Некоторые вопросы перераспределения осевых нагрузок между лесовозным тягачом и полуприцепом-роспуском

• 1.    Введение

• 2.    Материалы и методы

• 3.    Результаты и их обсуждение

Основное условие эффективной работы лесозаготовительных предприятий — ритмичность, использование сезонных преимуществ и максимального количества календарных дней года, а также увеличение коэффициента сменности [7].

Ритмичность работы предприятия зависит, прежде всего, от лесовозного транспорта, являющегося главной составляющей капитальных вложений и себестоимости лесопродукции.

Одним из действенных путей повышения эффективной работы является проходимость лесовозных автопоездов, особенно эксплуатируемых в лесных районах страны, и активизация колёс прицепного состава [12]. В этом случае увеличение сцепного веса автопоезда достигается за счёт использования веса, приходящегося на ось прицепа.

Данное исследование посвящено изучению взаимодействия звеньев сцепки лесовозного автопоезда при перераспределении осевых нагрузок, действующих на лесовозный тягач и активный полуприцеп-роспуск, для повышения их надёжности и, как следствие, безотказной работы [13—15]. Также получены и приведены формулы для расчёта коэффициентов перераспределения осевых нагрузок при включении активного полуприцепа-роспуска.

Данное исследование базируется на положениях теории движения автотранспорта в условиях бездорожья. При определении количественных показателей использованы методы статистических уравнений и зависимостей с определением коэффициентов сравнения факторных и результативных признаков, а также методы решения тригонометрических уравнений и зависимостей.

При движении автопоезда с активным полуприцепом имеет место дополнительное перераспределение осевых нагрузок, влияющее на потенциальную тягу отдельных осей автопоезда [16]. На рисунке 1 показана схема сил, действующих на автопоезд с активным прицепом. В общем случае движение автопоезда неравномерное (ускоренное) на подъём.

По приведённой схеме определение нормальных реакций R 1 , R 2 и R n не представляется возможным, т. к. количество неизвестных превышает возможное число уравнений. Для определения указанных реакций рассмотрим отдельно элементы автопоезда, находящиеся в равновесии [8—10]. Пакет полухлыстов (хлыстов или сортиментов), лежащий на кониках автомобиля тягача и прицепа-роспуска, при определённых условиях будет влиять на перераспределение осевых нагрузок. Поэтому предварительно на рисунке 2 рассмотрим этот пакет, лежащий на кониках в состоянии равновесия [11].

P

Рисунок 1. Схема сил, действующих на лесовозный автопоезд

Figure 1. Diagram of forces acting on a timber truck train

Рисунок 2. Схема сил, действующих на коники лесовозного автопоезда

Figure 2. Diagram of forces acting on the conics of a timber truck train

Составим уравнения и определим нормальные реакции на кониках тягача R k _a и роспуска

Rkn• Ggcosaxl3   {GgSina+Pjg)xhgi Rka =     i                ,        ,                        (1) GgCOSaX[3   (GgSina + Pjg^Xhg^ Rkn -      (       1           ,          ,                            (2) где hgi — расстояние от центра тяжести пакета хлыстов (полухлыстов) до плоскости действия касательных сил Та и Тп.

При ускоренном движении на подъём нагрузка на коник тягача уменьшается, а на коник прицепа-роспуска увеличивается [17]. Плоскость действия сил Та и Тп находится между верхними плоскостями коника и центром тяжести пакета хлыстов [1—6]. Если хлысты (полухлысты) вызывают боковой распор стоек коника, то плоскость действия касательных сил Та и Тп перемещается ближе к верхним плоскостям коников. При этом расстояние hg^ увеличивается, и при прочих равных условиях вес пачки на кониках будет перераспределяться более значительно [18]. При значительном боковом распоре Кд1 уменьшается, что приводит к тому, что вес груза на кониках перераспределяется менее значительно. Касательные силы Та и Тп, действующие на кониках, при прочих равных условиях пропорциональны нормальным реакциям от веса пакета R^a и Rkn. Для того чтобы пакет хлыстов (полухлыстов) находился в состоянии равновесия, необходимо:

Та + Тп = GgSina + Pjg,(3)

или

Rka • p + Rkn • Р > GgSina + Pjg,(4)

где µ — коэффициент трения между хлыстами (полухлыстами) и коником.

