книги / Устройство автогрейдера и расчёт рабочего оборудования
..pdfПри резании концом отвала с погружением его на половину длины
^L h sin а
|
|
|
|
^СТ “ |
л |
|
> |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4coscp |
|
|
|
|
|
|
где ср - угол захвата ножа, град. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Сопротивление перемещению призмы грунта |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
02=И2Спр sin ср / Кр, |
|
|
|
|
|||||
где Р2 - коэффициент внутреннего трения грунта; |
|
|
|
|||||||||
Gnp - вес призмы |
грунта |
перед |
отвалом, кН, |
СгПр = Yrp g Рпр (здесь Угр - |
||||||||
плотность |
грунта; |
|
g - |
ускорение |
свободного |
падения, g = |
||||||
= 9,81 м/с2; Кпр - объем призмы перед отвалом с учетом, что часть |
||||||||||||
длины |
ножа |
погружена |
|
в |
грунт |
для |
резания, |
|||||
т, |
(Я - |
0,25 h f L |
, где п - |
толщина стружки, м; |
о - |
угол ес- |
||||||
Vnv = |
------- -— -— |
|
||||||||||
v |
2 tg 5 Кр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тественного откоса грунта, равный 30 |
40°); |
|
|
|
||||||||
Кр- коэффициентразрыхления грунта. |
|
|
~ |
|
|
|||||||
Сопротивление перемещению стружки грунта вверх по отвалу |
|
|||||||||||
2
fV3= Нч Gnpcos a sin ф,
где pi - коэффициент трения грунта по отвалу; а - угол резания ножа (см. табл. 1).
Сопротивление Перемещению стружки грунта вдоль по отвалу
0*4= И feGnp cos ф.
Сопротивление перекатыванию колес
Ws~G cos р [(1 -а ) / + а щ],
где р - угол подъема участка работы в направлении движения, град; / - коэффициент сопротивления качению на колесах, для пневмоко-
лесного хода/ зависит от поверхности качения: |
|
асфальт |
0,015 |
укатанная сухая проселочная дорога |
0,03 ... 0,05 |
свежевспаханное ноле |
0,16 |
песок. |
Q |
сухой |
|
влажный |
0,16 |
а _ коэффициент, учитывающий часть силы тяжести, воспринимаемой отвалом; величина а может меняться от 0 до 0,5; для расчетов при нимают а - 0,25*
Сопротивление преодолению подъема
WG=G sin U
где G- вес автогрейдера, кН; i - уклон местности, град.
При движении автогрейдера с ускорением, что имеет место при пере ключении движения на более высокую скорость, а также при трогании с места с загруженным ножом, появляется сопротивление от сил инерции
|
|
|
|
|
е G + С?по |
|
|
|
|
|
|
|
|
Wn = --------- — , |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
g |
dt |
|
|
|
где е |
- |
коэффициент |
учета |
|
вращающихся |
масс, |
|||
|
|
|
G . |
i2 |
Лм + |
1 |
|
|
|
|
|
|
Ju |
гс |
9 |
f |
n |
|
|
|
|
е = |
8 |
|
rc |
|
|||
|
|
------------——-------------— |
(где |
G - вес автогреидера; |
|||||
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
Ум - |
момент инерции маховика двигателя; i - |
общее пере |
|||||
|
|
даточное число трансмиссии; т|м - КПД трансмиссии; L7* - |
|||||||
|
|
суммарный момент инерции колес автогрейдера; гс - сило |
|||||||
|
|
вой радиус колес); |
|
|
|
|
|||
dv |
- |
|
|
|
„ |
|
|
|
|
— |
ускорение автогрейдера; |
|
|
|
|
||||
dt
g- ускорение свободного падения.
Сучетом частичного буксования движителя действующую скорость
движения можно принимать равной 75 85 % ее номинального значения, если соблюдается условие Гф > Тн.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ АВТОГРЕЙДЕРА
Порядок расчета излагается применительно к колесной формуле 1x2x3 как наиболее распространенной. Основными расчетными положе ниями для определения нагрузок на автогрейдер являются два расчетных положения.
Расчет основной рамы
Первое расчетное положение. В этом положении, соответствующем нагрузкам, возникающим в процессе нормальной эксплуатации автогрей дера, наиболее неблагоприятные условия возникают в конце зарезания, ко-
гда отвал режет грунт одним концом, опущенным настолько, что передний мост вывешен и упирается в край кювета, задние колеса буксуют на месте, работа производится на поперечном уклоне с углом X = 12 16°.
В этих условиях основная рама оказывается максимально нагружен ной нормальными нагрузками (рис. 4). В центре тяжести автогрейдера со средотачивается сила его веса G и равнодействующая сил инерции Ри. Так как автогрейдер работает на уклоне, эта сила раскладывается на две со ставляющие, одна из которых, равная G cos А., действует перпендикулярно опорной поверхности, а другая, G sin X, - параллельно ей.
Координаты Н (м) и / (м) центра тяжести современных автогрейдеров приблизительно определяют из соотношений
Н ^ г с+ 0,5 м, / = (0,25 0,3)1,
где гс- статический радиус колеса, м; L - колесная база, м.
Рис. 4. Схема сил, действующих на автогрейдер в первом расчетном положении
В центре тяжести автогрейдера помимо его веса сосредотачивается равнодействующая Рц инерционных сил, которые возникают при тормо жении машины. Аналитическое определение этих сил затруднено, поэтому расчет можно выполнять по формуле, полученной ВНИИСтройдормашем экспериментальным путем:
p H= ( ^ - i ) e maxG2> |
(1) |
где Кй - коэффициент динамичности, для первого расчетного положения Кд= 1,2 1,5;
Gmax - максимальный коэффициент использования сцепного веса маши
ны, Эщах 0,85,
Gi - сила тяжести автогрейдера, приходящаяся на его задний мост, кН.
Вточке О, которой обозначен конец режущей кромки ножа отвала, сосредотачиваются усилия Рх, Ру и Р2>возникающие в результате сопро тивления грунта резанию.
Вточках 0 '2 и 0 " 2, соответствующих проекциям середин балансиров на опорную поверхность, действуют вертикальные реакции задних правых
и левых колес Z2n и Z^, свободные силы тяги и и боковые реакции У2п и Угл (в кН). Силы тяги правого и левого задних колес могут быть вы ражены через вертикальные реакции:
^2п ~~ ^2п ®тах> -^2л—^2л ®тах* Боковые реакции определяют по формуле
У2п = ^2л= 0,5 G sin X.
В точке 0 3, в которой передний мост касается кювета, возникает бо ковая реакция Y\.
Составляют систему уравнений равновесия:
Е* = 0 :Х 2п + * 2л + Р и - Р х = 0; ЕГ = 0 F2n + r 2n - G s i n > . - P y + ri = 0;
£Z = 0 : Z2n + Z2jI - G cos X+ Pz = 0;
Ш х = 0 : G c o sX ^ - Z2n b -G sin X H = 0;
IM y = 0 PZ L\ - G c o s X l- P B H = 0;
m z =0 (r2n + y2n)h + * 2л b +P„ | + G sin X(li - /) - YX(L - Ц ) = 0.
Определяют неизвестные силы и реакции Рх, Ру, Pzy Z2n, Z2jl, Y\ из уравнений равновесия:
n _ GcosXl + P^ Н
г — ь ;
^ 2п = G cos X —Z2л *” Pz»
(^2п + >2л )A |
+ X 2nb + P » ~ -G sm l(L l - /) |
У! -------------------------------------- |
2--------------------- |
|
L - Ц |
Ру = ^2п + ^2л ^ s*n ^ + Y\• |
|
Далее необходимо найти усилия, действующие в т. О4 - шаровом шарнире тяговой рамы, служащим опорой для правой части основной ра мы. Левой частью основная рама двумя точками, соответствующими точ кам О’2 и 0 "2, опирается на задний мост, а в средней части - на систему подвески тяговой рамы.
Считая детали подвески тяговой рамы расположенными в одной плоскости Q (рис. 5), можно рассматривать пересечение этой плоскости с основной рамой в качестве места заделки последней, являющегося опас ным расчетным сечением. Для упрощения расчета принимают, что тяги подвески (штоки гидроцилиндров) находятся в вертикальной плоскости Q', хотя в дейетвительности-плоекоеть-бгв-которой-они расположены, накло нена к вертикали под небольшим углом а. Принятое допущение несколько увеличит получаемые значения усилий Z4, У4 и действующих на шаро вой шарнир, и, следовательно, запас надежности.
