Способ снижения потерь в ведущей оси со спаренными колесами полноприводных машин
METHOD OF TRACTOR MACHINES DRIVE AXLE WITH PAIRED WHEELS LOSSES REDUCTION

Изобретение относится к автотракторному машиностроению, а именно к способам снижения отрицательного влияния кинематического несоответствия в трансмиссии полноприводных машин с шинами равного размера.
Известен способ снижения отрицательного влияния кинематического несоответствия между ведущими осями 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., с. 8-18).
К недостаткам известного способа относится то, что одновременно с устранением отрицательного влияния кинематического несоответствия машина становится неполноприводной. Последнее приводит к снижению тяговых и эксплуатационных показателей машин.
Известен способ снижения отрицательного влияния кинематического несоответствия в трансмиссии полноприводных машин путем изменения кинематического несоответствия заменой (переводом) блокированного привода на дифференциальный, который реализуется с помощью комбинированного (дифференциального с принудительной блокировкой) межосевого привода (Ю.А. Пирковский, к.т.н. 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 данного способа относится то, что при дифференциальном приводе машина не может полностью использовать свои тягово-сцепные возможности, усложняется конструкция трансмиссии, повышается ее стоимость и снижается надежность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ снижения отрицательного влияния кинематического несоответствия с помощью изменения давления воздуха в шинах в зависимости от вида опорной поверхности, а также перераспределения нормальных реакций по ведущим осям (Патент №2202477, МПК В60С 23/00, опубл. 20.04.2004 г., бюл. №11), в котором:
ст
св
ш
вн
0,75
r = r – (К × R / (1 + Р)), (1)
ст
где r – статический радиус колеса;
св
r – свободный радиус колеса (R = 0);
ш
К – коэффициент деформации шины;
R – нормальная реакция, действующая на колесо;
вн
Р – внутреннее давление воздуха в шине.
К недостаткам известного способа относится следующее: необходимость использования дополнительного оборудования, так как вначале устанавливается определенное давление в шинах ведущих осей, а затем производится перераспределение нормальных реакций по ведущим осям; невозможность использования для трактора на сдвоенных шинах; в результате применения способа не происходит  устранение отрицательного влияния кинематического несоответствия внутри ведущей оси.
Технической задачей изобретения является снижение отрицательного влияния кинематического несоответствия в ведущей оси машины на сдвоенных шинах на ее тягово-сцепные и эксплуатационные показатели.
Задача достигается изменением давления воздуха в шинах внутренних и наружных колес. Изменение кинематического несоответствия осуществляют изменением внутреннего давления, для чего во внутренних и наружных шинах устанавливают разное давление воздуха.
В отличие от прототипа изменение величины кинематического несоответствия внутри ведущей оси осуществляется с помощью различных давлений воздуха в шинах внутренних и наружных колес в зависимости от вида опорной поверхности за счет изменения статических радиусов внутренних и наружных колес.
Техническое решение поясняется фиг.1, на которой изображена схема ведущей оси машины на сдвоенных шинах, и фиг. 2, на которой представлен график  зависимости изменения нормальных реакций на внутреннем и наружном колесах в зависимости от величины а.
Способ осуществляется следующим образом. В шинах внутренних колес устанавливают оптимальное давление, необходимое для проведения обработки почвы в зависимости от вида операции. Делается пробная ездка на том участке, где будет проводиться данная операция обработки почвы. Визуально определяют глубину колеи, оставленную наружным и внутренним колесами. При правильном выборе давления глубина колеи одинакова. Если наружное колесо оставляет более глубокую колею, чем внутреннее, то производится уменьшение давления в шине наружного колеса. В случае обратного эффекта производят увеличение давления в шине наружного колеса. При транспортировке агрегата ведущими являются внутренние колеса.
При соединении колес с ведущей осью угловые скорости внутреннего и наружного колеса равны:
н
вн
о
ω = ω = ω,(2)
н
где ω - угловая скорость наружного колеса;
вн
ω - угловая скорость внутреннего колеса;
о
ω - угловая скорость ведущей оси.
Однако статические радиусы колес не равны между собой:
стн
ствн,
r≠r (3)
стн
где r - статический радиус наружного колеса;
ствн
r - статический радиус внутреннего колеса.
Основной причиной неравенства статических радиусов колес ведущей оси при прочих равных условиях является неравномерное распределение нормальных реакций между внутренними и наружными колесами
н
вн,
R≥R (3)
н
где R - нормальная реакция наружного колеса;
вн
R - нормальная реакция внутреннего колеса.
н
вн
Так как l ≠ l (4)
Неравенство статических радиусов внутренних и наружных колес приводит к их различной окружной скорости
вн
н
V = V,(4)
вн
где V - поступательная скорость внутреннего колеса;
н
V - поступательная скорость наружного колеса.
вн
ствн
вн ,
V = r × ω (5)
вн
где V - поступательная скорость внутреннего колеса;
ствн
r - статический радиус внутреннего колеса;
вн
ω - угловая скорость внутреннего колеса.
н
стн
н
V = r × ω,(6)
н
где V - поступательная скорость наружного колеса;
стн
r - статический радиус наружного колеса;
н
ω – угловая скорость наружного колеса.
вн
н
н
вн.
Так как ω = ω, а r≠r
При различной окружной скорости внутренних и наружных колес их поступательные скорости равны:
вн
н.
V = V
Это явление получило название кинематического несоответствия, которое определяется следующим выражением.
Н
где К – величина кинематического несоответствия;
н
V - поступательная скорость наружного колеса;
вн
V - поступательная скорость внутреннего колеса.
к
Выравнивание поступательных скоростей внутреннего и наружного колес происходит за счет проскальзывания колеса, имеющего меньшую окружную скорость, последняя приводит к снижению касательной силы тяги трактора ΔР, которое описывается выражением:
к
i
i ,
ΔP = ΔV×R×φ
где ΔV – разность окружных скоростей внутреннего и наружного колес;
i
R – нормальная реакция на проскальзывающее колесо;
i
φ – коэффициент сцепления проскальзывающего колеса.
Кроме этого колесо, имеющее больший радиус качения, создает более глубокую колею (фиг.2), образование которой связано с дополнительной потерей касательной силы тяги и увеличением расхода топлива.
Как было установлено ранее (1), статический радиус колеса определяется нормальной реакцией, действующей на колесо, и давлением воздуха в шине. Величина нормальных реакций, действующих на внутреннее и наружное колеса, определяется следующими выражениями (Гребенников М.Н. Расчет многопролетных неразрезных балок. Учебное пособие. Научно-аэрокосм. ун-т. Харьков. Авиационный ин-т. 2010. – 46 с.):
Из графика на фиг. 2 видно, что с увеличением расстояния а  нагрузка на внутреннее колесо увеличивается, а на наружное уменьшается. Следовательно, для выравнивания статических радиусов колес следует устанавливать соответствующее давление в шинах внутреннего и наружного колес.
2
2
В результате проведенных исследований на тракторе JohnDeere установлено, что в результате изменения давления в шинах наружного колеса с 1,2 кг/см до 0,8 кг/см произошло снижение расхода топлива на 8,6%.