2328

устройство способно катиться по опорной поверхности и на цилиндрическом ободе нести значительную вертикальную нагрузку. Раскроем физическую сущность явления грузоподъемности пневматической шины, используя теорию работы [59]. Выполним условно отсечение контакта шины от оболочки по периметру контакта с плоской опорной поверхностью и изобразим отдельно оболочку шины и контакт (рис. 2.1,а).

G

K

Рис. 2.1

В поверхности сечения для плоского контакта на рис. 2.1,б показаны силы реакции в виде распределенных удельных сил и (напряжений). Нормальные распределенные удельные силы в поверхности сечения по периметру контакта оказываются взаимно уравновешенными и не имеют равнодействующей. Распределенные моменты Mi в поверхности сечения по всему периметру контакта также взаимно уравновешены и не имеют равнодействующей. И только распределенные касательные силы , действующие в поверхности сечения по всему периметру контакта, приводятся к некоторой вертикальной силе. Обозначим равнодействующую вертикальных сил каркаса шины G как долю от нагрузки G на колесо и покажем их условно в виде половинок слева и справа для отсеченного контакта шины, где – коэффициент, определяющий долю вертикальных сил, воспринимаемых каркасом от общей нагрузки на колесо. Рассмотрим сначала равновесие отсеченного

Коэффициент может иметь положительное или отрицательное значение, при этом средние контактные напряжения K по выражению (2.6) могут быть больше или меньше давления воздуха в шине pB . Воздух внутри оболочки шины обеспечивает не только грузоподъемность, но и создает натяжение нитей каркаса, обеспечивая геометрию свободной оболочки и длительную нормальную работу шины. Выясним роль свободной оболочки шины в создании явления грузоподъемности.

Равновесие оболочки шины записывается уравнением (см. рис. 2.1,а)

Интеграл в выражении (2.7) записан для криволинейной поверхности, примыкающей к дуге A1B1. Покажем, что давление на криволинейную поверхность, примыкающую к дуге A1B1, и давление на хорду A1B1, ограничивающую плоскость, с тем же равномерным давлением pB приводятся к одной и той же равнодействующей силе, равной AШ pB . Согласно закону Паскаля, для хорды A1B1 (рис. 2.1,в) равнодействующая распределенных сил при постоянной ширине площади контакта b равна

Допускаем, что дуга поверхности A1B1 является цилиндрической, ширина b этого цилиндра равна ширине контакта шины. Равнодействующую распределенных сил, действующих на кривую арку радиусом r и шириной b, определим интегрированием. Возьмем элемент дуги и выделим соответствующую ей площадку dS brd . Найдем удвоенный интеграл (см. рис. 2.1,в)

образом, показано, что давление воздуха pB на плоскую площадку контакта изнутри и давление воздуха на криволинейную арку, определяемую дугой A1B1, приводятся к одной и той же равнодействующей силе, равной AШ pB . Подставляя в выражение (2.7) для оболочки найденное значение равнодействующей, получим

G G AШ pB 0.

Отсюда G pB AШ , т.е. груз G , приложенный в точке О, висит на

1

секторе OA1B1 оболочки шины.

Следовательно, физическое явление грузоподъемности шины обеспечивается оболочкой, активная поверхность которой равна площади контакта. При расчетах грузоподъемности пневмоколес фронтального погрузчика можно принимать для пневматических шин

Площадь контакта шины AШ в сочетании с величиной давления воздуха внутри шины обеспечивает грузоподъемность пневмоколеса фронтального погрузчика.

Современные пневматические шины имеют протекторы, снабженные грунтозацепами с соответствующим рисунком. Насыщенность рисунка протектора шин фронтальных погрузчиков составляет обычно 40 45%. Это означает, что на ровной опорной поверхности действительные удельные давления в контакте шины K будут примерно в 2 раза больше, чем для гладкой шины со срезанными грунтозацепами. Рисунок протектора шины не изменяет физические свойства рассмотренного явления грузоподъемности. На современных пневматических колесах используют одиночные большегрузные шины с низким давлением сжатого воздуха pB 0,1 0,3 МПа.

