MÉCANIQUES DU CHÂSSIS du TRACTEUR • Il sera montré que le poids sur les roues d'un tracteur est important pour déterminer ses forces de traction et de résistance au roulement, donc sa force de tirage et son efficacité en traction. Ce poids dépend de: – La répartition statique, c.a.d. • le poids du tracteur • une partie du poids de l'outil s’il est porté par le tracteur – l'effet sur le tracteur des forces dynamiques qui surviennent de l'action de l'outil, c.a.d, • force(s) de tirage horizontal • force(s) vertical Lors de la conception et de l’utilisation du système tracteur – outils, il est important de prendre l'avantage de tous les forces pour augmenter (et contrôler) le poids sur la roue du tracteur en assurant encore une performance satisfaisante du tracteur et l'outil. Pour un poids optimum donné sur les roues, le minimum est fourni par le poids statique, le supplémentaire est fourni par les effets dynamiques ATTELAGE DES OUTILS L’attelage d'outils et la mécanique du châssis peut être étudié en considérant deux plans perpendiculaires – le plan longitudinal vertical passant par la ligne centrale du tracteur dans lequel nous considérons les forces symétriques tel que le poids, les réactions de la roue et l'effet direct des forces de l'outil. ATTELAGE DES OUTILS L’attelage d'outils et la mécanique du châssis peut être étudié en considérant deux plans perpendiculaires – Le plan horizontal où l'effet du moment des forces de l'outil qui ne sont pas symétriques affecteront le comportement et la direction du tracteur. Ces forces influencent l'opération du tracteur mais ne sont pas révélateurs pour les performances normale du tracteur; elles ne seront pas considérées dans ce chapitre. L’attelage d'outils aux tracteurs peut être faits de plusieurs façons. Dans ce but, le tracteur a un ou plus d’endroits d’attelages standards à l'arrière et pour quelques tracteurs à l’avant: – Attelage fixe; l'ajustement est fait manuellement. – liaisons par attelage réglable; l'ajustement dans le plan vertical est fait par le relevage hydraulique du tracteur. Deux configurations peuvent être identifiés: – où l'outil est complètement porté sur ses roues et sa barre de tirage est pivotée sur les deux bouts; la force de l'outil est essentiellement horizontale, Figure 1 (a). – où l’avant de l'outil (tel le cas d’un outil à deux roues) est porté par la chape d’attelage du tracteur et l'arrière sur une roue ou plusieurs, Figure 1.(b). Il y a une composante verticale statique considérable au point d’attelage de l'outil. Figure 2: outil semi-porté où l’avant de l’outil est porté par un pivot horizontal Dans cet configuration, l’avant de l'outil est porté par la barre oscillante du tracteur et l'arrière sur une roue Dans le plan vertical, longitudinal, l'outil est libre de pivoter autour des bouts de la barre oscillante d'où - il se comporte comme un outil à un point d’attelage c.a.d. il suivra librement les ondulations du sol. - Cependant, l’outil est rigide dans le plan horizontal, on utilise fréquemment des outils non-symétriques qui ont par conséquent des forces latérales, tel que la charrue à disque… – Il y a une composante d’une force verticale statique considérable au point d’attelage de l'outil parce qu’une partie du poids de l'outil et les forces descendantes du sol sont supportés par le tracteur. Figure 3: outil porté, attelage trois-point Ici l'outil est attaché au tracteur au moyen de l’attelage trois-points Ce système autorise totalement le contrôle de l'outil. Il n'est pas libre de balancer dans l'espace comme l'outil traîné, ni dans le plan vertical comme dans le cas de l’outil semiporté; il doit opérer dans la position qui lui est déterminée par les liaisons. L'exception à cette déclaration est que l'outil est habituellement libre de se soulever, c.a.d., qu’il n'est pas poussé en bas par les liaisons. S'il se soulève, ce sera dû aux forces du sol ascendantes qui sont plus grandes que le poids effectif de l’outil; il va, cependant, bouger suivant une trajectoire déterminé par la cinématique des liaisons. Dans le plan longitudinal vertical, la liaison a la forme d'un mécanisme connu sous le nom de mécanisme à quatre barres articulées. On peut identifier les quatre liens comme montré sur la figure figure 4: 1) les deux liens (barres) inférieurs (agissent comme un, dans le plan vertical) 2) le lien supérieur (barre supérieure) 3) le cadre de l'outil 4) le châssis du tracteur. Figure 4: attelage trois-points comme un mécanismes à quatre barres articulées. centre de gravité • Le centre de gravité est le point où la totalité de la masse et le poids du tracteur peuvent être concentrée. Son emplacement dépend de la disposition des plusieurs masses qui composent le tracteur. Toute analyse du châssis du tracteur exige la connaissance de l'emplacement du centre de gravité. Il est habituellement spécifié,G, par rapport à l'essieu arrière comme montré sur la figure 6. centre de gravité • Position longitudinale L'emplacement du centre de gravité dans la direction longitudinale (x) peut être trouvée en mesurant le poids sur l’essieu avant (Wf) et l’essieu arrière (Wr). 