КІРІСПЕ

Техналогиялық құралдарды, механизмдерді және машиналарды даярлау кезінде міндетті түрде қауіпсіздіктің негізгі талаптарын сатып алушы үшін және де осы құралдардағы және қозғалыстағы сенімділік пен кауіпсіздікті сақтау қажет. технологиялық үдерістер жүріп жатқан жерде сол жерде жұмыс жасап жатқан адамдар үшін қауіпті және зарарлы өндірістік факторлар ықпал ететін зоналар бар екені белгілі. мысалы мынадай фактролар механикалық жарақаттар қаупі, электр тоғының қаупі, сәулеленудің әсерәнен түрлі көрінісінің әсері, инфра- және ультрадыбыстың, айғай-шудың, вибрацияның қауіпі бар.

Бұл кез келген жабдықтың жобасын жасағанда қауіпсіздік сараптамасын жасауды талап етеді.

Жобаның құжаттамасына сәйкес зерттеулер нәтижелері, сараптама қорытындысы мен мәлімдемелері СП 227-82 бойынша орындалады. Бұл ретте кутілген фактордың қауіптілік деңгейінің есептік сараптамасы және салыстырмалық деңгейі алынады. Үлгіні жасаған кезде осы фактордың шын мәніндегі мағынасы анықталады. В случае, если эти значения превышают допустимые величины, установленные стандартами ССБТ, производится доработка оборудования путем введения соответствующих средств защиты или повышения их эффективности. Одновременно устанавливают причины отказов систем, травм, профзаболеваний и разрабатывают соответствующие требования безопасности, в том числе устанавливают соответствующие показатели безопасности.

При разработке и проведении технологических процессов также, необходимо учитывать требования стандартов ССБТ. Эта система является составной частью государственной системы стандартизации и включает шесть подсистем:

- стандарты системы 0 устанавливают цели, задачи, область распро­странения, структуру ССБТ и особенности согласования стандартов ССБТ, терминологию в области охраны труда; классификацию опасных и вредных факторов; принципы организации работы по обеспечению безопасности труда в промышленности;

- стандарты подсистемы 1 устанавливают требования по видам опасных и вредных производственных факторов и предельно допу­стимые значения их параметров; методы контроля нормируемых пара­метров опасных и вредных производственных факторов;

- стандарты подсистемы 2 устанавливают общие требования безо­пасности к производственному оборудованию; требования безопасно­сти к отдельным группам производственного оборудования; методы контроля выполнения требований безопасности;

- стандарты подсистемы 3 устанавливают общие требования безо­пасности к производственным процессам; требования безопасности к отдельным группам технологических процессов; методы контроля выполнения требований безопасности;

- стандарты подсистемы 4 устанавливают классификацию средств за­щиты, методы контроля и оценки средств защиты;

- стандарты подсистемы 5 устанавливают требования безопасности к зданиям и сооружениям.

Введение требований безопасности в стандарты и технические усло­вия на технологические процессы и на серийно выпускаемое оборудо­вание является одним из путей перехода от техники безопасности к безопасной технике.

Вопросы охраны труда должны решаться комплексно с вопросами защиты окружающей среды. При проектировании технологических процессов должны учитываться требования законодательства по охра­не природы, нормативно-технической документации по охране окру­жающей среды и, в частности, стандартов по охране природы.

Безопасность труда – состояние защищенности работников, обеспеченное комплексом мероприятий, исключающих воздействие вредных и (или) опасных производственных факторов на работников в процессе трудовой деятельности.

Безопасные условия труда – условия труда, созданные работодателем, при которых воздействие на работника вредных и (или) опасных производственных факторов отсутствуют либо уровень их воздействия не превышает нормы безопасности.

Вредные (особо вредные) условия труда – условия труда, при которых воздействие определенных производственных факторов приводит к снижению работоспособности или заболеванию работника либо отрицательному влиянию на здоровье его потомства.

