reazioni tangenziali della strada rd è diversa da r c. Tuttavia, come hanno dimostrato gli esperimenti, per i calcoli pratici della trazione è possibile prendere r c ~ r d.

Il raggio cinematico (di rotolamento) della ruota rk è il raggio di un anello indeformabile così condizionale che ha le stesse velocità angolari e lineari con una data ruota elastica.

Per una ruota che rotola sotto l'influenza della coppia, gli elementi del battistrada che entrano in contatto con la strada vengono compressi e la ruota a parità di velocità di rotazione percorre una distanza inferiore rispetto alla rotazione libera; su una ruota caricata con coppia frenante gli elementi del battistrada che entrano in contatto con la strada vengono allungati. Pertanto, la ruota frenante percorre una distanza leggermente maggiore a velocità uguali rispetto a una ruota che gira liberamente. Pertanto, sotto l'influenza della coppia, il raggio rк diminuisce e sotto l'influenza della coppia frenante aumenta. Per determinare il valore di rk utilizzando il metodo delle “impronte con il gesso”, sulla strada viene tracciata una linea trasversale con gesso o vernice, sulla quale rotola la ruota di un'auto, e quindi lascia impronte sulla strada.

Misurare la distanza l tra le impronte estreme, determinare il raggio di rotolamento utilizzando la formula: rk = l /2π∙n, (8)

dove n è la velocità di rotazione della ruota corrispondente alla distanza l .

In caso di slittamento completo della ruota, la distanza l = 0 e raggio r ê = 0. Durante lo scorrimento delle ruote non rotanti (“SW”) velocità di rotazione n=0 e r ê
.

Un'auto (trattore) si muove a causa dell'azione su di essa di varie forze, che si dividono in forze motrici e forze di resistenza al movimento. La principale forza motrice è la forza di trazione applicata alle ruote motrici. La forza di trazione è il risultato del funzionamento del motore ed è causata dall'interazione delle ruote motrici con la strada. La forza di trazione Pk è definita come il rapporto tra il momento sui semiassi e il raggio delle ruote motrici durante il movimento uniforme del veicolo. Pertanto, per determinare la forza di trazione è necessario conoscere il raggio della ruota motrice. Poiché sulle ruote dell'auto sono installati pneumatici elastici, il raggio della ruota cambia durante la guida. A questo proposito si distinguono i seguenti raggi delle ruote: