8.3.1. Расчет механизма передвижения пневмоколесного крана

Сила сопротивления передвижению

где f₀ — коэффициент сопротивления передвижению от трения на ходовых колесал (с учетом сопротивления от смятия грунта); G— вес крана; Q — вес груза; α — угол наклона пути; F_H — сила сопротивления ветра; Р_ИH — силы инерции сопро­тивления передвижению.

Коэффициент сопротивления передвижению зависит от состоя­ния пути, наличия и характера дорожного покрытия. Так, при ас­фальтобетонном покрытии f₀ == 0,015…0,0128, при булыжном f₀ = = 0,035…0,04, при глубокой грязи f₀ = 0,17…О,25. Расчетный кру­тящий момент на ведущих колесах крана

Запас сцепления с грунтом проверяют по формуле

где N_ПР — часть нагрузки, приходящаяся на ведущие колеса; μ₀ — коэффициент сцепления ведущих колес с грунтом; f^’₀ — минимальное значение коэффициента сопротивления при движении по грунту; W_mах — сила сопротивления движению при движении на подъем против ветра.

Значение μ₀ зависит также от характера дорожного покрытия и состояния пути. Для асфальтобетонного покрытия μ₀=0,35…0,4, для булыжного μ₀=0,45…0,55, для глубокой грязи μ₀=0,1.

8.3.2. Расчет механизма передвижения крана на гусеничном ходу

Краны на гусеничном ходу обычно имеют два гусеничных механизма (рис. 8.6), состоящих из рамы и гусеничной цепи, оги­бающей приводную 1 и натяжную 4 звездочки. Между звездочками установлены опорные колеса 3, которые движутся по бесконечным гусеничным цепям, состоящим из отдельных звеньев («траков»), как по рельсам. Число и диаметр опорных колес в гусеничных механизмах

Рис. 8.6. Схема гусеничного механизма: 1 — задняя звездочка; 2 - траки; 3 — опорные колеса

Рис. 8.7. Схемы к определению давления на грунт гусеничного крана

могут быть различны, причем гусеничный механизм лучше приспосабливается к неровностям грунта, если число опорных ко­лес превышает пять, а диаметр их меньше диаметра звездочек.

Металлическая конструкция крана опирается на рамы гусениц или на оси опорных колес. Последние могут быть закреплены на гусеничной раме или с помощью балансирных тележек. Верхняя ветвь гусеничной цепи в механизмах с большим числом опорных колес поддерживается от провисания специальными роликами. Среднее удельное давление гусениц на грунт допускается в преде­лах 50—150 МПа. Угол набегания цепи на приводную звездочку выбирают в пределах 0—5°.

Среднее давление на грунт

где G — вертикальная сила, действующая на одну гусеницу b — ширина гусеницы; L- — длина опорной поверхности под гусеницей.

Распределение давления на грунт под одной из гусениц может быть неравномерным, а равнодействующая сил, действующих на гу­сеницу в вертикальном направлении, может быть приложена не посередине длины последней.

Пусть на одну гусеницу длиной L опорной поверхности и шири­ной b действует сила, равная половине общей вертикальной нагрузки. Если сила G приложена к гусенице на расстоянии λ (рис. 8.7, а) от ее середины, то из условия равенства моментов силы G и равно­действующих q давления получим Gλ = 2qL/3. Равнодействующие давления q = b²Δр/4. Тогда

Максимальное давление на грунт

Если линия действия равнодействующей вертикальной нагрузки на кран, равной 2G, проходит ближе к одной из гусениц, например к правой (рис. 8.7, б), то сила G_П, действующая на правую гусеницу, может быть определена из равенства моментов сил относительно середины левой гусеницы:

откуда

Тогда максимальное давление на грунт под правой гусеницей

Сила сопротивления при движении гусеничного крана по прямо­линейному пути

где W_ТР — сила сопротивления от трения; W_ГР — сила сопротивления, обуслов­ленная деформацией грунта; W_У — сила, обусловленная уклоном пути; F_В — вет­ровая нагрузка.