Вредный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к заболеванию или снижению трудоспособности и (или) отрицательному влиянию на здоровье потомства.

Мониторинг безопасности и охраны труда – система наблюдений за состоянием безопасности и охраны труда на производстве, а также оценка и прогноз состояния безопасности и охраны труда.

Нормативы в области безопасности и охраны труда – эргономические, санитарно-эпидемиологические, психофизиологические и иные требования, обеспечивающие нормальные условия труда.

Опасные условия труда – условия труда, при которых воздействие определенных производственных или неустранимых природных факторов приводит в случае несоблюдения правил охраны труда к травме, профессиональному заболеванию, внезапному ухудшению здоровья или отравлению работника, в результате которых наступают временная или стойкая утрата трудоспособности, профессиональное заболевание либо смерть.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1

РАСЧЕТ ГРУЗОВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ БАШЕННОГО КРАНА

Основные факторы, приводящие к потере устойчивости башенных кранов, следующие: 1) перегрузка кранов, т. е. положением, когда отношение суммы моментов сил, удерживающих кран в состоянии равновесия, к сумме моментов сил, стремящихся его опрокинуты становится меньше коэффициента устойчивости; 2) воздействие ветровой нагрузки, превышающей расчетную; 3) неудовлетворительное состояние рельсовых путей; 4) динамические воздействия на край (например, резкое торможение и др.)

Возможно также и совместное влияние указанных четырех факторов в той или иной комбинации. Поэтому расчетам кранов и монтажных мачт на устойчивость с учетом местных условий строительных объектов придается большое значение; эти расчеты могут составлять часть раздела охраны труда в проекте производства работ.

Рисунок 1. Расчетные схемы нагрузок для определения коэффициентов устойчивости крана

а - для коэффициента грузовой устойчивости без дополнительных нагрузок; б - то же, с учетом дополнительных нагрузок; в - для коэффициента собственной устойчивости

Если допустить, что кран стоит строго вертикально (рис. 1, а) стрела имеет наибольший вылет и расположена перпендикулярно к ребру опрокидывания и на кран действует лишь сила тяжести груза, то в данном случае он стремится опрокинуться вокруг точки А.

Тогда коэффициент грузовой устойчивости стрелового крана будет равен

где - коэффициент грузовой устойчивости (без дополнительных нагрузок и учета уклона пути); М - удерживающий момент от массы крана; - опрокидывающий момент от массы груза.

В действительности такого идеального положения быть не может, и при эксплуатации крана создаются неблагоприятные условия для работы и возникают дополнительные нагрузки (рис. 1 б), как-то: сила давления ветра на подветренную площадь крана сила давления ветра на подветренную площадь груза сила инерции массы груза, возникающая при пуске или торможении механизма подъема груза, ; центробежная сила массы груза, возникающая при вращении поворотной части крана, ; инерционная сила массы груза, возникающая при пуске или торможении механизма передвижения крана, PC; инерционная сила массы крана, возникающая при пуске или торможении механизма передвижения крана,

Кроме того, подкрановый путь, являясь временным сооружением, всегда бывает с уклоном, который увеличивает момент опрокидыва­ния крана. Перечисленные дополнительные нагрузки уменьшают восстанавливающий момент от массы крана, и коэффициент грузовой устойчивости в этом случае будет равен

где - моменты относительно ребра опрокидывания дополнительных нагрузок .

Кран в нерабочем состоянии (без груза) может опрокинуться вокруг точки В (рис. 1. в) в том случае, если стрела предельно, под­нята вверх и расположена перпендикулярно к ребру опрокидывания, уклон пути направлен в сторону опрокидывания и действует ветровая нагрузка (ураганный ветер 12 баллов по шкале Бофорта). При этой схеме нагрузок коэффициент собственной устойчивости будет равен

где - удерживающий момент, создаваемый массой всех частей крана с учетом уклона пути; - опрокидывающий момент, созда­ваемый ветровой нагрузкой.

При определении коэффициентов устойчивости действие рельсовых захватов, дополнительных опор и стабилизаторов не учитывают. По правилам Госгортехнадзора коэффициенты устойчивости должны быть следующие:

Методика определения грузовой устойчивости предполагает, что кран является абсолютно жесткой системой, а силы, опрокидывающие кран, можно суммировать, как действующие одновременно. В действительности происходит деформация башни крана и податливость подкранового пути. Вследствие этого центр тяжести крана перемещается в сторону ребра опрокидывания, чем снижается устойчивость крана. . .

Динамические нагрузки, действующие на кран, меняют свое направление и поэтому на устойчивость крана влияют в меньшей степени, чем постоянная масса груза. Кроме того, принятый коэффициент грузовой устойчивости, равный 1,15, недостаточно обоснован теоретически.

Определение коэффициентов устойчивости свободно стоящих башенных кранов. Коэффициенты грузовой и собственной устойчивости крана определение расчетов с возможным совмещением движений: подъема груза, поворота и передвижения крана, изменения вылета стрелы. Исходные данные (рис.6): район установки крана, - второй; грузоподъемность при всех вылетах Q = 10 тс; G = 72,8 тс – вес крана (полный); А= 22м – расстояние от оси вращение крана до центра тяжести подвешенного наибольшего рабочего груза при установке крана на горизонтальной плоскости; ά= А cos β – расстояние от плоскости, проходящей через ось вращения крана параллельного ребру опрокидывания, до центра тяжести подвешенного наибольшего груза при установке крана на горизонтальный плоскости.

При расположении стрелы перпендикулярно ребру опрокидывания .

При расположении стрелы под углом 45⁰ к ребру опрокидывания ; – расстояние от оси вращения крана до ребра опрокидывания; – расстояние от головки стрелы до центра тяжести подвешенного груза (принимаем , что центр тяжести расположен на минимально возможном расстоянии от уровня земли); – расстояние от головки стрелы до плоскости, проходящей через точки опорного контура; – скорость подъема груза; –скорость передвижения крана; n= 0,6 мин^-1 –частота вращения крана; t = 1,5 с-время неустановившегося режима работы механизма передвижение крана; t₂ = 2с- время неустановившегося режима работы механизма изменения крана; t₃= 5с- время неустановившегося режима работы механизма поворота крана;t=36 с- время изменения вылета от максимума до минимума; ẁ=1807 кгс – сила давления ветра на крана (стрелу, башню консоль или платформу ), действующая перпендикуляр ребру опрокидывания параллельно плоскости опорного контура крана;ẁ₂-сила давления ветра, действующего перпендикулярно ребру опрокидывания и параллельно плоскости, на которой установлен кран, на подветренную площадь крана (для нерабочего состояние ); p = 15м;p₁=20 м- соответственно расстояние от плоскости ветровых нагрузок Ŵ, Ŵ_1, Ŵ_2; ά-угол наклона (уклон пути) крана (для железнодорожных, гусеничных, автомобильных, пневмоколесных при работе с выносными опорами ά=1⁰30, без опор ά= 3⁰; для башенных ά=2⁰); G_G = 2 тс вес стрелы; G_G = 8 тс- вес поворотной платформы ; тс – вес балласта на поворотной части крана; r₁₌ 1м – расстояние от оси вращения крана до корневого шарнира стрелы;ά₁ = 2м - расстояние от оси вращения крана до центра тяжести поворотной платформы; ά₂ =3,5 м- расстояние от оси вращения крана до центра тяжести балласта на поворотной платформе; ά₃= 1м – расстояние от оси вращения крана до центра тяжести башни.

Рисунок 2. Расчетная схема определения коэффициентов грузовой устойчивости

Согласно Правилам Госгортехнадзора коэффициенты грузовой устойчивости определяются для трех расчетных положений.

