2.dinamica Sistemului de Rulareanvelopa Tractopului [PDF]

Zitiervorschau

2. DINAMICA SISTEMULUI DE RULARE A TRACTORULUI 2.1. Proprietățile fizico-mecanice ale solului Tractoare pentru scopuri tehnologice lucrează, în principal, în condiţii de camp. O proporție semnificativă a traficului de transport în agricultură este realizată pe drumuri de teren și de câmp. Propulsia tractoarelor acţionează

asupra

straturilor

superioare ale solului. Prin urmare, cunoașterea proprietăților fizice și mecanice ale solul și natura proceselor care au loc la interacţiunea roților și a şenilelor cu solul sunt elementele de bază pentru teoria tractorului și îmbunătățirea proprietăților de performanță lui. Proprietățile fizico-mecanice ale solului au o mare importanţă pentru deplasarea autovehiculelor destinate pentru a se deplasa pe terenuri accidentate sau pe terenuri fără drumuri. Solul ca orice corp dispers poros are proprietăţile sale fizice şi mecanice ce se disting prin anumite particularităţi: porii solului care conţin aer, apă şi microorganisme, din acest motiv solul trebuie considerat un corp format din părţi solide, lichide, gazoase. Proprietăţile fizico-mecanice ale solului care caracterizează interacţiunea sistemului de rulare a tractoarelor cu terenul (câmpul) sunt: Structura care este conținutul relativ în sol (în %) al bulgărilor de dimensiuni mai mari și mai mici de 10 mm, așezarea lor la adâncimea stratului de arătură. Structura solului depinde de cantitatea părții organice (humusul), de cantitatea și de tipurile microorganismelor vii, de clima (căldura, umiditatea), de fărâmițarea în bulgări de dimensiunile 0,25… 10 mm, de gradul de tasare și de prăfuire a solului cu mecanismul de rulare al automobilelor, care măresc dimensiunile bulgărilor și pulverizează stratul de la suprafața solului. Umiditatea solului este raportul între masa apei care se conține într-o unitate de volum a solului și masa acestei unități de volum în procente. Umiditatea solului variază între limitele 4… 20%. Duritatea caracterizează rezistența solului la forfecare. În timpul deplasării autovehiculelor, datorită interacțiunii roților cu solul, apar următoarele fenomene: deteriorarea locală a structurii solului; presarea și ruperea unor 34

complexe separate de sol; apariția forțelor de frecare, atât între sistemul de rulare și sol, cât și între complexele de sol dislocate; formarea câmpurilor de tensiuni normale și tangențiale în jurul fiecărui element al mecanismului de rulare care se transmit în adâncime în diferite direcții față de locul aplicării sarcinii, prin presarea și deformarea solului. Adâncimea făgașului (căii), format de roți (şenile) depinde de capacitatea solului de a suporta tensiunile menționate și de forța de aderență. De aceea, rezistența solurilor la solicitarea de compresiune și forfecare reprezintă parametrul principal, care influențează la calitățile de tracțiune și aderenţă ale tractorului. Tensiunea la comprimare a solului depinde de deformația lui. Totodată, trebuie menționat, că la aceeași deformație h a solului tensiunea la compresiunea d are valori diferite pentru diferite soluri. Procesul interacțiunii sistemului de rulare cu solul este caracterizat mai complet de relația: k

d = δ 0 ∙ t h δ ∙ h, 0

(2.1)

unde: δ 0 este capacitatea portantă (tensiunea maximă la compresiune) a solului și caracterizează valoarea presiunii la care deformația începe să crească fără a mări sarcina exterioară asupra suprafeței respective; k- coeficientul deformării volumului solului. Rezistența solului la deviere (mișcare) se apreciază, în principiu, prin forțele de aderență și frecare internă dintre particulele solului. Forța maximală de deviere se poate aprecia după legea lui Colon; F = F 0 + N ∙ tgj,

(2.2)

unde: F 0- sunt forțele moleculare și capilare de aderență; N- presiunea normal la sol; j- unghiul de frecare internă a solului. Cu majorarea presiunii normale, forța maximală de deviere Fo la început crește brusc, iar mai departe intensitatea majorării se micșorează. La dezvoltarea deformațiilor în sol influențează nu numai valoarea, dar și caracterul sarcinii, viteza de aplicare și durata acționării. Dupa proprietățile fizice și mecanice ale solului, în mare măsură, sunt dependente calităţile de exploatare a tractoarelor. 35

2.2. Roţile de tractor Roata de tractor ca element motor şi ca element de susţinere trebuie să consume o cantitate de energie cat mai mică pentru rostogolire. Roata de tractor se compune din partea rigida (roata propriu-zisa) şi o parte elastica (pneul). Părţile componente ale roţii propriu-zise sunt: janta, butucul, elementele de legătura ale butucului cu janta. Legătura dintre butuc şi jantă se realizează, în general, prin intermediul unui disc. Construcţia unei roţi cu disc se compune din butucul pe flanşa căruia se fixează discul, prin intermediul şuruburilor şi din jantă, nituită pe disc, capacul, menţinut de arcurile lamelare acoperă butucul şi discul. Discul se fixează de jantă prin sudare sau nituire, iar de butuc cu şuruburi sau prezoane. Pentru a-i reduce greutatea şi pentru ventilaţie, discul este prevăzut, în general, cu găuri. Janta este partea roţii pe care se montează pneul. Jantele roţilor sunt de două feluri: adânci (nedemontabile) şi plate (demontabile). Jantele adânci se utilizează la toate autoturismele moderne, iar canalul din mijloc serveşte la montarea şi demontarea anvelopelor. Jantele plate se utilizează la tractoare, deoarece construcţia jantei uşurează montarea anvelopelor grele care au marginile mai rigide. Roata de tractor reprezintă un element esenţial în comportamentul rutier, ea fiind singurul element de legătură între vehicul şi drum Roţile de tractor îndeplinesc următoarele cerințe: siguranța în exploatare, confortul și economicitatea. Siguranța în exploatare asigură cerințele de tracţiune, aderentă cu calea de rulare pentru diferite regimuri și condiții agrotehnice, etanșeitate, stabilitate și maniabilitate. Confortul depinde în mare măsură de abilitatea roţii de a prelua șocurile și vibrațiile, de a amortiza oscilațiile și de a diminua zgomotul produs în timpul rulării autovehicului. Economicitatea unei roţi este condiționată, în principal, de costul de fabricație, durabilitate și fiabilitate. In funcţie de destinaţie, rotile de tractor se clasifica în: 36

*

roţi motoare, care îndeplinesc funcţia de element de susţinere şi de element

motor; * roţi de

direcţie (ghidare), care servesc ca element de susţinere, precum şi ca

element de ghidare; * roţi combinate, care îndeplinesc funcţia roţilor motoare şi a roţilor de ghidare; * roţi de susţinere, care îndeplinesc numai funcţia de element de susţinere. Pneul pentru autovehicule reprezintă ansamblul format din anvelopă, camere de aer, banda de jantă montată pe jantă (figura 2.1). La autovehiculele grele anvelopele se montează pe jante de tip plat, iar la autovehiculele uşoare pe jantă de tip adânc. O răspândire largă au pneurile fără cameră, care prezintă o siguranţă mărită în exploatare. Pentru autovehiculele de teren se folosesc pneurile cu profil în arc, numite şi superbalon. Principalele cerinţe de exploatare impuse pneurilor pentru autovehicule: - realizarea unei aderenţe cât mai ridicate la drum (la cămp) în cele mai variate condiţii de rulare; - amortizarea eficace a şocurilor survenite din cauza drumului (cămpuli); - siguranţa la viteze de deplasare; - durabilitatea maximală în exploatare; - capacitatea mare de preluare a sarcinilor dinamice şi a nivelului de zgomot cât mai redus în timpul rulajului.

37

Fig. 2.1. Tipuri caracteristice de pneuri: a - cu camera de aer montat pe janta plată; b – cu camera de aer, montată pe janta adâncă; c – fără camera de aer (Tubeless); 1 – anvelopă; 2 – camera; 3 – janta; 4 – banda de jantă; 5 – ventil; 6 – strat de etanşare; 7 – garnitura de etanşare a ventilului; B – lăţimea anvelopei; H – înălţimea anvelopei; D – diametru de montare pe jantă Dimensiunile de notare a pneurilor: D – diametrul de montare pe jantă; B – lăţimea (balonajul) profilului anvelopei; H – înălţimea profilului anvelopei. Dimensiunile sunt exprimate în ţoli (inchi) sau milimetri. În funcţie de raportul H/B, se face şi clasificarea pneurilor, în: - pneuri toroidale (obişnuite) la care H/B este egal 0,95...1,15; - pneuri ovale (late), la care H/B = 0,5...0,7; - pneuri eliptice, la care H/B = 0,3...0,4; - pneuri cilindrice, la care H/B = 0,2...0,3. Anvelopa tractorului este cea mai mare si cea mai scumpa piesa. In functie de marca si marime, pretul unui set de anvelope poate ajunge pana la 8-12% din valoarea de achizitie a tractorului. Ca urmare, din punct de vedere financiar este recomandata alegerea si utilizarea lor corecta.

