Направляющее колесо — функции и правила крепления

Направляющие колеса служат для поддержания выбранного направления движении и изменения степени натяжения гусеничной цепи. Они должны обеспечивать хорошую самоочищаемость от грязи и снега.

Классификация направляющих колес производится по следующим признакам:

– по типу обода – с одинарным и двойным;

– по способу крепления: па кривошипе и на ползунах;

– по наличию амортизирующего устройства – с амортизирующим устройством и без него.

У всех гусеничных машин направляющие колеса выполняют функцию натяжных устройств. С их помощью изменяют степень натяжения гусеничной цепи, что необходимо для демонтажа гусеницы и для регулировки ее предварительного натяжения, так как в случае провисания цепи резко увеличиваются потери на самопередвижение машины, а также возможно спадание гусеницы с катков при работе.

Для изменения натяжения гусеничной цепи ступицу направляющего колеса устанавливают на коленчатой оси или на ползунах. Первый способ применяется при балансирной или индивидуальной подвеске (коленчатая ось закрепляется на остове трактора), а второй – при полужестких подвесках (ползуны устанавливаются на тележках гусениц).

В некоторых случаях направляющие колеса устанавливают не на ползунах, а на кривошипах, ось качания которых крепится на раме тележек гусениц. При вращении регулировочных гаек натяжной винт перемещает ось направляющего колеса, которая, двигаясь по дуге с радиусом, равным радиусу кривошипа, изменяет степень натяжения гусеницы.

При использовании балансирных или индивидуальных подвесок, когда тележка гусеничных рам отсутствует, направляющее колесо вместе с натяжным и амортизирующим устройством крепят на лонжероне остова трактора. В этих случаях оси направляющих колес всегда устанавливают на кривошипах, шарнирно закрепленных на остове трактора.

Ведущие и направляющие колеса

Ходовая часть обеспечивает движение машины и поддержа­ние ее остова. Она состоит из ведущих и направляющих колес, а также элементов, соединяющих колеса с рамой машины.

Ведущие и направляющие колеса обеспечивают движение машины и передают ее массу на опорную поверхность. Помимо общих для всех механизмов требований колеса должны создавать минимальное давление на грунт, оказывать небольшое сопротив­ление движению, обеспечивать высокие сцепные каче­ства с различными поверхностями независимо от их состояния, самоочищаться от налипшей почвы и снега. Более подробную информацию можно получить по адресу: https://www.habtradedv.ru/catalog/1-hodovaya_chast/86690-14589914.html.

Колеса современных строительных и дорожных машин оснащены шинами низкого давления. Шины тракторов и погрузчиков рассчитаны на работу при скоростях до 35 км/ч.

Шины имеют большую универсальность, благодаря чему можно применять тракторы и специальные шасси как на сельскохозяйственных, так и транс­портных работах с большими скоростями движения. Из-за дефор­мации шин площадь их контакта с грунтом увеличивается, что приводит к снижению давления и уменьшению разрушения струк­туры почвы.

Недостатком шин является плохое сцепление с грунтом при повышенной влажности. Однако правильным подбором размеров шин, давления и некоторыми другими мероприятиями можно умень­шить этот недостаток.

До настоящего времени не существует четких рекомендаций, позволяющих подбирать к конкретной самоходной машине шины оптимальных раз­меров, поэтому используют опытные данные. Одним из основных показателей при выборе шин является грузоподъемная сила Q. Это наибольшая нагрузка для данного внутреннего давления в шине, при которой ее радиальная деформация на твердом осно­вании обеспечивает достаточно длительный срок службы.

Существует много эмпирических формул для определения грузоподъемной силы шин. Чаще всего в качестве исходной принимают зависимость

 (80)
где F – площадь контакта; q_ср – среднее давление шины на почву.

Давление q_ср является функцией давления в шине:

 , (81)
где x – коэффициент, учитывающий жесткость шины (для шин низкого давления принимают x=1).

Предложенные формулы дают удовлетворительные результаты только для частных случаев, поэтому ими пользуются лишь при пред­варительных расчетах.

В результате экспериментов и анализав заимодействия ходо­вой части колесного трактора с почвой, проведенных в МАМИ (Московском автомеханическом институте), получено, что при работе колеса на жесткой опорной поверхности в контакте с ней находятся только грунтозацепы. В этом случае в основном деформируется каркас шины (приблизительно 80%), деформация грунтозацепов (изгиб и смятие) составляет приблизительно 20%.

При работе на мягком грунте деформируется шина и опорная поверхность. На рыхлых почвах давление по площади контакта распределяется более равномерно: чем плотнее грунт, тем больше отношение опорной площади грунтозацепов к общей площади отпечатка. При работе шин на мягкой опорной поверхности их деформация на 20-50% меньше.

Так как грузоподъемную силу устанавливают по максималь­ной радиальной деформации на твердой поверхности, то при работе на мягких грунтах допустимую нагрузку на шину (ее грузо­подъемную силу) можно увеличить (в зависимости от состава грунта) на 20-50%, при этом радиальная деформация самой шины не увеличится. Эту особенность работы на мягких грунтах необходимо иметь в виду при проектировании и эксплуатации строительных и дорожных машин на базе тракторов.

При выборе шин следует определять нагрузку на колесо с учетом его догрузки (от навесных машин и оборудования, дей­ствия силы тяги на крюке и т. п.) для конкретной компоновки машины и условий работы. Кроме того, необходимо учитывать, что шины больших диаметров обеспечивают лучшие тяговые показатели при работе на транспорте, более широкая шина улучшает плавность движения и проходимость.

Шины направляющих колес для обеспечения хорошей управ­ляемости и устойчивости прямолинейного движения оснащают продольно расположенными кольцевыми ребордами. При выборе шин направляющих колес следует иметь в виду, что при работе нагрузка на них уменьшается за счет динамической разгрузки передней оси.

Для улучшения управляемости и уменьшения сопротивления перекатыванию внутреннее давление в шинах направляющих колес больше, чем в шинах ведущих колес, и составляет 150-250 кПа.

Важным показателем шин направляющих колес, влияющим на управляемость колесной машины, является их боковая жесткость, которая оценивается коэффициентом k_y сопротивления боковому уводу. Явление бокового увода состоит в том, что при приложе­нии боковой силы к колесу шина деформируется и в результате катится не в плоскости симметрии обода, а под некоторым углом d_у к нему, который называется углом увода:

 , (82)
где Р_б – боковая сила,  ; здесь j_с – коэффициент поперечного сцепления колеса с почвой; G_к – нагрузка на колесо.

Коэффициент возрастает с повышением давления в шине, увеличением нагрузки на колесо, размеров шины. Для тракторов производства МТЗ k_y=15-25 кН/рад.

Боковой увод шин вызывает при повороте машины отклоне­ние действительной траектории движения от теоретической.

Чтобы повысить тягово-сцепные качества колесных тракто­ров, догружают ведущие колеса, оснащают их дополнительными грунтозацепами, устанавливают шины на уширенные ободы или двойные скаты, увеличивают число ведущих колес, снабжают трактора полугусеничным ходом.

Если нагрузка на ведущее колесо меньше грузоподъемной силы шины, то для повышения тягово-сцепных качеств широко используют догрузку ведущих колес следующими методами:

– устанавливают дополнительные грузы на диски колес либо на раму машины (грузы выполняют в виде отдельных элементов массой до 20 кг);

– заполняют камеры шин водой (этот способ требует больших затрат времени для заполнения водой и ее удаления);

– используют догружатели ведущих колес.

Указанные методы применяют также для догрузки направляю­щих, колес тракторов с неодинаковыми размерами колес, когда при работе с полуприцепами и навесными машинами на направ­ляющие колеса приходится менее 20% общей массы трактора. При работе на слабых почвах устанавливают дополнительные грунтозацепы различных конструкций: в виде дополнительных колес с грунтозацепами, которые привертывают к диску основного колеса; цепей, оснащенных зацепами и укрепляемых на шине и т. д.

Большое внимание уделяют повышению тяговых качеств колесных строительных и дорожных машин путем создания конструкций с четырьмя ведущими колесами.

Тяговый КПД существующих тяговых и строительных машин с четырьмя ведущими колесами значительно превосходит КПД колесных машин с двумя веду­щими колесами. Сила тяги распределяется на четыре колеса, поэтому напряженность сцепления с почвой при прочих равных условиях получается соответственно меньшей. Металлоемкость существующих универсальных тракторов с четырьмя ведущими колесами по сравнению с анало­гичным по тяговому усилию тракторами с двумя ведущими коле­сами меньше на 20-25%.

Наряду с колесным шасси специальных конструкций имеется много различных универсальных тракторов, из которых путем замены передней оси можно получить модификацию со всеми ведущими колесами (Т-40А, МТЗ-52, Л1ТЗ-82 и др.). При этом передние колеса делают меньшего размера, чем задние, и через них может быть реализо­вана соответственно меньшая сила тяги.

Более эффективны специальные шасси с колесами одинакового размера, которые получили большое распространение как в СССР (тракторы Т-150К, К-700 и др.), так и за рубежом.

Широко используют полуприцепы и прицепы с активными осями и приводом от вала отбора мощности.

Направляющее колесо и натяжное устройство

Направляющее колесо и натяжное устройство предназначены для направления движения гусеничной цепи, ее натяжения и амортизации гусеничного движителя. Натяжные устройства на тракторах применяют как кривошипного, так и ползункового типа.

Натяжное устройство с кривошипом обеспечивает перемещение направляющего колеса по дуге круга. Такое устройство применяют на тракторах с эластичной подвеской (Т-180, ДГ-75 и др.). Натяжное устройство с ползунами, обеспечивающее поступательное перемещение направляющего колеса, применяют на тракторах с полужесткой подвеской.

В качестве примера рассмотрим конструкцию и принцип действия направляющего колеса и натяжного устройства трактора ДГ-75. Направляющее колесо состоит из двух ободьев, соединенных болтами со ступицей колеса. Каждый обод соединен дополнительно со ступицей двумястами.

Ступица установлена на двух конических роликовых подшипниках на нижней оси кривошипа. Верхняя ось кривошипа установлена в скользящих подшипниках-втулках, запрессованных в передний брус рамы трактора. Ось кривошипа фиксируется гайкой. Ступица с внешней стороны закрыта крышкой с отверстием.

Внутренняя полость ступицы уплотнена торцовым сальником, состоящим из корпуса с наружным уплотаительным щитком, двух притертых колец — неподвижного и вращающегося — и внутреннего щитка. Кольцо запрессовано в корпусе и удерживается от вращения резиновым кольцом. Кольца прижаты друг к другу пружиной помещенной в резиновом чехле. Подшипники регулируют гайкой.

Масло дня смазки подшипников колеса заливают через отверстие в ступице, закрываемое пробкой. Уровень масла в полости ступицы определяется через отверстие в крышке, закрываемое пробкой.

Натяжное устройство состоит из вилки, натяжного винта с гайкой, внутренней и наружной пружин амортизатора, подвижного упора, регулировочной гайки и шаровой опоры. присоединена шарнирно ушку, которое закреплено в кривошипе. В вилке установлен натяжной винт с головкой на переднем конце. На винт надеты пружины, которые передними концами упираются в пояски вилки, а задними — в упор затягиваются на винте гайкой.

На конец винта натянута регулировочная гайка, хвостовик которой установлен в шаровой опоре, входящей в сферическую выемку кронштейна рамы трактора.

Регулировочная гайка закреплена контргайкой. Натяжение гусеничной цепи регулируют вращением гайки. При свертывании гайки ее хвостовик, упираясь в шаровую опору, перемещает винт, который через вилку поворачивает кривошип и перемещает направляющее колесо вперед увеличивая, жение гусеницы.

Натяжное устройство с помощью пружин и обеспечивает амортизацию натяжного смягчая удары при наезде трактора на препятствия.

Установка направляющих колес автомобиля

Чтобы увеличить устойчивость автомобиля при движении по прямой и облегчить управление им, шкворни поворотных цапф устанавливаются не вертикально, а с некоторым наклоном в продольной и поперечной плоскостях; колеса автомобиля также устанавливаются с небольшим развалом в вертикальной плоскости и схождением в горизонтальной.

Наклон шкворня в поперечной и продольной плоскостях способствует устойчивости движения автомобиля по прямой. Вследствие наклона шкворней при повороте колес передняя часть автомобиля немного приподнимается и под действием веса автомобиля возвращает колеса в среднее положение.

Развал колес получается в результате того, что поворотные цапфы устанавливаются с небольшим наклоном их осей вниз. Развал колес дает возможность разгрузить более слабый наружный подшипник колеса, так как возникающая осевая сила прижимает ступицу колеса к внутреннему подшипнику. Вследствие развала облегчается также поворот колес и ослабляются толчки, передаваемые рулевому механизму, так как расстояние между осями шкворней и точками касания дороги колесами уменьшается.

Схождение колес необходимо для того, чтобы колеса под влиянием сил сопротивления качению, возникающих между дорогой и колесами, не могли развернуться навстречу движению вследствие неизбежных зазоров в сопряжениях деталей рулевого управления и переднего моста.

Разворот колес привел бы к тому, что направляющие колеса, кроме качения по дороге, частично проскальзывали бы относительно дороги в поперечном направлении. Такое проскальзывание колес вызывает усиленный износ покрышек и повышенный расход горючего. Величина схождения колес определяется разностью расстояний между колесами по краям их ободов или боковин шин (Б — А), замеренных сзади и спереди на одной и той же высоте от дороги, и регулируется изменением длины поперечной рулевой тяги.