Предварительные расчет. Кран установили на горизонтальной площадке. Силы ветра и инерции не учитывают. Тогда ,

где М _вост - восстанавливающий момент; М _опр- опрокидывающий момент.

Окончательные расчеты. Определяют коэффициенты грузовой устойчивости при действии статических, ветровых, инерционных и центробежных сил. Расчетные положения:

I. Cтрела крана расположения перпендикуляры (в плане)к ребру опрокидывания, наклон и ветер в сторону груза.

II. Стрела крана расположения под 45⁰ (в плане) к ребру, наклоне и ветер также в строну груза.

Формула коэффициентов грузовой устойчивости:

где h₁ –расстояние от центра тяжести крана до плоскости, проходящей через точки опорного контура; - скорость горизонтального перемещения оголовка стрелы; - скорость вертикального перемещения оголовка стрелы; - вес стрелы, приведенный к оголовку стрелы; с – расстояние от плоскости, проходящей через ось вращения крана параллельно ребру опрокидывания, до центра тяжести крана.

Члены учитывают при определении коэффициента устойчивости вдоль пути.

Члены учитывают только для II расчетного положения.

Расстояние (рисунок 7) от оси вращения крана до центра тяжести (горизонтальная координата)

Знак минус показывает, что центр тяжести смещен влево от оси вращения крана.

Расстояние от плоскости, проходящей через опорны контур, до центра тяжести крана

где h₂=18 м; h=4 м; h=2 м; h=1м- вертикальные координаты весов башни, балласта платформы, платформы и неповоротной части.

Приведенный вес стрелы к головке стрелы

тс

Вес стрелы, приведенный к головке, определяется из закона постоянства кинетической энергии стрелы:

где – соответственно скорости движения середины и конца положения , то

где n_c – частота вращения стрелы при изменении вылета (см. расчет механизма изменения вылета, где за 36 с происходит полное изменение).

Тогда коэффициент устойчивости (предварительный расчет)

Рисунок 3. Схема определения координат центра тяжести крана в рабочем состоянии

Окончательно коэффициенты грузовой устойчивости определяют по видоизмененной формуле, как частное от деления момента удерживающих сил, с учетом моментов сил инерции, центробежных и ветровых, на момент опрокидывающий от груза относительно ребра опрокидывания, т.е.

Момент удерживающих сил с учетом уклона пути в сторону груза (положение I): поперек пути

тс*м

вдоль пути

тс*м

положение II

Опрокидывающий момент от действия центробежных сил груза для всех расчетных положений

Момент сил инерции массы груза и стрелы при повороте крана учитывается только при положении стрелы под углом 45º к ребру опрокидывания

Момент сил инерции поднимаемого груза (положение I): вдоль пути

поперек пути

Положение II

Момент сил инерции массы груза при разгоне механизма передвижения (положение Поперек пути

Вдоль пути и для положения II

Момент сил инерции массы крана при разгоне механизма передвижения (положение

поперек пути М₅=0;

вдоль пути и для положения II

Момент сил инерции масс груза и стрелы в горизонтальной плоскости при изменении вылета

так как 0.

Моменты сил инерции масс груза и стрелы в вертикальной плоскости при изменении вылета:

положение І

поперек пути

вдоль пути

положение II

Момент сил ветра, действующих на кран, для всех положений

Момент сил ветра, действующих на груз, для всех положений

Момент груза:

положение I

поперек пути

вдоль пути

положение II

Окончательно (положение I) коэффициент грузовой устойчивости крана:

поперек пути

вдоль пути

Для положения II (45º)

Настоящий расчет коэффициентов грузовой устойчивости является наиболее общим. Если на кране невозможны одновременно все движения, то соответствующие слагаемые числителя будут равны нулю. Например, если кран стационарный или не передвигается с грузом, то М₄=0, М₅=0. Если изменение угла наклона стрелы – движение установочное, то М₆=0 и М₇=0. Если кран работает в закрытом помещении, то М₈=0, М₉=0. Для кранов с переменной грузовой характеристикой необходимо определять коэффициенты устойчивости как при максимальном, так и при минимальном вылетах.