38

In agricultura, in primul rand, o anvelopa de tractor are tractiune buna, evitarea compactarii solului, iar in trafic caracteristici bune la rulare. Anvelopa (figura 2.2) constituie partea cea mai complexa a pneului si este formata din: carcasă, cordonul de protectie, talonul intarit cu cabluri de otel, breker, banda de rulare si peretele lateral.

Fig. 2.2. Scheme constructive de anvelope: a- constructie diagonala; bconstructie radiala Carcasa care constituie scheletul anvelopei, preia in timpul exploatarii cele mai mari eforturi care apar. Ea consta dintr-un numar de straturi de tesatura speciala (pliuri) numite straturi de cord. Materialul din care este executat cordul poate fi: bumbac, fibre de sticla, fibre poliamidice, fire metalice. Calităţile cele mai bune le prezintă firele de cord din nylon (rezistenţa la rupere 800…900 MPa) şi din oţel (rezistenţa la rupere – 2300…2700 MPa). Numărul par de straturi de ţesătură cord suprapuse variază, în general, între 2…24 (mai des de 4). Firele de cord sunt imbracate intr-un amestec de cauciuc special pentru a înlătura frecarea dintre ele care le uzeaza. Grosimea unui strat este de 1-1,5 mm, iar diametrul firelor este de 0,6-0,8 mm. Aprecierea rezistentei diferitelor anvelope se face cu ajutorul pliurilor echivalente (Ply Rating-P.R.), care reprezinta numarul conventional de straturi de retea de cord. Numarul efectiv de pliuri poate fi diferit de cel echivalent, functie de rezistenta firelor utilizate. Carcasa are un numar cu sot de straturi de cord cauciucat, fiecare strat de cord avand firele orientate in sens opus stratului urmator.

39

Pentru a asigura elasticitatea anvelopei, proprietatile de rezistenta si de amortizare, in conditiile unor deformatii repetate, firele stratului de cord se aseaza sub un anumit unghi in raport cu planul median al anvelopei. În functie de acest unghi exista doua tipuri constructive de anvelope, si anume:  anvelope cu carcasa in constructie diagonala (figura 2.2a), la care unghiul de dispunere al firelor de cord este α=38°-45°. Aceste anvelope au avantajul unei stabilitati axiale buna, ale unui coeficient de rezistenta la rulare acceptabil, dar au dezavantajul unei rigiditati laterale mari;  anvelope cu carcasa in constructie radiala (figura 2.2b) la care unghiul de dispunere al firelor de cord este α=90°. Prin marirea unghiului a se obtine o elasticitate radiala mare si un coeficient de rezistenta la rulare redus la viteze mici de deplasare. Datorita unei durabilitati si economicitati mai ridicate, anvelopele radiale au capatat o utilizare mai larga in comparatie cu cele diagonale. Micsorarea unghiului a are ,ca urmare, scaderea coeficientului de rezistenta la rulare pentru viteze mari, stabilitate laterala buna si o reducere a elasticitatii radiale, fapt care face ca astfel de anvelope sa fie folosite la automobilele sport ( α =30°-55°) si la automobile de curse ( α =26°). Constructia radiala se caracterizeaza prin pliuri paralele (impletituri din nylon, polyester, fibra de sticla si, actualmente, mai rar din otel imbracate in cauciu care fac un unghi de 90o cu planul de rulare, stabilizarea facandu-se printr-o armatura. Aceste pliuri, cunoscute in mod normal sub denumirea de carcasa, alcatuiesc un perete lateral extrem de flexibil care permite o amortizare buna a neregularitatilor, dar nu prezinta stabilitate directionala. Aceasta este realizata cu ajutorul unor insertii metalice în pereții laterali. Calea de rulare a anvelopei este realizata din mai multe straturi alcatuite din otel, fibra de sticla și textile asezate la unghiuri de aprox 20 o față de planul căii de rulare. Acestea ajută la stabilizarea căii de rulare în timpul virajelor, menținând o suprafață cît mai mare în contact cu șoseaua. Cea mai mare parte a anvelopelor radiale utilizate, actualmente, sunt alcatuite din 2 pliuri care alcatuiesc carcasa și peretele lateral și calea de rulare realizată din 1 - 2 straturi de oțel sau 2-6 straturi de împletitură. 40

Anvelopele de construcție diagonală sunt realizate din 2 sau mai multe pliuri care se extind de la un cîlcâi al talonului la celalalt, cu fibrele înclinate la 35 0 - 400 și direcție alternantă de la pliu la pliu. Unghiurile mari sunt foarte bune în cazul amortizarii socurilor, cele mici prezentând stabilitate direcțională mai bună. In ciuda faptului, că pereții laterali la acest tip de anvelope sunt mult mai rigizi, decat în cazul anvelopelor de construcție radială, în viraje, anvelopa diagonală permite căii de rulare o deflexie mult mai puternică, încărcând astfel foarte mult umerii anvelopei. Talonul are rolul de a asigura fixarea anvelopei pe jantă. El se compune din mai multe fascicule inelare din sârmă de oţel învelite în benzi de cauciuc, peste care sunt înfăşurate capetele pânzelor de cord. Flancurile, compuse dintr-un strat de cauciuc elastic (1,5…3 mm) au rolul de a proteja carcasa anvelopei împotriva deteriorărilor mecanice şi a acţiunii mediului ambiant. Perna de protecţie (brekerul) este elementul de legătură dintre carcasă şi protector şi este constituită din 2…4 straturi la cord şi lăţimea ei depăşeşte puţin pe cea a protectorului.

Fig 2.3. Constructia anvelopei radiale in detaliu Protectorul reprezintă componentul de pneu care realizează contactul direct a avelopei cu drumul în timpul rulării. Protectorul se fabrică dintr-un strat de cauciuc cu rezistenţă mecanică, elasticitate 41

şi rezistenţă la abraziune ridicată. Grosimea protectorului la pneurile pentru autovehicule grele constituie 14,5…32 mm, iar la pneurile autoturismelor – 11,0…17,5 mm. Suprafaţa protectorului, numită bandă de rulare are imprimată un profil format din proeminenţe şi canale după o anumită geometrie. Geometria protectorului trebuie să asigure aderenţa corespunzătoare, rularea fără zgomot, rezistenţa minimă la rulare, răcirea bună a pneului, evacuarea peliculei de apă dintre pneu şi drum, mărirea capacităţii de trecere ş.a. Pentru automobilele de teren se produc anvelope cu desenul protectorului de următoarele tipuri: XRH, XPC, XTT şi XZL. Camera de aer (figura 2.4) este constituită dintr-un tor de cauciuc prevăzut cu o supapă, prin care se introduce aer sub presiune. Are rolul de a menţine o anumită configuraţie a pneului şi trebuie să îndeplinească o serie de condiţii specifice. Din punt de vedere a mediului, dar și din punt de vedere financiar trebuie să evităm tasarea excesivă a solului. Gradul de tasare a solului este influentat de presiunea aerului din anvelopă. Dacă scădem presiunea aerului din anvelopă (luănd în calcul capacităţile de incărcare a anvelopei la o anumită presiune și viteza de operare), reuşim să scădem și compactarea solului.

Fig. 2.4. Camera de aer cu sertar: а - anvelopa; б -sertar; 1 - protector; 2 - strat moale; 3 -carcasa; 4 - flanc; 5-bord; 6 - inel metalic; 7 - janta; 8 ventil; 9 -disc; 10 - camera de aer; 11 - capac-cheie; 12- niplu-sertar; 13 - garnitură; 14 supapa; 15 - tija ghidajului; 16 - arc; 17 - capac de susţinere; 18 - corp; 19 - piuliţa; 20 talpa-corp 42

După domeniul de utilizare şi presiunea interioară se disting trei clase de pneuri: - de înaltă presiune (0,3…0,75 MPa), utilizate la tractoare şi la autovehiculele grele sau mijlocii; - de joasă presiune (0,14…0,25 MPa), destinate pentru autoturisme; -