2.1.3. Расчет параметров пневматических шин для фронтальных погрузчиков

В связи с громадным разнообразием размеров и конструкций шин применяются различные способы обозначения их размеров и параметров. Обозначение размеров шин в типоразмерном ряду принято выполнять в миллиметрах или дюймах. Например, маркировка шины 430-610 (16.00-24) означает: первая цифра 430 – номинальная ширина В профиля шины, мм; 610 – номинальный посадочный диаметр шины d, мм (рис. 2.2).

Известна смешанная система маркировки шин, когда размер В дается в миллиметрах, а посадочный диаметр d в дюймах. Маркировка шин фронтального погрузчика Komatsu WA1200-3 имеет вид 55,5/80-57-68РR. Первая цифра обозначает ширину профиля шины в дюймах – 55,5; вторая цифра 80 соответствует отношению высоты профиля Н к ширине В – 80%; третья цифра – посадочный диаметр 57 дюймов; четвертая цифра – число слоев корда – 68Р; последняя буква – обозначение радиальной конструкции R.

Рис. 2.2

Основными параметрами шины, наряду с рассмотренными: шириной профиля шины В и посадочным диаметром d, является наружный диаметр шины DШ 2rШ . Радиус качения шины rК зависит от многих факторов и может быть определен только опытным путем. Примем условно радиус качения шины равным силовому радиусу

0,930 0,935 при номинальной грузоподъемности и номинальном давлении.

Длину контакта шины lШ можно определить, используя рис. 2.2:

При больших расчетных деформациях, возникающих при нагрузках, близких к номинальной, площадь контакта шины имеет форму прямоугольника. Площадь контакта шины на плоской

где AШ – площадь контакта шины с опорной поверхностью; bШ – ширина площади контакта шины, bШ =(0,85 0,9)В.

В табл. 2.1 приведены параметры пневматических шин для типоразмерного ряда фронтальных погрузчиков в порядке их возрастания. Представлены параметры шин существующих размеров и конструкций, для погрузчиков грузоподъемностью 30, 45, 65, 75 т показаны значения развития параметров шин больших размеров.

В табл. 2.2 представлены значения средней нагрузки на колесо G для фронтальных погрузчиков при движении на транспортном режиме с грузом в ковше и приведены значения грузоподъемности шин GШ , вычисленные аналитически по формулам (2.10) – (2.14).

Представленные таблицы свидетельствуют о том, что во всех случаях грузоподъемность шин превышает среднюю нагрузку на колесо в транспортном режиме (см. табл. 2.2). Запас грузоподъемности шин необходим для обеспечения всех элементов технологического процесса погрузчика. При заполнении ковша материалом в процессе черпания действительные нагрузки на колеса погрузчиков малых и средних размеров могут удваиваться. У погрузчиков больших грузоподъемностей 30 75 т невозможно обеспечить большой запас грузоподъемности шин, поэтому приходится принимать меры для защиты погрузчика от чрезмерных перегрузок при копании грунта.

грузоподъемности шины GШ и

Рассмотренные параметры и

характеристики пневматического

Рис. 2.7

колеса можно регулировать в определенных пределах путем изменения давления воздуха внутри шины.

На рис. 2.8 показаны зависимости 1, 2, 3

грузоподъемности шины GШ от диаметра шины DШ соответственно при разных давлениях pB =0,3; 04; 0,5 МПа. Условие (2.21) для погрузчика является обязательным, т.к. в рабочем цикле погрузчика имеются динамические нагрузки с коэффициентом динамичности

2.

Кроме того, при заполнении ковша погрузчика материалом

возможен режим вывешивания заднего моста, при котором нагрузка на передние колеса практически удваивается.

Для повышения грузоподъемности большегрузных шин можно увеличивать размеры шины и давление воздуха в шинах. Приведенные сведения о пневматических шинах подтверждают реальность создания шин для пневмоколесных фронтальных погрузчиков грузоподъемностью 30, 50, 75 т.

2.2. Кинематика поворота шарнирно сочлененной рамы