Краны, имеющие несколько различных рабочих скоростей механизмов, необходимо проверять на устойчивость при всех возможных неблагоприятных сочетаниях нагрузок и скоростей.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2

РАСЧЕТ СОБСТВЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ БАШЕННОГО КРАНА

І. Расчет коэффициента собственной устойчивости (рисунок 2.1) производят по формуле :

где в числителе – удерживающий момент, возникающий от крана; в знаменателе – прокидывающий момент, возникающий от сил ветра при нерабочем состоянии.

Рисунок 2.1. Расчетная схема определения коэффициента собственной устойчивости

В соответствии с Правилами Госгортехнадзора коэффициент собственной устойчивости определяют для следующих условиях: кран находится в нерабочем состоянии, груза на крюке нет, стрела максимально поднята вверх, уклон пути в направлении противовеса. Со стороны стрелы действует ветер с напором q₀=35 кгс/м².

Удельная ветровая нагрузка

воздействия ветрового напора, зависящий от коэффициента пульсации ветра и коэффициента динамичности = f (Т); Т – период собственных крана, с. Для башенных кранов,

где – высота башни; – длина стрелы; - коэффициент, зависящий от вылета крюка и грузоподъемности; γ =1,0 – коэффициент перегрузки при расчете по допускаемым напряжениям; γ =1,1 –при расчете по предельным состояниям,

Тогда

Окончательно для второго района

Сила давления ветра на стрелу

где F_с –наветренная площадь стрелы (гл.IV, 1).

Сила давления ветра на платформу балласт

Горизонтальная координата центра тяжести крана (рис.)

Вертикальная координата центра тяжести крана

Коэффициент собственной устойчивости

При коэффициенте устойчивости менее 1.15 необходимо найти конструктивно выход: увеличить или уменьшить вес балласта, увеличить расстояние от оси вращения крана до центра тяжести балласта; увеличить базу или колею крана с сохранением весовых данных.

Основные ориентировочные размеры веса механизмов и узлов башенных кранов приведены в таблице 1, 2.

Исходные данные для расчета башенного крана с вращающейся башней: грузоподъемность Q=10тс, высота подъема 40 м, максимальный вылет А=22 м, наибольший угол наклона стрелы 65º, скорость подъема 0,333 м/с, частота поворота башни 1 мин^-1, скорость передвижения крана 0,333 м/с, средняя скорость перемещения горизонтальной проекции груза υ_ср=0,167 м/с, режим работы – средний, ПВ=25%, кран работает на открытой площадке. Ток трехфазный 220/380 в.

Таблица 2.1

Ориентировочные размеры металлоконструкций башенных кранов, м

Параметр	Значения для кранов
	С поворотной башней	С поворотной головкой
Габаритные размеры поперечного сечения башни – квадрат со стороной Поперечное сечение трубчатой башни – труба с наружным диаметром	аб=(0,9…..1,1) Dб=(0,9….1,1)	аб=(0,9….1,1) Dб=(0,9…1,1)
Расчетная длина стрелы: подъемной горизонтальной	Lс= Lc,r=A -xб –x-	Lc= Lc,r=A-xб- x-

Таблица 2.2

Расчетные формулы для ориентировочного определения веса башенных кранов и их отдельных элементов

Параметры	Формула для кранов
	С поворотной башней	С поворотной головкой
Общий вес крана: с подъемной стрелой с горизонтальной стрелой	G≈0,31Мгр G Мгр	G Мгр G 0.36 Мгр
Укрепленное распределение общего веса крана: металлоконструкции механизмы и электрооборудование балласт и контргруз (противовес)	Gм.к≈0,41G Gмех≈0,25G Gбал≈0,34G

Устойчивость козловых кранов

На козловые краны приходится наибольший объем погрузочно-разгрузочных работ на железнодорожных станциях при переработке крупнотоннажных грузов. Проверку собственной устойчивости козловых кранов на опрокидывание производят, исходя из действия ураганного ветра вдоль пути. На рис.6.3 представлена расчетная схема устойчивости козлового крана. Под действием ветровой нагрузки кран будет стремиться опрокинуться вокруг колеса (точка О).