Минимальное значение коэффициента µ , которое необходимо для удержания пакета хлыстов (полухлыстов) на кониках, определяется как

Ggcosa • p = Ggsina,(5)

или sina

Р =--= cosa

tga .

Рассмотрим силы, действующие на активный полуприцеп-роспуск при движении (рисунок 3), и составим уравнение моментов [19]:

2 ^{M   (P}kn  ^Pfn) • ^Kkp ^{+ G}n^cosa • ^^ g   ^ ^{+ R}kn ^ g  ^Rn ^ g ⁺

^{+ Т}п^.^Кд    ^ kp^ ^{+ M}fn   ( ^Gn^sina + ^Pjn ) • ^(K kp   ^Kn )   ° -

Касательная сила тяги реализуется по сцеплению, т. е.

R kn = R n •

,                                   (8)

где ϕ — коэффициент сцепления колёс с дорогой.

При движении лесовозного автопоезда по грунтовым дорогам (мягкий грунт) сопротивление качению определяется как потерями в шине, так и в грунте (образование колеи) [20—21]. Свободная сила тяги определяется как

Pkn-Pfn = Rn • p - Rn • f = Rn (p - n,

где f — коэффициент сопротивления качению.

Учитывая, что

Mfn = Rn^fTk,

где Tk — радиус колеса.

Находим:

r   G_n^cosa'^lg^—l_n⁾+R]_<;rilg⁺ T_n(_h. g-h. jq-^        (G-_n^sил^a+Pj_n)• (hkp-h-n)

ⁿ           lg-⁽V-f)-hkp-fTk                lg-⁽V-f)-hkp-fTk '

Рисунок 3. Схема сил, действующих на активный полуприцеп

Figure 3. Diagram of forces acting on an active semi-trailer

Считая движение равномерным и Т_п = (1 • К^_п, получим:

Rn =

G_n(Zg-Z_n)■(coscr-sincr

^kp-^n ^g-ln

lg^-(V^-fyhkp—f'^rk

+

GJ^co^^^

lg""(V-fyhkp-f"rk

В статическом состоянии при а = 0 и К =

69/

/Сп

нормальная реакция составит:

• ^{9 9} 3^{+ С}п⁽^д^-^п⁾

  
  

Rnc =            7            ■

При движении коэффициент перераспределения нагрузки на колёса полуприцепа-роспуска

составит:

V — _^2L ^n

^nc

(l_g^-l_n>^cosa^-slⁿa^h^_^

^(lg^-(p-fyhkp^-P‘k)^^lg^-ln^+K^"^g[³) g

+

+

Kfc^cosa+slna^

^(lg^-(p-fWkp^-P^Tk⁾\}g^-ln^+K/"^g[³^   g

Если толкающее усилие Pkp от полуприцепа-роспуска к тягачу передаётся через «дышло», то величину Pkp можно определить как

GnUa-ln>(cosa-slna-, ,Л

^Pkp = ^"Л\   —

^(lg ^(рJ) ^kp J ‘ k

Gn(lg-⁽hkp—f "^rk)"sina

+ (.^lg^-(p-fyhkp^-P^rk⁾

^^g[g[3-( c os a-s in a^^¹) ।       ^{[                         [}3 ) x

^(lg^-(p-f'⁾^hkp^-f^rk⁾

x (1+lg • (^g— hkp^ - lg^(ip-f) • (tg - (^ - ^) 'h*p~f'r^)).

При равномерном движении нормальная реакция в сцепном устройстве N будет

определяться:

N =

^n(^lg ^ln

^•(cosa-sln.a^

^kp—^n ^[g^-[n

)

(.lg-(.^p-f)’h-kp-^f-rk⁾

— Gncosa +

^^g[g[3- (cosa+slna^^^g1) ।       ^{[                         [}i ) x

^(lg^-(p-f⁾^hkp^-f^rk⁾

^{X (1 +}h " ^(hg— ^hkP^ — _lg^(^lp_-f) " ^(tg— ⁽Ф^—^ '^hkp^—f' ^rk⁾⁾.