Рис. 5. Схема сил, действующих на шаровой шарнир тяговой рамы в первом расчетном положении
Из уравнений моментов, составленных относительно осей у' и z', ле жащих в плоскости б', проходящей через точку О4 и перпендикулярной к оси О4СУ4, находят усилия Z4 и У4:
|
Px — + Pv m |
|
|
z t . Z J z Z n , , t = - 1 |
|
Усилие |
находят из уравнения IX = 0, откуда |
= Рх. В действи |
тельности Х4 несколько меньше Рх, так что принятое его значение также увеличивает запас надежности.
Определив все силовые факторы основной рамы, можно подсчитать возникающие в ней напряжения. Возникающие в опасном сечении I-I ос новной рамы напряжения от воздействия на него силовых факторов, дей ствующих слева и справа от сечения, подсчитывают раздельно и прини мают в расчет наибольшее.
Полученное значение максимального напряжения, действующего в расчетном сечении, не должно превышать рассчитанное допускаемое на пряжение.
На рис. 6 показана схема нагружения основной рамы в первом расчет ном положении. Пользуясь этой схемой и размерами, указанными на рис. 4, определяют изгибающие моменты, действующие в опасном сече нии I-I.
//
Рис. 6. Схема нагружения основной рамы в первом расчетном положении |
|
Слева от сечения I-I (со стороны заднего моста) |
|
К = Рк а + С2 cos X (b - п)+ {х2п + Х 2л)А - (z2n + Z2„){L - и); |
(2) |
К = (hn + Y2n){L - n ) - G 2 s m \{ L - п) + {х2л - * 2п) | ; |
(3) |
Мкр = (*2п + Y2n)A ~ G2 sinXg + (Z2n + Z2jI) | , |
(4) |
Справа от сечения I-I (со стороны переднего моста)
М \ = X 4(q - h) 4- Gj cos X n + Z 4 n ; |
(5) |
|
M l - Yi n - Gj sin X л - n\ |
|
(6) |
Мкр = YA(q -h)+ G x sm X g -Y |
1 A. |
(7) |
Основные рамы отечественных автогрейдеров изготавливаются свар ными из швеллеров и листовой стали или из трубы. Таким образом, сече ние рамы бывает либо коробчатым, либо круглым. Зная геометрические размеры сечения него форму, легко по известным формулам сопротивления материалов подсчитать возникающие в нем максимальные напряжения ст:
® = V ° | W + 4 t 2 .
где стсум - суммарное напряжение от изгиба и растяжения-сжатия, МПа; т - напряжение от кручения, МПа.
= M l + M l + P^^ т = Мкр^
■'сум |
W7 |
|
где М М ги - суммарные изгибающие моменты в вертикальной и гори зонтальной плоскостях, Нм;
Р - растягивающее (сжимающее) усилие, Н; Мкр - суммарный крутящий момент, действующий на расчетное
положение, Нм;
Wy,■Wz, WpyF - соответственно моменты сопротивления сечения изгибу и
Площадь и моменты инерции прямоугольного поперечного сечения определяют по формулам (рис. 7, а)
F —Ь2 h2—b\ h\\ |
b j A |
*i hi . IF = |
A, ft? |
M L |
—— |
||||
|
12 |
12 ’ z |
12 |
12 |
Полярный момент инерции прямоугольного сечения вычисляют по формуле
Wp= a h b 2,
где а - коэффициент, зависящий от отношения сторон прямоугольного се чения h/b\
шь |
1 |
1,5 |
1,75 |
2 |
2,5 |
3 |
4 |
6 |
8 |
10 |
оо |
а |
0,208 |
0,231 |
0,239 |
0,246 |
0,258 |
0,267 |
0,282 |
0,299 |
0,307^ |
0,313 |
0,333 |
Площадь и моменты инерции круглого поперечного сечения (рис. 7, б) определяют по формулам
F = ПГ2-ПГ\\ Wy |
ь2 hi |
Ьл hf |
т]/ _ |
M L |
||
= —— |
------W |
= |
12 |
|||
|
12 |
|
12 |
|
12 |
|
Полярный момент инерции круглого сечения (м ) вычисляют по фор муле
^ p = 7 tJ 3/16, lFp=0,2 4 ( l - rfl4/4 )>
где d - диаметр сплошного сечения, м;
- внешний диаметр полого сечения, м; d2- внутренний диаметр полого сечения, м.