Рисунок 2.2 Расчетная схема устойчивости козлового крана

Согласно схеме (рисунок 2.2), на кран действует опрокидывающий момент ветровой нагрузки:

где W₁…W_n – ветровые нагрузки на отдельные части конструкции крана, Н; h₁…h_n – плечи ветровых нагрузок относительно точки опрокидывания О, м.

Препятствует опрокидыванию удерживающий момент: (2.2)

где G₁ – вес портала, Н; G₂ – вес грузовой тележки, Н; G₃ – вес противовеса на одной рельсовой тележке, Н;a, b, c – плечи действия сил относительно точки опрокидывания О, м.

Собственная устойчивость козлового крана обеспечивается при выполнении неравенства: (2.3)

При определении грузовой устойчивости козлового крана необходимо дополнительно учитывать опрокидывающий момент инерционных сил, возникающий при торможении:

где Т=0,1∙Q – усилие при торможении крана, передвигающегося с грузом, Н; Q – вес крана с грузом, Н; h – плечо действия силы инерции при торможении, м.

При этом удерживающий момент можно определить по формуле:

Грузовая устойчивость козлового крана обеспечивается при выполнении неравенства:

где W_к – ветровая нагрузка на поднимаемый груз, Н; h_к – расстояние от центра приложения ветровой нагрузки на поднимаемый груз до плоскости, проходящей через точки опорного контура, м.

Пример 1. Определить коэффициент грузовой собственной устойчивости козлового крана и установить, будут ли обеспечены условия безопасной эксплуатации крана. Грузоподъемность крана 20 т. Вес ригеля 120 кН, машинного помещения 50 кН, грузовой тележки 20 кН, груза 200 кН. Расчетная схема приведена на рис.2.3 Площадь наветренной поверхности груза 16 м2. Район работы – I, местность открытая.

Решение. 1) По таблице 2.3 скоростной напор для I района q=270 Н/м². По таблице 1 для открытой местности и высоты h над поверхностью земли определяем Кн – коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте: для ригеля при h>10 м Кн=1,25, для груза и жесткой опоры при h<10 м Кн=1. Аэродинамический коэффициент сопротивления для груза ад=1,2, для элементов крана ад=0,7. Определяем статическую составляющую ветровой нагрузки:

2) Наветренную поверхность элементов крана, учитывая габаритные размеры и принимая коэффициент решетчатости б=0,3:

3) Ветровые нагрузки:

4) Вес крана с грузом:

5) Усилие при торможении крана, передвигающегося с грузом:

6) В соответствии с расчетной схемой принимаем следующие плечи действия сил:

а – плечо силы тяжести крана (рисунок 2.3) принимаем равным половине расстояния между колесами опоры а=5/2=2,5 м;

h₁ – расстояние от рельса до центра тяжести ригеля:

h₂ – расстояние от рельса до центра тяжести опоры:

h – плечо действия силы инерции при торможении крана принимаем равным h₁=12,5 м, полагая, что сила действует по оси ригеля;

h_г – расстояние от центра тяжести груза до плоскости, проходящей через точки опорного контура – 3 м.

7) Определяем коэффициент грузовой устойчивости:

Поскольку К₁=1,76>1,4, то грузовая устойчивость козлового крана обеспечивается.

