Ходова частина тракторів і автомобілів

 

1. Основні елементи та параметри ходової частини.

2. Несучі системи.

3. Загальні відомості, класифікація та складові підвісок.

4. Колісні та гусеничні рушії.

 

1. Ходова частина передає на опорну поверхню масу трактора (автомобіля) і приводить його в рух. Вона складається з несучої системи, підвіски і рушія.

Несуча система є остовом трактора (автомобіля), до якої кріпляться всі агрегати і який сприймає діючі на трактор зусилля.

Підвіска з’єднує несучу систему з рушієм і забезпечує плавність ходу трактора (автомобіля).

Рушій переносить підведену від двигуна через трансмісію потужність на остов і надає трактору (автомобілю) поступового руху.

Ходова частина трактора (автомобіля) повинна забезпечувати цілий ряд якісних параметрів, що впливають на ефективність роботи машин. До таких слід віднести:

Прохідність – одна із основних якостей, що дозволяє ефективно використовувати машину (показники прохідності: тягово-зчіпні якості, питомий тиск коліс на ґрунт, захисні зони при русі трактора в міжряддях пропасних культур, колія і просвіт.

Питомий тиск на ґрунт колісних машин залежить від типу шин і тиску повітря в них, навантаження на колеса, величини осідання коліс в ґрунт. В гусеничних тракторів питомий тиск залежить в основному від будови рушія.

Вертикальний просвіт – це віддаль від ґрунту до нижніх точок трактора розміщених, як правило, під переднім і заднім мостами. Розрізняють дорожній і агротехнічний просвіт.

Колія – це відстань між осьовими лініями, проведеними через середини профілів шин або гусениць. Колія трактора загального призначення повинна бути пов’язана з шириною захвату машини, з якою вона агрегатується для забезпечення стійкого руху в горизонтальній площині. Колія задніх коліс універсальних пропашних тракторів залежно від міжрядь (45см, 60, 70, 90 см) може регулюватися.

За принципом дії регулювання колії, механізми що його забезпечують, ділять на ручні і з застосуванням енергії двигуна, а по характеру зміни розміру – на ступеневі і безступеневі.

Важливий фактор забезпечення якісних параметрів ходової частини трактора (автомобіля), на який слід звернути увагу – це плавність ходу. При переміщенні машин виникають коливання під дією зовнішніх і внутрішніх збуджуючих сил. Перші – від нерівності шляху, другі – від неврівноваження і нерівномірності обертання деталей і механізмів та інших факторів, обумовлених конструкцією машин. Інтенсивність коливань також залежить від кваліфікації водія.

Здатність машини до поглинання коливань і вібрацій характеризується плавністю ходу. Оцінити плавність ходу одним показником не можливо, для цього користуються декількома величинами.

Період коливань Т (с) – час, протягом якого здійснюється повний коливний рух.

Частота коливань n (Тц) – число коливань в секунду – величина зворотня періоду.

Амплітуда коливань Z_max (м) – найбільше відхилення тіла, що коливається, від положення рівноваги.

Швидкість коливань v (м/с).

Прискорення коливань g (м/с²) – за одиницю якого приймається прискорення вільного падіння 9,81 м/с².

На водія-тракториста діють шкідливі низькочастотні коливання 160...200 кол/хв., які виникають внаслідок дії зовнішніх збуджуючих сил. Для їх усунення сидіння тракториста підресорюють.

 

2. Розрізняють три типи несучих систем трактора: рамну, піврамну і безрамну.

Рамна несуча система становить зварну або клепану раму, що складається із двох поздовжніх розміщених балок, скріплених литими брусами і балками різного профілю (Т-150, ДТ-75, К-701). Рамний остов має хорошу жорсткість і міцність, доступ до механізмів, але підвищену масу і гірше пристосований до навіски машини.

Піврамна несуча система утворюється з’єднанням литих корпусів агрегатів трансмісії і прикріплених до них балками піврами, на які встановлюють двигун (на всіх універсальних тракторах і Т-130, Т-100М, Т-4А).

Безрамна несуча система складається із жорстко з’єднаних картерів двигуна і трансмісії. Вона має досить високу жорсткість і малу масу, ніж рамні і піврамні, але найгірше пристосована для агрегатування з машинами. Застосовується інколи на тракторах малої потужності.

На вантажні автомобілі встановлюють раму балочної конструкції, яка складається із двох поздовжніх балок, з’єднаних поперечним. Її називають лонжеронною. Легкові автомобілі мають несучий кузов, який виконує функцію несучої системи. У передній частині кузова розміщено підрамник для двигуна.

 

3. Підвіскою називається сукупність пристроїв, які зв’язують несучу систему (раму або кузов автомобіля) з мостами та колесами або з гусеничним рушієм, призначених для зменшення динамічних навантажень, що передаються несучій системі під час руху по нерівностях поверхні дороги і забезпечують передачу всіх сил і моментів, що діють між колесами і рамою (кузовом). Автомобільні підвіски регулюють положення кузова під час руху автомобіля.

Підвіска складається з направляючого пристрою, еластичного елемента (пружинного), вгамовуючого пристрою і амортизатора.

Направляючі пристрої визначають характер переміщення коліс (гусеничних рушіїв) відносно несучої системи трактора (автомобіля).

Пружний елемент підвіски зменшує динамічні навантаження, які діють на машину.

Вгамовуючи пристрої забезпечують необхідне затухання коливань кузова (несучої системи) і коліс (рушіїв) машини.

Пристрої, що гасять коливання найчастіше бувають механічного (фрикційного) і гідравлічного типу.

Амортизатори служать для прискорення затухання коливань кузова автомобіля.

Амортизатори можуть бути односторонньої і двосторонньої дії.

Найбільш поширені гідравлічні амортизатори двосторонньої дії. За конструктивним призначенням амортизатори діляться на важільні і телескопічні.

Підвіска, направляючий пристрій якої має (чи включає) важільний або телескопічний механізм, називається відповідно важільною або телескопічною.

За типом направляючих пристроїв, підвіски гусеничних тракторів ділять на жорсткі, півжорсткі і пружні (еластичні).

Жорстка підвіска не має пружних елементів. Вісі опорних катків жорстко прикріплені до гусеничних візків. Швидкість руху трактора з такою підвіскою не більше 1,7 м/с (трубопрокладчики, навантажувачі).

Півжорсткі підвіски виконуються трьох і чотирьох точковими. Швидкість руху не перевищує 3,3 м/с.

Пружна (еластична) підвіска застосовується на тракторах, які працюють на підвищених швидкостях – 4,2...5 м/с (ДТ-75).

За типом пружного елемента розрізняють ресорні (листові ресори), пружинні (гвинтові і тарілчасті), торсіонні і резинові підвіски.

Що стосується автомобілів, то їх підвіски можуть бути залежні і незалежні. У залежної підвіски переміщення одного колеса викликає переміщення другого колеса того ж моста, а у незалежної підвіски переміщення коліс одного моста не залежать одне від одного.

Класифікація підвісок показана на рис. 85. Незалежні підвіски, переважно застосовують для легкових автомобілів; залежні автономні – для двовісних вантажних автомобілів і автобусів, рідко для легкових автомобілів, а залежні балансирні – для підресорювання двох близько розташованих мостів, наприклад на тривісних автомобілях.

До конструкції підвіски ставляться такі вимоги:

- забезпечення плавності ходу при будь-якій завантаженості автомобіля;

- забезпечення руху по нерівних дорогах без ударів в обмежувачі;

- обмеження поперечного крену автомобіля і кінематичне узгодження переміщень керованих коліс, яке викликає їх коливання відносно шкворнів;

- забезпечення гашення коливань кузова і коліс;

- незалежність висоти рівня підлоги від завантаженості (для автобусів);

- сталість колії і кутів нахилу коліс;

- сталість кутів нахилу шкворнів;

- надійна передача від коліс до кузова поздовжніх і поперечних сил;

- забезпечення геометричних параметрів прохідності;

- зниження маси непідресорених частин;

- забезпечення мінімальних розмірів і маси;

- простота конструкції і обслуговування;

- технологічність і ремонтопридатність, висока надійність.

Ступінь виконання цих вимог залежить від типу і конструкції підвіски.

 

Рис. 85. Класифікація підвісок

 

Підвіска автомобіля (рис. 86, 87) складається із пружного, направляючого і вгамовуючого пристроїв.

Незалежна підвісна забезпечує незалежність переміщення одного колеса даного моста від переміщення другого колеса.

У важільній незалежній підвісці направляючий пристрій являє собою важільний механізм. Залежно від площини коливання важелів підвіски коліс можуть бути: поперечно-важільні, діагонально-важільні і поздовжньо-важільні.

 

Рис. 86. Схеми незалежних пружинних підвісок: а – важільно-шкворнева; б – важільно-безшкворнева; в – важільно-безшкворнева телескопічна; 1 – балка керованого моста; 2 – пружина; 3 – амортизатор; 4 – верхній важіль; 5 – стояк; 6 – шкворінь; 7 – поворотна цапфа; 8 – нижній важіль

 

У залежних підвісках легкових автомобілів і автобусів, а також деяких вантажних автомобілів застосовують допоміжний пристрій – стабілізатор поперечної стійкості. Він сприяє зменшенню бічного крену і поперечних кутових коливань кузова автомобіля.

Залежна підвіска характеризується залежністю переміщення колеса одного моста від переміщення другого колеса. Передача сил і моментів від коліс на кузов при такій підвісці може здійснюватися безпосередньо пружними елементами (листовою ресорою) або за допомогою штанг.

 

Рис. 87. Схеми залежних підвісок: а – індивідуальна; б – балансирна; 1 – листова ресора; 2 – серга заднього кронштейна; 3 – рама автомобіля; 4 – амортизатор; 5 – кронштейн передній; 6 –передня вісь; 7 – гумова прокладка; 8 – стрем’янка; 9 – середній ведучий міст; 10 – задній ведучий міст; 11 – опора коливна; 12 – вісь опори; 13-16 – реактивні поздовжні штанги

 

Пружні елементи. Найбільше розповсюдження як на легкових, так і особливо на вантажних автомобілях одержали металеві пружні елементи – листові ресори і спіральні кручені пружини. Зрідка на деяких автомобілях застосовують торсіонні вали (торсіони).

Листова ресора являє собою пружний елемент, який складається а набору листів (останнім часом намічається тенденція зменшення кількості листів) і з’єднує підресорну масу автомобіля. Листова ресора кріпиться посередині до балки моста, а по кінцях – до рами (кузова) (рис. 88). Якщо довжина листової ресори ділиться точками її кріплення на нерівні частини, то вона називається несиметричною, в іншому і найбільш розповсюдженому випадку – симетричною.

У незалежних підвісках частіше застосовуються циліндричні кручені пружини, які виготовляють, як правило, із стального дроту круглого перерізу.

У підвісці кручені пружини сприймають тільки зусилля, прикладені уздовж її осі, тому при їх використанні в підвісці необхідно застосовувати направляючий пристрій. При використанні кручених пружин також необхідні гасильні пристрої, оскільки в пружинах відсутнє тертя.

Рис. 88. Способи кріплення листових ресор до рами (кузова) і балки моста: а – ресора передньої підвіски; б – ресора задньої підвіски; 1 – передній кронштейн; 2 – передня ресора; 3 – задній кронштейн; 4 – знімне вушко; 5 – палець; 6 – стрем’янка; 7 – задня ресора; 8 – сухар; 9 – гумові подушки; 10 – додаткова ресора; 11 – лонжерон (рама)

 

Торсійний вал (торсіон) являє собою сталевий пружний елемент у вигляді стержня, що працює на кручення, один кінець якого кріпиться до рами або до кузова автомобіля, а другий – до важелів підвіски. Дружність зв’язку коліс з рамою забезпечує торсіон. Торсіони можуть бути суцільними круглого перерізу, а також складовими з прямокутних пластин. Перші називаються одиночними, а другі – складовими. Найбільш розповсодкені круглі (одиночні).

Торсіони, як і пружини, у яких відсутнє внутрішнє тертя, потребують використання направляючих і гасильних пристроїв.

Пневматичні пружні елементи являють собою гумово-кордні оболонки, ущільнені по торцях і заповнені повітрям під тиском.

Пневматичні пружні елементи забезпечують пружні властивості підвіски за рахунок стисненого повітря. У теперішній час виготовляють три типи пневматичних пружних елементів: круглі, рукавні і діафрагменні пневмобалони. Круглі пневмобалони виготовляють одно-, дво- і трисекційними.

Найбільше застосування в підвісках сучасних автомобілів одержали двосекційні пневматичні круглі пневмобалони.

Пневматичні пружні елементи забезпечують високу плавність ходу автомобіля. Їх використовують головним чином у підвісках тих автомобілів, у яких корисне навантаження змінюється в широких межах.

Пневматичні пружні елементи також вимагають використання направляючого механізму і вгамовучих пристроїв.

Резинові пружні елементи використовуються в підвісках сучасних автомобілів як додаткові пружні елементи, які називаються обмежувачами або буферами. Часто в середині буфера вулканізують металеву арматуру, яка призначена для його кріплення і підвищує довговічність. Буфера розділяються на буфер стискний і буфер віддачі. Перший обмежує хід коліс вверх, а другий – вниз. При цьому буфери стиску обмежують деформацію основних пружних елементів підвіски і збільшують її жорсткість. Буфери стиску і віддачі – сумісно використовуються звичайно в незалежних підвісках. В залежних підвісках використовується головним чином буфер стиску.

На деяких автомобілях застосовують комбіновані пружні елементи, які складаються з двох або більше металевих і неметалевих пружних елементів, наприклад ресорно-пружинні, ресорно-пневматичні та ін.

Кінематичні схеми. Від схем підвіски залежить компоновка автомобіля, параметри плавності ходу, стійкості і керованості, маса автомобіля та ін. Характерні кінематичні схеми сучасних автомобілів показані на рис. 89. Залежна (рис. 89, а) й одноважельна незалежна (рис. 89, б) підвіски відрізняються тим, що вертикальне переміщення коліс супроводжується зміною кута λ, що викликає появу гіроскопічного моменту, який збуджує коливання коліс відносно шкворня.

У двоважільних підвісках з важелями рівної довжини (рис. 89, в) кутове зміщення відсутнє, але значне поперечне переміщення ∆ℓ колеса, то приводить до швидкого зносу шин і зменшення бокової стійкості.

У двоважільній підвісці з важелями різної довжини (рис. 89, г) при λ = 5...6° і ρ/ρ₁ = 0,5...0,65 гіроскопічний момент гаситься моментами сил тертя в системі, а поперечне зміщення ∆ℓ = 4...5 мм компенсується потужністю шин.

Важільно-телескопічна підвіска передніх коліс легкових автомобілів – хитна свічка (рис. 89, д) – забезпечує незначну зміну колії, розвалу і сходження коліс, при цьому зменшується знос шин, покращується стійкість руху автомобіля. Важільно-телескопічна підвіска має один поперечний важіль внизу, а основний елемент – амортизаційний стояк, який має верхнє шарнірне кріплення під крилом, що забезпечує більше плече між опорами стояка.

 

Рис. 89. Кінематичні схеми підвісок автомобілів: а – залежної; б – одноважільної незалежної; в – двоважільної незалежної з важелями рівної довжини; г – двоважільної незалежної з важелями різної довжини; д – незалежної важільно-телескопічної; е – незалежної з важелями поздовжнього хитання

 

Тенденція розвитку. Для розвитку конструкції підвіски характерно значне збільшення числа нових пружних елементів. Так, для автомобілів великої вантажопідйомності і автобусів широко використовують пневматичну підвіску, яка забезпечує постійність висоти підлоги кузова і зниження маси автомобіля. Часто пневматичні елементи застосовують в поєднанні з листовими ресорами, які виконують також роль направляючого механізму.

На європейські легкові автомобілі починають встановлювати розрізні задні осі. Незалежну підвіску задніх коліс встановлюють також на вантажні автомобілі і автобуси. Крім зменшення непідресорених мас вона дає можливість більш низько розмістити двигун.

Останнім часом все більше стали застосовувати для виготовлення пружних елементів композиційні матеріали. Використання пружних елементів з композиційних матеріалів дозволяє зменшити масу автомобілів, витрати на його виготовлення, а також підвищити довговічність.

Ресори з композиційних матеріалів виготовляються з епоксидної смоли та скловолоконного наповнювача (з металевими елементами кріплення), вони не підлягають корозії, мають високу міцність, а у випадку поломки руйнуються. Головна ж їх перевага – маса на 30-50% менша, ніж у еквівалентних стальних ресорах [2].

 

4. Колісні і гусеничні рушії. Трактори (автомобілі) розрізняють за числом коліс, а трактори, крім цього, по розмірах передніх і задніх коліс. Загальне число коліс тракторів становить – 4, деколи – 3. Окремі спеціальні моделі виконуються шестиколісними. Автомобілі мають чотири або шість коліс.

Залежно від призначення, колеса поділяють на ведучі, ведені і керуючі.

Ведучі колеса передають зусилля і моменти, які діють між мостом і опорною поверхнею і крутний момент, що підводиться від двигуна.

Ведені колеса передають зусилля і моменти, які діють тільки між мостом і опорною поверхнею.

Керуючі колеса змінюють напрям руху трактора (автомобіля) з допомогою рульового керування.

На деяких моделях ці функції коліс можуть поєднуватись (МТЗ-80) – передні колеса ведені і керуючі, а на тракторі МТЗ-82 – ведучі, ведені і керуючі.

У тракторах на задні колеса припадає основне навантаження до 70% від сили ваги, з метою покращення зчеплення коліс з опорною поверхнею.

Трактори з передніми ведучими колесами називаються тракторами підвищеної прохідності.

Колесо складається з металевої пластини (обода, диска) і еластичної гумової шини. Розрізняють колеса дискові і бездискові. Перші знайшли ширше застосування.

Шини бувають камерні і безкамерні. Камерна має покришку, камеру і ободну стрічку.

Розміри шин вказують в дюймах, надписи роблять на бокових поверхнях шин.

Маса гусеничного трактора через рушій розподіляється по значно більшій опорній поверхні, ніж у колісного. Цим забезпечується краще зчеплення з ґрунтом, менше буксування, стабільні тягові властивості, можливість розвивати високі тягові властивості у порівнянні з колісними машинами. Підвищена прохідність по сипких і вологих ґрунтах.

До недоліків гусеничного рушія відноситься: висока вартість, підвищена металоємкість, складність конструкції і більша витрата часу на обслуговування.

До конструкцій ходової частини трактора висуваються такі основні вимоги: еластичність підвіски, надійність зчеплення з ґрунтом, зручність експлуатації, регулювань і заміни ланок, зменшення шуму при русі.

Рушій складається (рис. 90) із гусениці 1, обводу, ведучого колеса 2, опорних катків 3, направляючого колеса з натяжним пристроєм 4 і підтримуючих роликів. 1,2,3,4,5 – утворює гусеничний обвід.

 

Рис. 90 Схема гусеничного рушія

 

Гусениці за конструкцією шарнірів поділяють на відкриті і закриті, або захищені. Крім цього, провідні зарубіжні фірми, а також Харківський тракторний завод пропонують варіанти армованої гумової гусениці.

Ведуче колесо (зірочка) виготовляється у вигляді ступиці з прикрученими до неї (або відлитими, як одне ціле) зубчастий вінець. Зачеплення ведучого колеса з гусеницею цівочне, тобто зуб ведучого колеса входить у зачеплення з цівкою, утвореною втулкою ланки.

Направляюче колесо може мати кривошипне або повзункове натяжні пристрої, а за способом регулювання їх поділяють на механічні і гідравлічні.

Якщо підвіска гусеничного рушія пружна балансирна, то її конструкція, крім вище перерахованого, включає: опорні котки, амортизатор направляючого колеса, підтримуючий ролик.

 

ЛЕКЦІЯ № 18