На рисунке 4 показана схема сил, действующих на тягач. Определим R1 и R2 при равномерном движении автопоезда с малой скоростью (Pw = 0).

У,М — R1 ⁽L ^{— t}_a) + Mf1 + Mf2 + ^(pki ^{— p}fi)h_a + ^(pk2 ^{— p}f2 )h_a +    (17)

+ ^Rka ⁽^a   ^k) + Td^hg   ^hkp⁾ + Pkp(^ha ^hkp⁾

- ^R2^a - ^N(.^a⁺^kp) = ⁰,

GaCosa + Rja - Ri - R2 - N = 0.                  (18)

Рисунок 4. Схема сил, действующих на тягач

Figure 4. Diagram of the forces acting on the tractor

Примем:	Mfi + Mf2 — (R1 + ^2) f ■ Гк, Pki-Pfi = R1(ф-f),                        (19) Pk2—Pf2 = R2(^-f).
Находим:	D _ GaCOSaXL-la — (y—fyha+fTk') R?                         + 2                   L Gg(cosa[l-lg)-sina-hg) +              X L                                             (20) X[^ -^к - (Ф - D ■ ha+ f"Гк+^" [hg - hkp)]+ . Pkp^ka-hkp^-N^L+lkp+^-f^ha+f^rk) . L

Соответственно, коэффициент перераспределения нагрузки

_ P2 _   GaCOSa^(L-la-(^-f)^ha+fTk) m2    R2c             ,gG^G-l3')-I^-lk')nG^+I-k-lkp) + 2c     Ga(L la)+--------?---------1-------?------- l                    lg Gg(cosa[l-lg)-sina-hg') -1lX c      i    Gg(l-l3)(L-lk), Gnln(L+lkp) Ga(L la)+       l        1      lg                                         (21) X [L - ^k - (Ф - f) " ha + f "Гк + Ф" [hg - hkp)] + . Pkp(ha-hkp)-N(L'+lkp + (^-f)^ha+fy[k) + r rI GgG--l-"l^-lkGnGnln(L+lkp) , Ga(L la)+         ,         1       , l                    lg где R2C — нормальная реакция на заднюю ось автомобиля при статическом состоянии.

Нагрузка на переднюю ось тягача составит:

R1

G_acosa^(L-l_a-(^-f)^h_a+fT_k') —

L

+

Gg(cosa[l-lg^-sina-hg1) l

L

X

Х \к - (Ф — f) ' ^а- f Тк + ^- [hg — hkp) - ^ ■ ^hg - ^р^ -

Pkp(ha^-h_kp)+N^(l_kp + (^^-f)^ha+^f^r_k⁾ L------------------------------.

Соответственно, коэффициент перераспределения нагрузки

_ _ Ri_ Gacosa-(la4p>-f)-ha+f-г_к) ,

¹     R1C       r 1 , ^Gg^(l-l3^)lk ^Gn^lnl_kp

1c      G ala + ll

Gg (cosa(l-lg')-sina-hg₁)

• -I__l у

• Gg(l-l3)lk Gnlnlkp

• 4.    Заключение и основные выводы

Gala+----1---lg— у Vk - (Ф - D ' ha- f тк + ц- (hg - hkp) - ^ - (hg - hkp]] -

Pkp(ka^—hkp)⁺N^(lkp ^{+ (}(^p—f⁾^ha⁺f^^rk⁾

r , Gg(l-l3)lk Gnlnlkp

Gala+      ii ll где Ric — нормальная реакция на переднюю ось тягача при статическом состоянии.

Таким образом, анализ формул показал, что при отключении активного полуприцепа-роспуска передняя ось тягача разгружается, а задняя, наоборот, догружается. При проектировании лесовозных автопоездов с активными полуприцепами необходимо в расчётах учитывать перераспределение нагрузок и определять наиболее рациональные осевые развесовки.