8) Поскольку проверку собственной устойчивости крана проводят при ураганном ветре, то согласно таблице 1 примем максимальный скоростной напор ветра qо=1000 Н/м2 и определим ветровые нагрузки по формуле:

10) Коэффициент собственной устойчивости козлового крана:

Поскольку К₂=2,45≥1,15, то собственная устойчивость кран обеспечивается.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 3

РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРИЗОНТАЛЬНО УСТАНОВЛЕННОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Основные причины травм при выполнении различных транспортных операций – опрокидывание транспортного средства (автомобиля, трактора, самоходного устройства и т.п.) и падение плохо закрепленных грузов. Опрокидывание чаще всего происходит из-за несоблюдения скоростного режима движения, неисправности транспортного средства, плохого состояния дорожного полотна и т.п. Падение грузов чаще всего происходит из-за их неправильной укладки и крепления.

При движении транспортного средства возможно его опрокидывание, поэтому ведут расчеты на устойчивость транспортного средства. Устойчивостью называют способность транспортного средства сохранять направление движения и противостоять действию внешних сил, стремящихся вызвать занос или опрокидывание.

Различают продольную и поперечную устойчивость машин и иных транспортных средств. Критерием продольной устойчивости служат предельные значения углов подъема и уклона .

Продольная устойчивость

Угол подъема , град, при котором возникает вероятность опрокидывания транспортного средства, показан на рисунке 3.1. Этот угол можно определить по соотношению ,

где  продольная координата центра тяжести транспортного средства, м;  высота располо­жения центра тяжести транспортного средства над поверхностью дороги, м.



Рисунок 3.1 Схема сил, действующих на колесный трактор, стоящий на предельном подъеме: G  сила тяжести трактора; ЦТ  центр тяжести; О  точка опрокидывания

Предельный угол уклона α_y, град, транспортных средств может быть определен из соотношений:

 для колесных машин (предельные углы подъема 35…40^о, уклона – около 60^о)

 для гусеничных тракторов при подъеме

 для гусеничных тракторов при уклоне

Для тракторов с балансирной подвеской продольную базу ма­шины рассматривают как продольную базу балансирных кареток.

Предельные углы подъема для колесных тракторов 35...40°, а уклона  около 60°. Примерно в этих же пределах находятся рассматриваемые углы для грузовых автомобилей, работающих с установленной для них номинальной грузоподъемностью при рав­номерном распределении груза по платформе; без груза = =60°. Для гусеничных тракторов с полужесткой подвеской эти углы 35...40°, а с балансирной подвеской несколько меньше. Для самоходных шасси общего назначения без навесных машин = 20...25°, > 60°. Центр тяжести легковых автомобилей находится приблизительно посередине продольной базы, поэтому у них значения предельных углов подъема и уклона почти одинаковы, в большинстве случаев они не меньше 60°.

Поперечная устойчивость

Для транспортных средств опасным является поперечное оп­рокидывание. Поперечную устойчивость определяют статическим углом β_П уклона, при котором машина стоит, не опрокидываясь и не сползая (рисунок 3.2

Рисунок 3. 2 Расчетная схема поперечной устойчивости машины:

G  сила тяжести машины; ЦТ  центр тяжести; О  точка опрокидывания

Для определения поперечной устойчивости служит соотношение

где B  ширина колеи транспортного средства, м.

Для гусеничных тракторов соотношение (3.5) принимает вид:

где b  ширина гусеницы, м.

Для тракторов с четырьмя колесами статический угол уклона β_П лежит в пределах 40...50°. Приблизительно такими же значениями статического угла уклона характеризуют поперечную устойчивость гусеничных тракторов. Для грузовых автомо­билей при полной нагрузке, равномерно распределенной по платформе, β_П=29...40°, для легковых автомобилей β_П= 45...50°, для автобусов β_П= 27...33°.

Статический угол поперечного уклона , при котором возможно сползание машины, может быть определен из уравнения

где φ_СЦ коэффициент сцепления с дорогой в боковом направлении, зависящий от механических свойств дорожного полотна и конструкции движителя. В расчетах φ_СЦ обычно принимают как среднее значение коэффициентов сцепления, приведенных в табл. 3.1 и 3.2.