Определим силу сопротивления от трения, т.е. потери в гусенич­ном механизме. Потери в верхних роликах, поддерживающих гусе­ничную цепь, и потери вследствие неравномерности ее движения учитывать не будем. При движении гусеничного крана необходимо преодолевать силу сопротивления трения в нижних опорных коле­сах W_К, в ведущей W^’_ЗВ и ведомой W^”_ЗВ звездочках, а также в шарни­рах гусеничной ленты, W_Г.Л.

Силу сопротивления трения в опорных колесах можно определить так же, как при движении по рельсам (при двух опорных колесах), т.е.

где k = 2 — коэффициент, учитывающий трение на боковых поверхностях опор­ных колес; μ₀ — коэффициент трения в цапфах колес; f₀ — коэффициент трения качения; d₀ — диаметр осей опорных колес; D₀ — диаметр опорных колес.

Сила сопротивления от трения в шарнирах гусеницы

где Р — усилие натяжения гусеничной ленты; f_Ш — коэффициент трения в шар­нире; d_Ш — диаметр шарнира; D_3В — диаметр звездочки.

Число шарниров, одновременно участвующих в работе на каж­дой звездочке:

где t — шаг гусеничной ленты.

Следовательно, суммарная сила сопротивления в шарнирах гусеничной ленты

Вал ведущей звездочки имеет две опоры, а ведомая звездочка свободно вращается на оси. Сила трения в цапфах ведущей звез­дочки, отнесенная к ее диаметру:

Сила трения в цапфах ведомой звездочки, соответственно

Суммарная сила сопротивления гусеничного хода Ь0

Приняв

Получим

Удельное (на единицу веса G) сопротивление гусеничного хода

Так как t=πD_ЗВ/z, где z — число зубьев звездочки, то

Так как P_РАБ является функцией сопротивления передвижению, полученную формулу можно использовать только для оценки потерь, имеющих место в гусеничном механизме. Согласно опытным данным удельное сопротивление гусеничного хода w_Г.Х=0,05…0,1. Общий расчетный коэффициент полезного действия гусеничного движителя η_Г.Д=0,8…0,85. Приближенно принимают W_ТР=(0,05…0,07)Gcosα.

Сила сопротивления передвижению, обусловленная деформацией грунта:

где f_ГР — коэффициент, изменяющийся в зависимости от качества грунта в пре­делах 0,03—0,15.

Сила, обусловленная подъемом (уклоном) пути:

В этой формуле α = 3° при движении с грузом и α = 20° при дви­жении без груза.

При расчете механизма передвижения гусеничного крана необ­ходимо учитывать особенности движения гусениц по кривой. Дви­жение гусеничного крана по кривой может быть обеспечено тремя способами: движением обеих гусениц с разными скоростями (воз­можно при раздельном приводе гусениц и бесступенчатом регулиро­вании); затормаживанием одной из гусениц; движением гусениц в противоположных направлениях. В первом случае поворот осу­ществляется вокруг центра, расположенного в стороне от пути, во втором — вокруг центра, находящегося на одной из гусениц, и в третьем — вокруг вертикальной оси, проходящей между гусе­ницами (поворот на месте). Последний случай нецелесообразен, так как кран оборудован механизмом поворота. Из перечисленных слу­чаев практический интерес представляет только второй случай.

При передвижении по кривой гусеничный кран поворачивается вок­руг некоторого центра на ее оси, а опорные катки перемещаются по гусеничной цепи прямолинейно. Поворот осуществляется за счет скольжения гусеницы относительно грунта. При этом приходится преодолевать сопротивление качению катков по гусенице и трение при скольжении гусениц по грунту, а также составляющие силы тя­жести при движении на подъем и силу сопротивления ветра.

Элементарная сила трения скольжения гусеницы в направлениИ| перпендикулярном ее движению:

где μ — коэффициент трения; р — давление на грунт; b — ширина гусеницы. Момент трения при повороте гусеницы относительно ее центра

где G — составляющая веса крана, приходящаяся на одну гусеницу; L — длина гусеничной цепи между звездочками.

Дополнительная сила сопротивления на кривой, если поворот совершается вокруг центра заторможенной гусеницы:

где В — расстояние между осями гусениц.

Статическое сопротивление передвижению на криволинейном пути

В этой формуле коэффициентом 1,2 учитывается трение по торцам опорных колес о траки.