14.3.6. Выбор положений скрепера для расчетов на прочность.

Расчет на прочность узлов и деталей скрепера производят для положений, соответствующих наибольшей нагрузке (конец резания и транспортирование грунта). Нагрузки при транспортном положении груженого скрепера определяют для двух положений: прямолинейного движения скрепера и при повороте. Первое расчетное положение в движении схематически представлено на рис. 14.18.

Скрепер движется по горизонтальной поверхности. Ковш заполнен с шапкой. Динамические нагрузки учитываются коэффициентом динамичности (К_д=2).

В вертикальную активную нагрузку G_с+г включают вес скрепера с тягачом и грунтом.

Рис. 14.18 Схема для определения сил, действующих на скрепер в транспортном положении при прямолинейном движении.

Окружная сила Р₀ на колесе направлена на преодоление сил сопротивления качению R_1пер и R_2пер которые, в свою очередь, равны R_1пер=R₁·f и R_2пер=R₂·f, где R₁ и R₂ – вертикальные реакции на передние и задние колеса.

При движении машины должно быть обеспечено неравенство:

; (14.71)

Из уравнения моментов сил относительно точки 0 можно найти значения: R₁ и R₂:R₁·l₁=G_c+г·K_д·l; R₂= G_c+г·K_д-R₁.

По полученным значениям нагрузок несущие и поворотные устройства рассчитывают на прочность.

Во втором расчетном положении (рис.4.19) тягач повернут на 90⁰ по отношению к груженому скреперу, у которого заднее колесо находится в канаве глубиной h=0,5·r_к. Потребное окружное усилие на ведущих колесах для выезда из препятствия:

; (14.72)

где Р₀₁ – сопротивление перекатыванию груженой машины;

Р₀₂ – сопротивление препятствия.

Рис. 14.19 Схема для определения сил, действующих на скрепер в транспортном положении при повороте.

При этом и .

Горизонтальную составляющую R_1пр реакции препятствия определяют по формуле:

; (14.73)

где tgα=l₂·/(r_к-h)

Тогда

; (14.74)

Значение R_2пр можно принимать равным R₂.

Реакция

; (14.75)

Тогда:

; (14.76)

По полученным нагрузкам рассчитывают тяговую раму и детали колес скрепера.

Нагрузки на конструкцию скрепера определяют при копании им грунта. Максимальные значения они имеют в конце наполнения и начало подъема ковша скрепера или при режиме копания с вывешенными задними колесами. В первом случае скрепер при движении по горизонтальной поверхности опирается на все колеса, ковш максимально наполнен грунтом. Расчетная схема для этого случая представлена на рис. 14.20.

На скрепер действуют активные силы: окружное усилие Р₀, тяговое усилие толкача Р_тяг, сила тяжести скрепера с грунтом G_с+г, реактивные силы – реакции грунта на колеса R₁ и R₂, силы для преодоления сопротивления грунта копанию Р_к и Р_н, силы сопротивления движению колес R_1пер и R_2пер. Кроме того, действуют реакции грунта на нож скрепера R_к и R_н, реакции в шарнире крепления тяговой рамы к ковшу R_х и R_у, а также усилие на штоке гидроцилиндров подъема ковша Р_ц.

Рис. 14.20 Схема для определения сил, действующих на скрепер в конце заполнения и начале подъема ковша

Сила тяжести скрепера G_c+г, меняющаяся по мере наполнения ковша грунтом, имеет максимальное значение в конце наполнения. Меняется и положение центра тяжести ковша с грунтом в зависимости от высоты подъема и опускания ковша.

Наибольшая сила тяги определяется мощностью двигателя тягача или условиями сцепления ходового устройства с грунтом. Для прицепного скрепера силу тяги при расчете на прочность принимают равной:

; (14.77)

где G_m – сила тяжести тягача; φ_сцмакс – максимальный коэффициент сцепления гусениц (колес) тягача с грунтом.

Для полуприцепного и самоходного скрепера расчетная сила тяги равна:

; (14.78)

где Р_омакс – максимальное окружное усилие на ведущих колесах.

Тяговое усилие толкача определяют по формуле:

; (14.79)

Расчетная сила тяги с учетом работы толкача:

; (14.80)

При резании грунта и наполнении ковша на скрепер действуют силы со стороны грунта и призмы волочения Р_к, Р_н, R_к и R_н. Силу Р_к определяют из уравнения тягового баланса скрепера.

; (14.81)

где Р_пр=W₃ – сопротивление перемещению призмы волочения.

Наибольшее значение Р_к будет при минимальных значениях Р_пр и R_2пер. Это возможно при работе скрепера на плотных грунтах, когда призма волочения отсутствует, а сопротивление перемещению колес минимальное.

Результирующая сил Р_н и R_н в процессе работы скрепера изменяется по величине и направлению. В начальный момент заглубления она направлена вверх, препятствуя заглублению ковша. Ее значение можно определить по несущей способности грунта и величине опорной поверхности ножа по формуле:

; (14.82)

где К' – коэффициент несущей способности грунта, К'=50-60 кН/м²;

х – ширина нижней площадки ножа, трущейся о грунт, х=1,0-1,5 см.

Максимально возможное значение R_н выбирают из условия, что задние колеса скрепера полностью разгружены и при перемещении он опирается на передние колеса и нож ковша. При заглублении ножа вертикальная составляющая Р_н направлена вниз и увеличивается по мере наполнения ковша. Максимального значения Р_н достигает в начальный момент выглубления ковша, когда давления на нож снизу нет.

Значение Р_н можно найти из условия равновесия сил, действующих на скрепер (рис. 14.20.).

; ; (14.83)

; ; (14.84)

; ; (14.85)

После замены в этих уравнениях R_1пер и R_2пер на R_1пер= R_1f и R_2пер= R_2f и их совместного решения находят значения R₁, R₂ и P_н.

При режиме копания с поднятыми задними колесами скрепер опирается на передние колеса и ножи, укрепленные на подножевой балке (рис. 14.21.). Уравнение сил, действующих на скрепер, в этом случае можно представить в следующем виде:

; ; (14.86)

; ; (14.87)

; ; (14.88)

Совместным решением этих уравнений определяют значения R₁ и R_н.

В рассмотренных положениях скрепера подножевая балка скрепера будет работать на изгиб в горизонтальной плоскости под действием сил Р_к и R_к, а в вертикальной – силы Р_н (R_н). При этом нагрузка на балку будет максимальной. Для расчета следует сопоставить значения, полученные по разным вариантам, и принять максимальное.

Рис.14.21 Схема к расчету сил, действующих на скрепер при копании грунта с вывешенными задними колесами.

Определение усилия в механизме подъема Р_ц изложено в подразделе 14.3.5.

Значение составляющих R_x и R _у в упряжном шарнире крепления тяговой рамы следует определять из уравнений равновесия сил, действующих на ковш (см. рис. 14.20).

; ; (14.89)

; ; (14.90)

Для определения расчетных нагрузок данные, полученные при расчете на рабочем режиме, следует сравнить с данными, определенными при транспортном режиме и выбрать наибольшие значения, по которым производят расчет на прочность элементов скрепера.