1 a tan rr r f x o Équilibre des forces W W f Wr Équilibre des moments/ O W xr W f x xr Wf W x L’empattement du tracteur (x) entre les essieux avant et arrière est habituellement donné dans les spécifications du fabricant ou peut être mesuré directement. Centre de gravité , position verticale yg o centre de gravité • Position verticale La position verticale du centre de gravité (y) est plus difficile. La méthode commune est de soulever l’avant (ou l’arrière) du tracteur (comme montré sur la figure 6(b)) et de mesurer le poids sur les roues avant (W'f) dans la condition soulevée. Équilibre des moments/ O x ' r W ' f W x' ' 1 2 a tan Z’ rr r f x xr y' rr a tan x' ' centre de gravité La géométrie des positions du centre de gravité (Figure 1(c)) donne: ' r x z' cos x r z' yg tan En remplaçant z’ par sa valeur, donne x r' xr cos yg tan 1 2 a tan rr r f x y' rr a tan x' ' Issues de châssis la mécanique du • Deux aspects de la mécanique du châssis du tracteur sont important pour la performance du tracteur peuvent être identifiés: – Transfert de poids – Instabilité Transfert de poids • Pour un tracteur sous des conditions dynamiques (ici ça signifie conditions d’opération), le poids sur les roues va, en général être différent des valeurs statiques. – Ces changements sont appelés ' transfert de poids ' bien que physiquement rien n’est ' transféré '. La discussion ici est limitée aux changements dans le plan vertical longitudinal, c.a.d ; de l’avant vers l’arrière et vice versa parce que ceux-ci ont la plus grande influence sur les performances du tracteur. Transfert de poids • Le transfert du poids est un résultat normal de l'action des forces produites sur le châssis du tracteur par le sol et par l'outil. – Il se produit toutes les fois que le tracteur est chargé, – Aussi dans le cas sans charge, le cas où il y a quelque transfert de poids dû au couple de rotation sur les roues arrières, exigé pour propulser le tracteur contre la résistance au roulement de toutes les roues.. Instabilité du tracteur L'instabilité se produit quand le transfert de poids est suffisant pour causer le renversement longitudinal du tracteur. L’instabilité menaçante où les roues avant du tracteur sont sur le point de devenir instable est considérée ici parce que c'est un cas limite de transfert de poids et d'opération du tracteur. C'est une situation indésirable parce qu'elle représente la perte de contrôle de la direction et peut mener directement à une instabilité réelle. Une telle situation est à éviter en partie par la conception du système tracteur-outil et en partie par son opération de façon à éviter d'atteindre cette condition. Habituellement les roues glissent avant que l’instabilité se produit. Analyse et hypothèses • Bien que le tracteur et outil se déplacent, la supposition d'opération en état stable implique qu’il n’y a aucune force d’inertie; les forces font un travail externe mais ne cause aucune accélération. – D'où les principes de la statique et les conditions d’équilibre statique des corps rigides peuvent être appliqués. Analyse et hypothèses • Trois équations indépendantes d'équilibre peut être écrit: – la somme des forces dans toutes paires de directions perpendiculaires est zéro. Les deux directions habituellement choisies sont parallèlement à et perpendiculaire à la surface du sol. (2 eq.) – la somme des moments par rapport à tous paires de points dans le plan longitudinal vertical est zéro. Les deux points habituellement choisis : le point de contact roue / sol ou les centres des roues. (1 eq.) Analyse et hypothèses • Dans les situations simples ça peut être suffisant de considérer le tracteur entier comme un corps rigide. Où les forces externes sont connues, les poids sur les roues peuvent être calculés directement. • Ou il peut être utile de considérer le tracteur comme composé de deux corps rigides. Le 1er est la roue motrice, tournant autour de son centre localisé sur le 2ème corps rigide qui est le châssis du tracteur. Analyse et hypothèses • Dans cette analyse, les suppositions simples suivantes sont appliquées: – la vitesse d’avancement est constante; cela suppose que les forces de l'outil sont constantes et qu’il n’y a aucune accélération – les lignes des forces sur les roues sont tangentielles ou radiales; l’enfoncement des roues et la distorsion du pneu (sauf la déflection normale du pneu) est négligée – le tracteur est symétrique par rapport au plan vertical longitudinal; toutes les forces et moments peuvent être considérés agir dans ce plan – d’autres forces, tel que le changement de position du combustible et de l’huile dans le tracteur sur les pentes, la résistance de l'air et d’autres forces mineures sont négligées Le tracteur considéré dans l'analyse générale (figure 7) TRANSFERT de POIDS • Pour le tracteur , déterminer les moments par rapport au point C: Vf x+W sin a yg + P sinq x'+ H r = W cosa xr + P cosq y yg xr y Hr x' Vf = W cosa + P cosq -W sin a - P sinq x x x x x TRANSFERT de POIDS • Résoudre parallèlement à l'inclinaison H W sin P cos : TRANSFERT de POIDS • On substitue H pour avoir: yg xr y r r x' V f W cos P cos W sin P cos W sin P sin x x x x x x • en combinant: r yg xr ry x' V f W cos W sin P cos P sin x x x x V f W f W sin r yg x y' x' P cos P sin x x V f W f W sin V r W r W sin r yg x r yg x y' x' P cos P sin x x y' x x' P cos P sin x x Exercice • Montrez que la charge sur les sur les roues arrières (Vr) perpendiculaire à la surface inclinée du sol est donné par: r yg y' x x' V r W r W sin P cos P sin x x x Les termes et explications: le poids statique sur les roues avants et arrières quand le tracteur n’est pas sur la pente W f , Wr W sin P cos r yg x y' x l'effet du moment de la composante du poids vers le bas de la pente, il diminue la charge sur la roue avant et l’augmente sur la roue l'arrière l'effet du moment de la composante de la force de l'outil vers le bas de la pente, il diminue la charge sur la roue avant et l’augmente sur la roue l'arrière. Les termes et explications: P sin x' x l'effet du moment de la composante de la force de l'outil perpendiculaire à la pente, il diminue la charge sur la roue avant . x x' l’effet de la composante direct (P sin et celui du P sin moment (P sin x' /x) de la force de l'outil x perpendiculaire à la pente, il augmente la charge sur la roue arrière. Les termes et explications: L'effet du moment de composante de la force de tirage vers le bas de la pente, P.cos a deux effets: – augmente Vf et diminue Vr avec un bras de levier , y – diminue Vf et augmente Vr avec un bras de levier r L'effet net de P.cos est par conséquent la différence entre ces deux effets, c.a.d. : ry y' P cos P cos x x Cas Spéciaux •Si y' augmente, c.a.d., le point d'attelage est soulevé, y, diminue le transfert de poids, ry P cos x augmente; le tracteur peut atteindre la condition d'instabilité menaçante quand Vf = 0. • Si y' = 0, le point d'attelage est au niveau du sol , y = r; il n'y a aucun transfert de poids dû à P. Cas Spéciaux Si y' est négatif, le point d'attelage est au-dessous du niveau du sol, y est plus grand que r, le terme y' P cos x devient positif dans Vf et le terme y' P cos x devient négatif dans Vr, c.a.d., que le poids est transféré des roue arrières aux roues avant Cas Spéciaux Si = 0, ie, la force de l'outil est parallèle à la terre V f W cos r yg xr y' W sin P x x x Vr W cos xf x W sin r yg x P y' x Si aussi = 0, c.a.d le sol est horizontal x r Py' Py' Vf W Wf x x x Vr W xf x Py' Py' Wr x x Si aussi, P = 0, c.a.d., il n'y a aucune force de tirage xr Vf W Wf x Vr W xf x Wr Transfert de poids avec résistance au roulement • L'analyse précédente néglige tout effet de résistance au roulement. Cependant, nous pouvons inclure ceci en introduisant une force qui agit le long de la pente (direction opposée au sens de déplacement) comme une force supplémentaire à être vaincu par le tracteur. la résistance au roulement peut être exprimée en fonction du coefficient () : résistance au roulement = charge sur la roue la charge sur la roue sera la charge perpendiculaire à la pente c.a.d. Vf et Vr La résistance au roulement pour le tracteur peut être estimée en combinant l'effet sur les roues avant et arrières en considérant un coefficient pour le tracteur dans son ensemble. R V f Vr W cos P sin H W sin P cos W cos P sin On peut spécifier la force de traction exigée (pour un tracteur à deux roues motrices arrières) en fonction du coefficient de traction brute. Force de traction ' Poids des roues arrières W sin P cos W cos P sin r yg y' x x' W r W sin P cos P sin x x x
