Расчет нагрузок действующих на бульдозерное оборудование бульдозера Б-170
Расчет нагрузок будет производиться по методике, описанной в учебнике «Землеройно-транспортные машины» Н.Г. Домбровский, М.И. Гальперин.
Для расчета рамы, отвала и других деталей необходимо определить наиболее опасные условия нагружения. Таким положением является встреча бульдозера с препятствием, когда на отвал действуют одновременно статические и динамические силы Pст и Pин. При этом гидравлические цилиндры управления отвалом запреты и система не позволяет его выглублять. Для расчета принимается, что встреча с препятствием происходит в средней точке нижней кромки отвала; сила Pст имеет максимально возможную величину.
Для
расчета возьмем случай, когда бульдозер
встречает на пути кирпичный столб
шириной b=65см
и площадью поперечного сечения F=3900см2.
Удар серединой отвала происходит на
высоте 15см от заделки столба. Принимаем,
что Рz=0.
Сила тяжести бульдозера Б-170 с навесным
оборудованием
Скорость
на первой передаче
Сила
тяжести трактора
Размеры бульдозерного оборудования: h1=220мм, h2=330мм, h3=370мм, S=2050мм, l1=3590мм, l3=85мм, l2=2600мм, l4=1060мм.
Рама неповоротного отвала представляет собой конструкцию, на которую действуют силы в различных плоскостях. Кандидат технических наук Н.В. Федотов и В.Н. Николаев предложили для простоты расчета привести все силы к такой системе, когда часть нагрузок будет действовать в одной плоскости, а часть – в другой, т.е. расчет будет сведен к расчету двух плоских конструкций: шарнирно-рычажной в вертикальной плоскости и рамной в горизонтальной плоскости. Рама в горизонтальной плоскости является трижды статически неопределимой. На нее действует сила:
где b
– угол между горизонталью и осью
гидроцилиндра. Кроме того на систему
действуют моменты:
и
Схема основной системы, полученной после удаления лишних связей и замены их неизвестными усилиями, представлена на чертеже (в). Так как система и нагрузки симметричны, то для ее раскрытия необходимо решить систему канонических уравнений с двумя неизвестными:
Х1 и Х2 – неизвестные усилия, определяемые при решении приведенной системы уравнений;
- перемещения по
направлению этих неизвестных от самих
неизвестных, равных по величине единице;
- перемещения по
направлению одного лишнего неизвестного
от действия второго единичной величины;
- перемещения по
направлению соответственно первого и
второго неизвестного от нагрузки.
Статическое
усилие на отвал:
где
– 0,9-0,95, максимальное значение коэффициента
использования сцепного веса для
гусеничных базовых машин.
Динамическое усилие на отвал:
,
где
-
суммарная жесткость препятствия и
системы навесного оборудования.
,
где
-
жесткость кирпичного столба.
,
где
-
коэффициент жесткости навесного
оборудования на кг веса трактора.
Таким образом, горизонтальное усилие равно:
Определяем усилия в шарнирах крепления рамы в вертикальной плоскости. Усилие в гидроцилиндрах определяется из соотношения (сумма моментов относительно оси А и В).
Вертикальные реакции в шарнирах А и В равны, так как Ррасч приложена в середине отвала и усилие S также расположено относительно этих шарниров:
В горизонтальной плоскости горизонтальные реакции в шарнирах А и В равны:
Определяем реакции опор от внешней нагрузки в основной системе:
Определим реакции опор от сил X1=1:
От
сил Х2 реакции опор
определим в основной системе изгибающие
моменты от внешней нагрузки
и неизвестных сил Х1 и Х2:
От единичных моментов Х1:
От единичных сил Х2:
Чтобы определить неизвестные Х1 и Х2 найдем величины перемещений:
Момент инерции толкающих брусьев равен:
Для
определения величины перемещений
необходимо знать момент инерции отвала
J2
относительно главных осей. Как показали
экспериментальные исследования,
проведенные ВНИИСтройдормашем, в работе
отвала участвует только его нижняя
часть высотой порядка 0,3Н (или высоты
нижней балки). Момент инерции отвала
J2,
подсчитанный для этого типа бульдозеров,
равен
Следовательно,
отношение
Вычисляем силы Х1 и Х2:
Теперь, умножив все ординаты эпюр от единичных сил на величиныХ1 и Х2 и сложтив эти ординаты с соответствующими ординатами эпюры Миз от силы Ррасч в основной системе, получим эпюру изгибающих моментов в статически неопределенной системе.
Вычисленные реакции опор от сил Х=1 и Х=2 также умножим на полученные значения Х1 и Х2; геометрически складывая их с реакциями опор от сил Ррасч, получим фактическое значение реакций опор.
Строим эпюру поперечных сил Q. Чтобы определить усилия, действующие на отдельные элементы рамы, рассмотрим силы, действующие в вертикальной плоскости. Моменты М1 и М2:
Для определения усилий Rm и Rn от действия силовых факторов в вертикальной плоскости напишем уравнения моментов относительно точек m и n:
Сила, действующая вдоль толкающих брусьев:
Сила, действующая вдоль подкоса:
После того как мы нашли нагрузки в узлах, мы можем рассчитать соединение в бульдозерном оборудовании на прочность. К примеру, рассчитаем прочность пальца, который соединяет подкос с отвалом.
В
работе пальцев основное значение имеют
деформации среза и смятия. Касательной
напряжение при срезе:
,
где
- сила, вызывающая срез,
- площадь среза. Размеры пальца: d=50мм,
l=110мм.
Напряжение
смятия:
,
где
- сила, вызывающая смятие,
- площадь смятия.
По
справочнику конструктора машиностроителя
В.И. Анурьева найдем допускаемые
напряжения для пальца, сделанного из
стали 45 при термообработке - ТВЧ:
,
следовательно, допускаемые напряжения
больше напряжений, полученных в нашем
расчете, значит, палец выдерживает
максимальную нагрузку и может
эксплуатироваться.