- pneuri de ultrajoasă presiune (0,03…0,08 MPa), utilizate la tractoare, la autovehicule pentru terenuri cu grad de deformabilitate ridicat. Pneul fără cameră de aer (Tubeless) se deosebeşte prin prezenţa a unui strat de cauciuc depus pe primul strat al carcasei, care asigură ermiticitatea anvelopei la aşezarea ei pe jantă. Particularităţile constructive ale pneului fără cameră de aer sunt următoarele: - masă mai mică şi răcirea bună a pneului; - siguranţă sporită a pneului în exploatare; - montare şi demontare calificată pe standuri speciale; - simplitatea reparaţiei în caz de străpungere a pneului; - necesită jante cu profile speciale şi de o fabricaţie exactă cu cusătură sudată ermetic; - două proeminenţe speciale (în formă de inel) “Hămp” pentru fixarea anvelopei. Marcarea anvelopelor. În Sistemul European “Eurometric” de marcare a anvelopelor, parametrul principal este acceptat – lăţimea convenţională a profilului anvelopei (B). Anvelopele normale şi radiale se deosebesc nu numai după construcţie, dar şi după modul de marcare. De ex., anvelopa normală se marchează: 6,15-13/155-13, unde: 6,15–lăţimea convenţională a profilului anvelopei (B) în ţoli (1ţol=1inch=25,4 mm); 13 – diametru de montare (D) a anvelopei pe jantă în ţoli; 155 – lăţimea convenţională a profilului anvelopei în mm. Anvelopa radială are o marcare dublă în milimetri şi în ţoli. De ex., anvelopa radială cu marcarea: 165/70 R13 78S Steel Radial Tubeless înseamnă: 43

165 – lăţimea convenţională a profilului anvelopei (B) în mm; 70 – raportul dintre înălţimea profilului anvelopei (H) către lăţimea ei (B), %; R – anvelopă radială; 13 – diametru de montare a anvelopei pe jantă în ţoli; 78 – index convenţional a capacităţii de încărcare; S – index de viteză (viteza maximă admisibilă a automobilului), km/h; “Steel Radial” anvelopă radială cu fire de cord din oţel. “Tubelles” sau “TL” – anvelopă fără cameră. Raportul H/B are o influenţă esenţială asupra calităţilor de exploatare ale anvelopelor. Anvelopele cu raportul H/B în limita 0,7 (şi mai jos) au proprietăţi corespunzătoare pentru aderenţa la drum şi asigură obună manevrabilitatea a autovehicului. Anvelopele radiale moderne au raportul H/B în limitele 0,82…0,30, valoarea H/B egală cu 0,82 nu se indică în marcarea anvelopei. Începând cu H/B = 0,8 şi mai jos (peste fiecare mărime de 0,05) index: 80, 75, 70 şi a. până la 30 se indică în marcarea anvelopei. Idexul de viteză se marchează prin literele alfabetului latin şi anume: L – viteza de deplasare a automobilului, până la 120 km/h; P – până la 150 km/h; Q – până la 160 km/h; R – până la 170 km/h; S – 180 km/h; T – 190 km/h; V – 200 km/h; V – 240 km/h; W – 270 km/h; Y – 300 km/h; Z (sau ZR) – mai mult de 240 km/h (cu majorarea vitezei de deplasare a automobilului se micşorează capacitatea de încărcare a acestuia). Pe flancul anvelopei, cu excepţia marcării standardele descrise, se mai indică şi informaţia suplimentară. De ex., capacitatea de încărcare este solicitarea maximală (Maximum Load) a anvelopei în corespundere cu presiunea maximală (Maximum Pressure). Încărcătura se indică în pfunt (LBS), iar presiunea – în ţoli pătraţi (PSI) pentru anvelopele în stare “rece” (1LBS = 0,4536 kg; 1PSI = 0,0069 MPa). Anvelopele cu camere de aer se marchează “TUBE TYRE” sau “TT” (în limba germană) MIT SCHLAVCH. Destinaţia anvelopelor se marchează prin literele: P – anvelopă pentru autoturisme (Passanger) şi LT – anvelopă pentru autocamioane uşoare (Light Truck). 44

De ex.: P 195/60 R14şi LT 225/75 R15. Semnul de pe flancul anvelopei (TWI) denotă înălţimea remanentă a desenului protectorului în proeminenţele de bază. Pentru ţările Uniunii Europene înălţimea remanentă a protectorului anvelopei uzate trebuie să fie nu mai mică de 1,6 mm. În afară de semnele menţionate mai sus pe flancul anvelopei se mai indică următoarele indexuri: - de uzură TREAD WEAR INDEX; - de aderenţă TRACTION INDEX; - de temperatură TEMPERATURE INDEX. Aceste indexuri au un caracter pur teoretic, dar nu practic şi pot fi folosite numai la comparaţie a anvelopelor produse de unul şi acelaşi producător. Fiecare producător de anvelope are emblemă comercială, care este prezentată pe flancul anvelopei . Anvelopele moderne pentru autoturisme, după destinaţie, se împart în trei grupe de bază: de vară, universale şi de iarnă. Se deosebesc prin calitatea cauciucului şi desenul protectorului. Anvelopele universale (după terminologia rusească) sunt destinate pentru drumuri de orice calitate şi se deosebesc prin desenul protectorului mai adânc şi mai ramificat. Către anvelopele universale pot să aparţină şi cu marcarea europeană “M+S”, având un protector mai neted. Anvelopele de iarnă sunt destinate pentru drumurile de iarnă desăpezite, starea şi calităţile aderente a îmbrăcămintei rutiere se apreciază de la minimale (gheaţă netedă) până suficiente (zăpadă bătătorită de ger). Desenul

protectorului

are

valoarea

parametrului

E=0,55…0,65

şi

se

caracterizează prin proeminenţe adânci (10 mm), trasate longitudinal şi transversal. Anvelopele de iarnă au un indicator (săgeată), care arată direcţia rotirii roţii şi se marchează cu indexul “M+S” (Mudand show – zăpadă şi noroi) şi în caz de folosire a crampoanelor antiderapanţi – “M+S-E”. Anvelopele de iarnă cu crampoane asigură o deplasare în siguranţă a autovehicului pe drumurile de iarnă (înzăpezite). Funcţia crampoanelor constă în străpungerea peliculei umede (care joacă rol de “lubrifiant” între anvelopă şi drum), 45

care se formează în timpul iernii pe suprafaţa îmbrăcămintei rutiere şi astfel asigurând contactul stabil al roţilor cu drumul. Marcile cele mai renumite la anvelopele pentru tractoarele agricole: Michelin, Firestone, Goodyear. 2.3. Deformaţia roţilor de tractor Roţile de tractor sub acţiunea sarcinilor exterioare sunt supuse diferitor tipuri de deformaţii: radială, tangenţială, transversală (laterală) şi unghiulară. Sub acţiunea sarcinii Gr (care include şi greutatea proprie a maşinii) pneul se deformează în secţiunea radială (figura 2.5). Deformaţia este notată cu hp şi indică cu cât s-a micşorat distanţa dintre axa roţii şi suprafaţa de sprijin în comparaţie cu raza liberă ro a roţii. Prin aceasta, între pneu şi suprafaţa de sprijin, se formează o suprafaţă de contact asupra căreia acţionează reacţia normală care echilibrează sarcina pe roată Gr.

Fig.2.5. Deformaţia radială a pneului sub acţiunea sarcinii normale Mărimea hp a modificării înălţimii profilului pneului sub influenţa sarcinii verticale se numeşte deformație radială a pneului. Concomitent cu aceasta, apar deformaţii radiale şi în alte puncte ale căii de rulare a pneului, exprimate cu diferenţa între raza liberă şi raza punctului respectiv. Între deformaţia normală hp şi forţa Gr, care acţionează asupra roţii nu este o dependenţă liniară. Pe măsură ce sarcina creşte, deformaţia se micşorează (curba I, figura 2.6).

46

Fig. 2.6. Dependenţa deformaţiei pneului de sarcina normal: 1 – deformaţia radială; 2 – deformaţia după formula lui Hedekel Totuşi, în limitele sarcinilor reale care acţionează din partea autovehicului asupra roţii, cu o precizie suficientă se poate considera că, între mărimile Gr şi hp există o dependenţă liniară (dreapta 2, figura 2.6). Această dependenţă este exprimată de formula lui Hedekel: h=

Gr 2 π P a √ r0 ∙ rb

(2.3)

unde: Pa - presiunea aerului în pneul, Pa; rb - raza căii de rulare a pneului în secțiunea transversală, m. Prin urmare, deformația pneurilor depinde de presiunea aerului din ele (dependența invers proporțională) și de dimensiunile constructive. Mai depinde, de asemenea, de materialele din care este executat pneul, ceea ce determină porțiunea neliniară a curbei. Uneori, expresia 2 π Pa √ r 0 ∙ r b

se înlocuiește cu mărimea Kz, care se numește

coeficientul rigidității radiale (constanta de elasticitate). În felul acesta, vom avea: hp=

Gr G şi K z= r (2.4) Kz hp

Elasticitatea pneurilor în direcție tangențială este cu mult mai mică față de cea radială. Deformațiile tangențiale le însoțesc pe cele normale și sunt cauzate, mai ales, de momentele de răsucire (ca o consecință a forțele tangențiale), care acționează asupra roții. O parte a deformației tangențiale, care revine momentelor și forțelor

47

menționate de se numește deformație tangențială. Între raza dinamică (activă) rm a roții și momentul Mr transmis de roată, există o dependență lineară: rm=rc - Kt ∙Mr,

(2.5)

unde: rc - este raza în regim de roată condusă (mărimea foarte apropiată de raza statică); K t- coeficientul elasticității tangențiale a pneului, în I/N (mărime constantă, dacă Pa=const și Gr=const. Deformațiile tangențiale micșorează raza roții, când aceasta lucrează în regim de roată motoare și o mărește, când lucrează în regim de frânare. O importanță mare, din punctul de vedere al maniabilității, o are elasticitatea laterală a roţii (în direcția transversală, figura 2.7) . Roata autovehicului este încărcată cu o sarcină verticală Gr şi se rostogolește în planul său de mișcare în direcția indicată de săgeata V. Dacă asupra roții mai acționează o forță lateral Fz (aplicată de-a lungul axei roții), aceasta provoacă deformarea profilului pneului și modificarea formei contactului dintre el și drum. Toate acestea provoacă așa-zisa deviere a pneului, care constă în acea că roata deviază de la direcția inițială și începe să se rostogolească în direcția VI sunt un unghi δ, denumit unghiul devierii laterale. Raportul Kc=Gr/δ se numește coeficientul de rezistență la devierea a pneului, având dimensiuni N/rad. Influența principală asupra rezistenței pneului la devierea laterală o are construcția, dimensiunile pneului și presiunea aerului din el. Prin creșterea presiunii aerului în pneu se mărește rezistența la devierea laterală.

48

Fig.2.7. Schema devierii laterale a pneului Dependență lineară între unghiurile de deviere δ și forțele laterale, este corectă pentru domeniul în care devierea are loc fără alunecarea laterală a pneului. Acestui domeniu îi corespund unghiuri foarte mici care nu depășesc 3...5⁰. La valori mai mari ale unghiului, are loc o creștere rapidă a alunecării laterale a pneului, care se transformă în derapare, când aderența transversală a pneului este folosită complet. Deformația unghiulară a pneului (figura 2.8), apare dacă asupra roții încărcate cu o sarcină verticală este aplicat un moment M. Această deformaţie constă în aceea că linia medie a anvelopei a-a se înclină sub un anumit unghi ψm față de linia medie x-x a suprafeței de contact a pneului cu drumul.

49

Fig.2.8. Deformația unghiulară a pneului Raportul

dintre momentul M și unghiul ψm caracterizează rigiditatea

unghiulară a pneului. Datorită elasticității unghiulare a pneului, roata poate devia în anumite limite de la direcția ei. Rar apare o alunecare vizibilă a elementelor anvelopei față de drum. Totuși, prin majorarea, în continuare, a momentului, începe alunecarea pneului și unghiul crește progresiv. 2.4. Dinamica roţilor conduse cu pneuri În cazul rostogolirii roții pe o suprafață deformabilă, micșorarea razei roții se caracterizează prin existența unei suprafețe de sprijin relative mari și prin deformarea solului pe o anumită adâncime. Suprafața de contact între roată și sol (figura 2.9) este formată dintr-o porțiune din spate care poate fi considerată plană. Dacă rostogolirea roții are loc cu viteză constantă pe un drum orizontal, asupra ei acționează sarcina G1 care include și greutatea proprie a roții și forța de împingere Fd din partea autovehicului.

50

Fig.2.9. Dinamica roții conduse pe o suprafață deformabilă Datorită acestor forțe, apar reacții normale și tangențiale ale solului. Direcția rezultantei primei reacțiuni R1 trece prin centrul roții. Reacțiile tangențiale reprezintă forțele de frecare între pneu și sol, care tind să

rotească roata. Înlocuind forțele

tangențiale de frecare cu forța rezultantă Tp, admitem că ea este aplicată în același punct A, în care este aplicată şi reacția rezultantă normală R1. Descompunem suma geometrică a forțelor R1 și Tp în componența orizontală X1, care reprezintă forța de rezistență la rulare a roții conduse și componența verticală care este echilibrată de sarcină pe roata G1. Deplasarea punctului A aplicării reacţiii normale Y1 de la verticala care trece prin axa geometrică a roţii, duce la apariţia momentului de rezistenţă la rulare Mfp=Y1a1=G1a1. Valoarea momentului Mfp depinde de mărimea braţului a1 (de mărimea adâncimii urmei pe care o lasă roata). Cu cât mai adâncă urma, cu atât mai mare va fi braţul a1 şi momentul de rezistenţă la rulare. Coeficientul de rezistență la rulare a roţii se determină prin relaţia: f d=

Fd (2.5) G1

De unde rezultă, că coeficientul de rezistență la rulare al roții conduse se poate determina prin măsurarea forței de împingere Fd, necesară pentru deplasarea uniformă a roții cu o oarecare greutate aleasă în condițiile de drum pe un teren orizontal. În

51

calculele de tracţiune şi dinamice se utilizează coeficientul de rezistenţă la rulare al întregului automobil dat prin relația: f=

Ff (2.6) G

unde: Ff este forța totală de rezistență la rulare a întregului tractor; G - greutatea tractorului. Coeficientul de rezistență la rulare al întregului tractor este

influențat de:

diametrul și lățimea pneului; presiunea aerului din pneu; natura solului (câmpului). 2.5. Dinamica roților motoare Deplasarea tractorului, în diferite condiții de lucru, este posibilă când la roțile motoare ale acestuia realizează un moment activ, suficient de mare pentru a învinge rezistențele la înaintare. Puterea motorului, utilizată la autopropulsare se numește putere la roată Pr și se determină prin relația : Pr=Pe∙ηtr

(2.7)

În figura 2.10 este reprezentată schema forțelor și momentelor exterioare care acţionează asupra roții motoare, care se rostogolește pe un drum orizontal deformabil.

Fig.2.10. Dinamica roții motoare pe un drum deformabil În acest caz, asupra roții acționează forțele G2 și momentul motor Mr. Forța G2 reprezintă sarcina radială care acționează asupra roții, inclusiv greutatea proprie a acesteia, iar forța F2 reacția forței de împingere. Acțiunea drumului este reprezentată prin reacția totală Rm și forța tangențială de tracțiune Fm, sau forța motoare la roată, care 52

apare sub acțiunea momentului Mr. Reacția totală Rm se descompune după două direcții perpendicular, în componențele

Xm și Ym, unde Xm reprezintă forța de rezistență la

rulare a roții motoare. În cazul mișcării uniforme (V=const), ecuațiile de echilibru ale roții motoare sunt:

{

Fm + X m−F 2=0 Y 2−G2 =0 (2.8) M r −Fm ∙ r m=0

În cazul în care viteza de deplasare este o variabilă aliatoare, apare forţa de inerţie F j=M r ∙

dV dωR , şi momentul forţei de inerţie M j =I R . dt dt

Forța tangențială de tracțiune a automobilului are valoarea: F m=

M r M e ∙ i tr ∙ ηtr = (2.9) rm rm

Bilanțul de putere al roții motoare este: Mrωm= Fm ∙Vt=Fm(Vt–Vr)+Fm ∙Vr=Fm(Vt–Vr)+XmVr+F2 ∙Vr

(2.10)

unde: Vt este viteza teoretică corespunzătoare deplasării tractorului fără patinare, Vt=r m∙ωm ;

(2.11)

unde: ωm –viteza unghiulară a roții motoare; Vr - viteza reală а tractorului; Fm(Vt– Vr) - puterea consumată la patinarea roţii motoare; X m V r - puterea consumată la rularea roţii motoare;

F2 ∙Vr - puterea utilă transmisă tractorului. Prin urmare, ca rezultat al pierderilor la rulare şi patinare puterea transmisă de roțile motoare este mai mică, decât puterea transmisă lor. Pierderile menţionate sunt evaluate cu ajutorul randamentului roţii motoare ηm definit ca raport între puterea utilă transmisă şi ηm =

puterea consumată, adică:

X m ∙V r F V ( F − X m )V r M r −M rm V r = r r = r = ∙ =η fm ∙ δ M m ∙ ωm M r ∙ ωm M r ∙ ωm Mr Vt

(2.12)

unde: Mrm - este momentul de rezistență la rulare a roții motoare; ηm =

M r −M rm - caracterizează Mr

pierderile la rularea roții motoare sau la

deformarea normală a solului; 53

η δ=

V r rm = - reprezintă randamentul pierderilor la patinarea roții sau al pierderilor Vt r

la deformarea tangențială a solului. Intre patinarea δ şi randamentul η δ, există dependenţaη δ=1−δ , unde δ variază între limitele 0