Второе расчетное положение. Во втором расчетном положении на автогрейдер действуют случайные нагрузки, возникающие при встрече его с непреодолимым препятствием. Наиболее неблагоприятные условия при этом складываются, когда наезд на препятствие происходит краем выдви нутого в сторону отвала при движении автогрейдера по горизонтальной поверхности на максимальной рабочей скорости с малым пробуксовыва нием ведущих колес, что имеет место при работах по разравниванию и пе ремещению грунта.
При внезапной встрече конца отвала с жестким препятствием проис ходит их соударение, в результате чего возникают дополнительные дина мические нагрузки на основную раму.
При расчете на прочность рабочего оборудования принимают, что масса и жесткость препятствия во много раз превышают массу и жесткость автогрейдера. Тогда дополнительную динамическую нагрузку на авто
грейдер определяют только массой и жесткостью последнего, а также ско ростью столкновения и подсчитывают по формуле
где v - скорость автогрейдера в момент встречи с препятствием, м/с; Ссц - вес автогрейдера с оборудованием, кН;
g - ускорение свободного падения;
С - суммарная жесткость автогрейдера, кН/м,
с — 1 , 1,5ч — 1 .
Q |
I 2 |
С2 |
1 |
А'ОТВ |
z |
здесь Ci - жесткость металлоконструкции автогрейдера, зависящая от ве личины сцепного веса, кН/м:
Вес, приходящийся на-ведущие колеса, т - |
— 6 |
8— |
Ш |
-1 2 |
Жесткость всей металлоконструкции Сь кН/м |
120 |
150 |
175 |
195 |
Яотв - высота отвала автогрейдера, м; L0TB- Длина отвала автогрейдера, м;
Ci - суммарная жесткость передних колес, кН/м; Сг=2 Сш (где Сш - динамическая жесткость пневмошин (кН/м), зависящая от на грузки и давления в шинах, приведена в табл. 2).
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
Обозначе |
Нагрузка, т |
|
|
|
------- 2— |
Значение Сш при давлении в шинах, кГ/см |
|||||
ние шин |
|
2,5 |
1,9 |
1,3 |
0,7 |
16.00-24 |
2,5...3,5 |
45 |
37,5 |
30 |
25 |
12.00-20 |
1,5 |
5 |
- |
- |
- |
1140x700 |
2,5...3,5 |
- |
57,5 |
42,5 |
42,5 |
На рис. 8 показана схема сил, действующих на автогрейдер во втором расчетном положении. В центре тяжести сосредотачиваются сила веса ав тогрейдера G и дополнительная динамическая нагрузка Ри. В точке О кон такта отвала с препятствием действуют усилия Рх и Ру\ Рг= 0, так как реза ние грунта не производится.
В момент внезапной встречи с жестким препятствием ведущие колеса автогрейдера начинают полностью пробуксовывать, развивая суммарную силу тяги
ЛГ2 = * 2п+ * 2л ,
где Х2п и Х2л - силы тяги на правых и левых ведущих колесах, условно приложенные в точках 0 2 и О3.
В условных точках 0 2 и Оз действуют боковые усилия Г2 и Y\.
Рис. 8. Схема сил, действующих на автогрейдер во втором расчетном положении
Возникающие вертикальные реакции на задний и передний мосты обозначены соответственно через Z2 и Z\. Эти реакции с учетом динамиче ской нафузки определяют из уравнений моментов, составляемых относи тельно точек 0 2 и О3:
z ^ G i + P u j ; |
(8) |
Z 2 = G2 - P * J ; |
(9) |
где G\ и G2 - соответственно силы тяжести, приходящиеся на передний и задний мосты, кН.