СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ВЛИЯНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОГО НЕСООТВЕТСТВИЯ ТРАНСМИССИИ ПОЛНОПРИВОДНЫХ МАШИН Российский патент 2003 года по МПК B60C23/00 

Изобретение относится к автотракторному машиностроению, а более конкретно к способам снижения отрицательного влияния кинематического несоответствия в трансмиссии полноприводных машин (автомобилей, тракторов).

Известен способ снижения отрицательного влияния кинематического несоответствия на тягово-сцепные и эксплуатационные показатели полноприводных машин, реализуемый с помощью отключения одной из ведущих осей (Д.А. Чудаков. О тяговой динамике трактора с четырьмя ведущими колесами / Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1957 г., 5, с. 8-18). К недостаткам известного способа снижения отрицательного влияния кинематического несоответствия на тягово-сцепные и эксплуатационные показатели полноприводных машин относится то, что одновременно с устранением отрицательного влияния кинематического несоответствия машина становится неполноприводной. Последнее приводит к снижению тяговых и эксплуатационных показателей машин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ снижения отрицательного влияния кинематического несоответствия в трансмиссии полноприводных машин путем изменения кинематического несоответствия заменой (переводом) блокированного привода на дифференциальный, реализуемый с помощью комбинированного (дифференциального с принудительной блокировкой) межосевого привода (Ю.В. Пирковский, канд. техн. наук, Н.Н. Яценко. Влияние конструктивной схемы привода к передним ведущим мостам автомобиля на их тяговые и экономические качества / Автомобильная промышленность. 1963 г., 1, с. 15-19).

К недостаткам известного способа относится следующее: во-первых, при дифференциальном приводе машина не может полностью использовать свои тягово-сцепные возможности; во-вторых, усложняется конструкция трансмиссии, повышается ее стоимость, снижается надежность.

Технической задачей изобретения является снижение отрицательного влияния кинематического несоответствия в трансмиссии полноприводных машин на их тягово-сцепные и эксплуатационные показатели.

Задача достигается изменением давления воздуха в шинах, где согласно изобретению изменение кинематического несоответствия осуществляют перераспределением нормальных реакций по ведущим осям, для чего изменяют угол действия силы тяги на крюке посредством создания дополнительного давления масла в полости подъема гидроцилиндра заднего навесного устройства машины. В отличие от прототипа изменение величины кинематического несоответствия осуществляется с помощью изменения давления воздуха в шинах в зависимости от вида опорной поверхности, а также перераспределения нормальных реакций по ведущим осям за счет изменения статических радиусов колес ведущих осей, величина которых описывается известным выражением (1) (А.Н.Евграфов, В.А.Петрушов. Расчет нормальной жесткости шин для определения их эксплуатационных показателей / Автомобильная промышленность. 1977 г., 3, с. 20-22).

где r_cт - статический радиус колеса;
r_св - свободный радиус колеса (R=0);
R - нормальная реакция, действующая на колесо;
Р_вн - внутреннее давление воздуха в шине;
К_ш - коэффициент деформации шины.

Техническое решение поясняется чертежом. На фиг.6 изображен блокированный привод трансмиссии полноприводной машины. На фиг.1 - график влияния угла действия крюковой силы на кинематическое несоответствие. На фиг.2 - график влияния высоты точки приложения крюковой силы на кинематическое несоответствие. На фиг.3 - график влияния крюковой силы на кинематическое несоответствие. На фиг.4 - график влияния давления воздуха в шинах на кинематическое несоответствие. На фиг.5 - график изменения ведущего момента на колесах ведущих осей в зависимости от величины нормальных реакций и давления воздуха в шинах. Способ осуществляется следующим образом.

Известно, что блокированный привод - привод равных угловых скоростей колес ведущих осей, т.е.

ω_п = ω_з = ω (2)
Однако статические радиусы колес ведущих осей не равны между собой, т.е.

r_стп≠r_стз, (3)
где п и з - подстрочные индексы, относящиеся к шинам передней и задней оси соответственно.

Причиной неравенства статических радиусов колес ведущих осей являются: различная степень изношенности шин и производственные допуски на изготовление; неравномерное распределение нормальных реакций по ведущим осям и состояния опорной поверхности; давление воздуха в шинах и т.д.

Неравенства статических радиусов колес ведущей оси приводит к их различной окружной скорости:
V'_п≠V'_з; (4)
где


т.к. ω_п = ω_з, а r_стп≠r_стз
При различной окружной скорости колес ведущих осей их поступательные скорости равны:
V_п=V_з
Это явление получило название кинематического несоответствия. Величина кинематического несоответствия определяется следующим выражением.

или

Выравнивание поступательных скоростей колес ведущих осей происходит в результате различной тангенциальной деформации шин:

где r_кп и r_кз - кинематические радиусы колес ведущих осей;
γ_п и γ_з - коэффициенты тангенциальной деформации шин;
М_п и М_з - ведущие моменты на колесах осей,
но т.к. r_стп≠r_стз, а r_кп=r_кз, то, следовательно, М_п≠М_з.

Распределение ведущего момента по осям, как правило, не соответствует их тягово-сцепным возможностям, а в отдельных случаях ведущий момент на колесах одной из осей равен нулю или имеет отрицательный знак.

Максимальное значение касательной силы тяги может быть получено при таком распределении ведущего момента, когда колеса ведущих осей полностью используют свои тягово-сцепные возможности, то есть

где P_кϕп и P_кϕз - касательная сила тяги по сцеплению ведущих осей;
,
где ϕ_i - коэффициент сцепления колес ведущей оси с опорной поверхностью.

Как отмечалось выше, величина кинематического несоответствия определяется статическими радиусами колес ведущих осей, которые, в свою очередь, зависят от многих факторов. В результате проведения аналитических (фиг.1-4) и экспериментальных (фиг.5) исследований установлено, что существенное влияние на величину кинематического несоответствия и распределение ведущего момента оказывают: давление воздуха в шинах (фиг.4) и величины нормальных реакций на колесах ведущих осей (фиг. 1, 5), представленные в зависимости от угла действия крюковой силы γ_кр, которая описывается выражениями (11) и (12):


На фиг.4 представлена графическая зависимость изменения кинематического несоответствия в зависимости от изменения давления воздуха в шинах задней оси трактора К-701, давление воздуха в шинах передней оси фиксировано. Из фиг. 4 видно, что давление воздуха в шинах оказывает существенное влияние на величину кинематического несоответствия при различных значениях крюковой силы.

На фиг.1 представлена графическая зависимость изменения кинематического несоответствия от перераспределения нормальных реакций, вызванного изменением угла действия крюковой силы γ_кр. Зависимость показывает, что с увеличением величины крюковой силы величина кинематического несоответствия изменяется более интенсивно.

На фиг.5 представлена экспериментально полученная зависимость изменения ведущих моментов на колесах задней и передней оси в зависимости от величины нормальных реакций, выраженных через изменение угла действия крюковой силы и давления воздуха в шинах. Из фиг.6 видно, что ведущие моменты на колесах передней и задней оси меняются в широких пределах. Таким образом, варьируя вышеперечисленными факторами, можно управлять величиной кинематического несоответствия и распределением ведущего момента по колесам осей.

Изменение кинематического несоответствия давлением воздуха в шинах осуществляется с помощью известной системы по контролю и регулированию давления воздуха в шинах (СКВШ). Данная система устанавливается на многоосных автомобилях повышенной проходимости (ЗИЛ-131, КрАЗ-255Б, ГАЗ-66, КамАЗ 4310 и др. ), которая используется для повышения проходимости в условиях бездорожья (песок, рыхлый снег, заболоченная местность). Подобные системы устанавливаются и на колесных тракторах, в основном на зарубежных, с целью снижения давления на почву и повышения агротехнической проходимости в условиях повышенной влажности и рыхлых почв.

Изменение кинематического несоответствия перераспределением нормальных реакций осуществляется с помощью известной системы - гидроувеличителя сцепного веса (ГСВ) фиг.7. Система ГСВ нашла применение в колесных тракторах с шинами разного диаметра, где служит для догружения задних ведущих колес трактора, агрегатируемого с машиной или орудием. Действие ГСВ основано на частичном переносе веса агрегатируемой сельскохозяйственной машины и вертикальных сил, действующих на ее рабочие органы, на задние колеса трактора за счет создания дополнительного давления масла в полости подъема 3 гидроцилиндра 2 механизма навески 1. При создании дополнительного давления в полости подъема гидроцилиндра, недостаточного для подъема орудия в транспортное положение, с орудия снимается часть собственного веса и вертикальных сил, действующих на рабочие органы, которые передаются через механизм навески на остов трактора, тем самым увеличивая вертикальную реакцию на задней оси трактора.

Существующая система ГСВ в данном случае используется для перераспределения нормальных реакций с целью изменения кинематического несоответствия.

Пример
Изменение кинематического несоответствия производилось в блокированном приводе трактора К-701 фиг.8-10 при движении на следующих фонах: бетонная дорога, проселочная грунтовая дорога, влажный луг.

При движении трактора измерялись и регистрировались на ленту осциллографа следующие показатели: вертикальная и горизонтальная составляющие крюковой силы, ведущие моменты на полуосях и частота их вращения, скорость движения и пройденный путь, расход топлива.

Изменение давления воздуха производилось в шинах задней оси от 110 до 170 кПа ступенчато (всего 5 ступеней). Перераспределение нормальных реакций по ведущим осям производилось изменением вертикальной и горизонтальной составляющих крюковой силы путем изменения массы балластных грузов в полуприцепе и прицепе агрегатируемых трактором.

На фиг.8-11 представлены осциллограммы, подтверждающие влияние давления воздуха в шинах и нормальных реакций на колесах ведущих осей на перераспределение ведущих моментов, где M₁ и М₂ - ведущие моменты на колесах передней оси;
"0"M₁ и "0"М₂ - нулевые линии моментов;
М₃ и M₄ - ведущие моменты на колесах задней оси;
"0"М₃ и "0"M₄ - нулевые линии моментов;
R_kp - вертикальная составляющая крюковой силы;
"0"R_кp - нулевая линия вертикальной составляющей крюковой силы;
Р_кр - горизонтальная составляющая крюковой силы;
"0"Р_кр - нулевая линия горизонтальной составляющей крюковой силы;
(+) - положительное значение замеряемой величины;
(-) - отрицательное значение замеряемой величины.

Фиг.8 получена при следующих значениях:
Р_кр=6,44 кН; R_кр=20,3 кН; Р_внз=110 кПа;
R_п=80,8 кН; R_з=74,4 кН.

Ведущий момент на колесах передней оси составил 11,268 кН, задней оси - 0,34 кН.

Фиг. 9, 10 получены при тех же значениях Р_кр; R_кp; R_п и R_з, но при давлении воздуха в шинах 150 и 170 кПа. Ведущие моменты на колесах передней оси составили: 5,01 кНм и 3,53 кНм соответственно, на колесах задней оси - 3,049 кНм и 5,305 кНм соответственно. Фиг.14 получена при Р_кр=4,31 кН; R_кp=12,37 кН; R_п= 84,0 кН; R_з=63,3 кН, с Р_вн=150 кПа, ведущий момент на колесах передней оси равен 2,6 кНм, задней - 5,2 кНм.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа.

Реализация предлагаемого способа позволяет, в зависимости от вида опорной поверхности и выполняемой работы, повысить тягово-сцепные свойства машины на 10-25% и снизить расход топлива на 8-15%.

Изобретение относится к автотракторному машиностроению. Способ включает изменения кинематического несоответствия между колесами ведущих осей путем изменения давления воздуха в шинах. Изменение кинематического несоответствия осуществляют перераспределением нормальных реакций по ведущим осям, для чего изменяют угол действия силы тяги на крюке посредством создания дополнительного давления масла в полости подъема гидроцилиндра заднего навесного устройства машины. В результате снижается отрицательное влияние кинематического несоответствия трансмиссии полноприводных машин. 11 ил.

Способ снижения отрицательного влияния кинематического несоответствия в трансмиссии полноприводных машин, включающий изменения кинематического несоответствия между колесами ведущих осей путем изменения давления воздуха в шинах, отличающийся тем, что изменение кинематического несоответствия осуществляют перераспределением нормальных реакций по ведущим осям, для чего изменяют угол действия силы тяги на крюке посредством создания дополнительного давления масла в полости подъема гидроцилиндра заднего навесного устройства машины.