На боковую устойчивость транспортного средства наиболее существенное влияние оказывают динамические явления, возникающие от неровностей дороги, и интенсивно проявляющиеся при высоких скоростях движения. Поэтому угол β_Д, определяющий динамическую боковую устойчивость машин, всегда меньше статического угла поперечного уклона

Коэффициенты сопротивления качению f и сцепления φ_СЦ тракторов в зависимости от вида дороги

Коэффициенты сопротивления качению f и сцепления φ_СЦ автомобилей в зависимости от вида дороги

Опрокидывание транспортного средства возможно также на поворотах на горизонтальном участке пути от действия центробежных сил. Критическая скорость транспортного средства, при которой возможно его опрокидывание при повороте, может быть найдена по формуле, м/с

где R  радиус поворота транспортного средства, м.

Пример. По заснеженной укатанной дороге на склоне холма с уклоном 20^о параллельно его основанию движется грузовой автомобиль. Движение прямолинейное. Ширина колеи автомобиля составляет 1,8 м, а центр тяжести автомобиля с грузом находится на высоте 0,9 м. Определить поперечную устойчивость автомобиля и возможность его сползания с дороги.

Решение. Поперечная устойчивость автомобиля может быть вычислена по соотношению (3.5).

Откуда угол поперечной устойчивости автомобиля составит

Сравнивая полученное значение угла поперечной устойчивости автомобиля с допустимым β_П= 29...40°, видно, что β_П>β_СКЛ и условие поперечной устойчивости грузового автомобиля на данном склоне холма выполняется.

Проверим возможность сползания автомобиля с дороги, для чего используем уравнение (3.7)

где коэффициент сцепления φ_СЦ= 0,325 взят как средний из табл. 3.2 для снежной укатанной дороги. С учетом этого угол сползания грузового автомобиля составит

Как видим, из сравнения угла склона β_СКЛ = 22°с углом сползания β_С=20,0°, β_СКЛ>β_С, и движение грузового автомобиля по снежному склону невозможно из-за его сползания.

Пример 3.1. Сравнить показатели продольной устойчивости автомобиля ГАЗ-53А, движущегося по асфальтированной дороге (φ_к=0,7) с прицепом СМЗ-710В и без прицепа. Масса автомобиля с грузом в снаряженном состоянии m_А=6250 кг, масса прицепа с грузом в снаряженном состоянии m_пр=3500 кг. База автомобиля ГАЗ-53А L=3,7 м. Расстояние от вертикали, проходящей через передний мост, до вертикали, проходящей через центр тяжести автомобиля, а=2,4 м. Расстояние от поверхности дороги до центра тяжести: автомобиля с грузом h_А=1,15 м; прицепа с грузом h_пр=1,05 м.

Решение. Определим критический угол подъема при движении автомобиля с прицепом:

Определим критический угол подъема автомобиля без прицепа:

Таким образом, при движении автомобиля ГАЗ-53А с полной нагрузкой по сухой асфальтированной дороге, наличие прицепа СМЗ-710В с полной нагрузкой снижает показатель продольной устойчивости на 10°.

Пример 3.2. Оценить изменение показателя продольной устойчивости автомобиля ЗИЛ-130, движущегося по сухой асфальтированной дороге (φ_к=0,7) без нагрузки и с полной нагрузкой. База автомобиля L=3,8 м. Расстояние от поверхности дороги до центра тяжести автомобиля: без нагрузки h_А1=0,89 м; с полной нагрузкой h_А2=1,22 м. Расстояние от вертикали, проходящей через передний мост, до вертикали, проходящей через центр тяжести автомобиля: без нагрузки а₁=2,2 м, с полной нагрузкой а₂=2,45 м.

Решение. 1) Определим критический угол подъема при движении автомобиля без нагрузки: