Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет и проектирование самоходных скреперов. Учебное пособие
.pdf
величина Р
находится из условия равновесия сил, дей-
2
ствующих на скрепер;
f — коэффициент сопротивления качению колес
скрепера;
поскольку сила Т с уменьшением величины/
увеличивается, в расчете принимаются значения f, близкие к
минимальным: f = 0,07 при давлении воздуха в шинах
р = 2 к Пс м2 и f = 0, 11 при р = 5 кГ/ см2.
Сила тяги T
проверяется по условию сцепления
max
колес
с грунтом:
T
= (
Р
- PfA)
≤
max
кmах
R
Аφmах
,
(4.12)
где RA — реакция грунта на ведущие колеса скрепера;
φ
— максимальный коэффициент сцепления.
mа х
Если условие сцепления не удовлетворяется,
расчетная сила тяги определяется по формуле
Tp = RA φ
mа х kд
.
(4.13)
Особенностью прицепных скреперов с канатно-блочным
управлением является то обстоятельство, что при подъеме
ковша в транспортное положение и при транспортировании
скрепера сила Тяги от тягача к скреперу передается не только
через прицепное устройство, но частично через канаты,
идущие на барабаны лебедки.
В этом случае на скрепер со стороны тягача действуют две
внешние силы (рис. 4.6, а и в); сила TA, передаваемая через
прицепное устройство, и сила натяжения каната подъема
ковша Sб, идущего на барабан лебедки.
Силой натяжения каната подъема заслонки
пренебрегаем, так как при подъеме ковша она мала по
сравнению с силой Sб, а при транспортировании равна нулю.
71
Рис. 4.6. Схема действия силы тяги на прицепные скреперы с канатным
управлением
При транспортировании скрепера силы T
и S
A
связаны
б
между собой и с силой тяги Т зависимостью
T = TA + Sб cos α ,
(4.14)
где а — угол наклона каната к горизонтали.
Силы TA и Sб определяются при совместном решении этого
уравнения и уравнений равновесия сил, действующих на
скрепер.
Передача силы тяги через канат подъема ковша в
транспортном положении является недостатком скреперов с
канатно-блочным управлением, так как ведет к быстрому
износу каната.
Для устранения этого недостатка в конструкции
72
скрепера может быть предусмотрено специальное устройство,
разгружающее канат подъема ковша в транспортном
положении (рис. 4.6 , б и в).
При включении механизмов управления рабочими
органами скрепера сила тяги снижается, так как часть
мощности расходуется на перемещение рабочих органов. Для
расчета на прочность интересен случай подъема
заполненного ковша из положения резания в транспортное
положение. Сила тяги в этом случае должна быть
определена с учетом расхода мощности на подъем ковша.
Для прицепного скрепера сила тяги в период подъема
ковша равна (рис. 4.6, в)
T’ = TА + Sб cos α. '
(4.15)
В отличие от ранее рассмотренного случая,
соответствующего транспортированию скрепера, в
уравнении (283) силы T
и S
А
имеют иные значения, а сила
б
T’ неизвестна.
Дополнительная зависимость, необходимая для
вычисления
этих сил, определится из формулы баланса мощности в
период подъема ковша.
Мощность двигателя при подъеме груженого ковша и
одновременном перемещении скрепера расходуется
следующим образом:
мощность на передвижение тягача
(4.16)
где GT — сила тяжести тягача;
f — коэффициент сопротивления качению колес тягача;
v
— скорость тягача;
T
η
— к. п. д. трансмиссии и ходового механизма тягача;
T
мощность на передвижение скрепера
(4.17)
мощность на подъем ковша
73
(4.18)
где vб — скорость каната подъема ковша, идущего на
барабан лебедки;
η
— к. п. д. передач от двигателя к барабану лебедки и
б
самого барабана.
Общее уравнение баланса мощности в период подъема
ковша
N = N1 + N2 + N3.
Подставляя значения N1, N2 и N3 из уравнений (4.16) и (4.18),
получим
Отсюда
(4.19)
Нетрудно видеть, что первый член правой части
уравнения (287) представляет собой полную силу тяги тягача,
второй — силу необходимую для перемещения самого тягача,
а разность их максимальную силу тяги на крюке тягача
Подставляя это выражение в уравнение (4.19),
получим
(4.20)
Пользуясь кинематической зависимостью между
скоростями vб и vТ, отношение их для скреперов с канатноблочным управлением можно представить в виде
где Dб и Dз — соответственно диаметры барабана лебедки и
ведущей звездочки тягача;
п
и пз — частота вращения барабана и звездочки;
б
iз — передаточное отношение от вала двигателя к ведущей
74
звездочке тягача;
iб — передаточное отношение от вала двигателя к барабану
лебедки.
Тогда уравнение (298) можно представить в таком виде:
или, обозначив величину через К, получим
(4.21)
Силы T
и S
A
определяются путем совместного решения урав-
б
нения (4.21) и уравнений равновесия сил, действующих на
скрепер.
Подставляя T
из уравнения (4.21) в уравнение (4.15), получим
A
максимальную силу тяги трактора T' в период подъема ковша:
T' = T — S6K. (4.22)
Как видно из этой формулы, сила тяги в период подъема
ковша снижается на величину SбK.
Для самоходного скрепера сила тяги в период подъема
определяется аналогичным способом.
Величина К в этом случае выражается уравнением
где rс — силовой радиус ведущих колес;
iк — передаточное отношение от двигателя к колесам.
Расчетная сила тяги скрепера в период подъема ковша
будет равна
Tp=T'kд. (4.23)
Толкающая сила Т
может действовать на скрепер во время
Т
наполнения ковша.
Расчетная толкающая сила принимается равной
максимальной силе тяги толкача с учетом коэффициента
динамичности kд и коэффициента одновременности действия kо
(принимаем kд = 1,5, kо = 0,8). Направление толкающей силы
75
горизонтальное, точка приложения — буферное устройство
скрепера (рис. 4.5):
TT = Tkдkо. (4.24)
Реакции грунта, действующие на колеса скрепера.
Реакция грунта на колесо машины в общем случае может
быть представлена в виде нормальной реакции R и
тангенциальной реакции Т. Линия действия реакции R
проходит на расстоянии а, а линия действия силы Т — на
расстоянии rc от оси колеса (см. рис. 65). Для ведомых колес
сила Т является силой сопротивления качению: Т = Pf = Rf.
Для ведущих колес Т — сила тяги колесного движителя:
где Р
Т = Р
— окружная сила колесного движителя,
к
– Рf
к
(4.25)
(Мк — крутящий момент, подведенный к движителю).
При определении сил, действующих на машину,
вертикальную реакцию R удобно представить как проходящую
через ось колеса. Чтобы не нарушить равновесие сил при
параллельном переносе реакции R, необходимо приложить к
колесу момент
M =Ra = Pf rc.
(4.26)
Таким образом, реакции грунта на ведомое колесо
можно представить в виде сил R, Pf и момента М. На ведущее
колесо, кроме того, действует сила Рк.
Силы R, P
, Р
и момент М рассматривались выше как
f
к
реакция грунта на одно, отдельно взятое колесо.
Реакция грунта на переднее и заднее ходовые устройства
скрепера складываются из реакции на каждое отдельное колесо
соответствующего ходового устройства.
Применительно к переднему и заднему ходовым
устройствам выражения будут иметь вид:
для переднего ходового устройства
P fA = RAf1 ≈ RAf ;
76
(4.27)
MA = RAf1rc ≈ RAfrc;
(4.28)
для заднего ходового устройства
где
P fB = RBf2 ≈ RBf ;
MB = RBf2rc ≈ RBfrc;
R
и
R
— нормальные реакции грунта;
A
B
(4.29)
(4.30)
PfA и PfB — силы сопротивления качению;
и
M
MB — моменты сопротивления качению;
A
f1 и
f2 — коэффициенты сопротивления качению перед-
них и задних колес.
При определении сил можно коэффициенты
f1 и
f2
заменить средним коэффициентом сопротивления качению f.
Рассмотрим характер из менения реакций грунта на
колеса в течение рабочего цикла. Нормальные реакции грунта
принимают максимальное значение в конце наполнения ковша
и при выглублении ножа, когда к силам тяжести скрепера с
грунтом добавляется вертикальная составляющая реакции
грунта на нож, направленная вниз. Нормальные реакции на
колеса достигают значительной величины также при
движении груженого скрепера.
При зарезании ножа и наполнении ковша, когда часть
веса ковша передается на грунт через нож, нормальные
реакции имеют минимальное значение, а в некоторых случаях
могут быть равны нулю (колеса отрываются от поверхности
грунта).
Рис. 4.7. Схема действия сил на колесо при преодолении
препятствия
Особое место, с точки зрения расчета скрепера на
77
прочность, занимает случай преодоления препятствия перед
ведомыми колесами скрепера. Этот случай может представлять
собой один из следующих типичных вариантов (рис. 4.7 ):
1) переезд колес скрепера через жесткое препятствие,
возвышающееся над поверхностью грунта (рис. 4.7, а);
2) переезд колес через кювет или яму (рис. 4.7, б);
3) погружение колес в грунт при движении по рыхлому
или переувлажненному грунту (рис. 4.7, в).
В каждом из этих случаев расстояние от поверхности качения
колес до точки приложения реакции N можно
рассматривать как высоту h препятствия. При движении
колес по рыхлому или переувлажненному грунту сила N
рассматривается как равнодействующая распределенной
нагрузки, действующей на колеса со стороны грунта.
Реакцию N можно разложить на горизонтальную и
вертикальную составляющие X и Z, связанные зависимостью
X = Z tgα. (4.31)
Из схемы (рис. 4.7) находим
.
(4.32)
Подставляя значение tg α в уравнение (299), получим
(4.33)
При заданной высоте препятствия h силы X и Z, а
также сила тяги, необходимая для преодоления препятствия,
определяются путем совместного решения уравнения (4.33) и
уравнений равновесия скрепера.
При заданной силе тяги максимальная высота
преодолеваемого препятствия h
может быть определена по
max
формуле, полученной путем решения уравнения (4.33)
относительно' h:
(4.34)
Значения X и Z определяются из уравнения равновесия
78
скрепера.
Реакции грунта, действующие на рабочие органы
скрепера.
Во время резания стружки и наполнения ковша на рабочие
органы скрепера (ковш и заслонку) действуют реактивные силы
со стороны грунта и призмы волочения.
Рис. 4.8. Схема сил, действующих на рабочий орган скрепера со
стороны стружки грунта
При расчете на прочность все силы реакции грунта на
ковш можно представить в виде их равнодействующей JP,
условно приложенной к лезвию ножа (рис. 4.8).
Разложим силу Р на две составляющие — горизонтальную силу
Р1 и вертикальную силу Р
— и рассмотрим характер их
2
изменения во время работы скрепера.
Сила Р
увеличивается по мере заглубления ножа 2 в
1
грунт 1 и заполнения ковша и принимает наибольшие значения
при резании стружки максимальной толщины, при
проталкивании стружки в ковш в конце его заполнения или
при упоре ножа в препятствие. В этих случаях может быть
полное использование силы тяги и толкающей силы.
Сила Р
определится из уравнения тягового баланса
1
скрепера:
Р
=
T -
1
(Wn +
Wm),
где Wn — сопротивление перемещению призмы волочения;
79
Wm — сопротивление качению колес скрепера.
Как видно из этого уравнения, наибольшая возможная сила
Р
бывает при условии действия на скрепер максимальной
1
расчетной силы тяги Tр и минимальных сопротивлений Wn и
Wm.
Это условие выполняется при работе скрепера на
плотных связных грунтах, когда призма волочения
практически отсутствует, Wn = 0, а сопротивление
перемещению колес скрепера бывает минимальным:
Wm = (RA + RB)f
min
.
В этом случае
P1
max
= Тр -
(RA + RB) f
min
.
Вертикальная составляющая Р
реакции грунта на ковш
2
меняется во время работы скрепера как по величине, так и по
знаку.
При заглублении ножа составляющая Р
действует вверх,
2
как показано на рис. 4.8 штриховой стрелкой, и
уравновешивает часть силы тяжести ковша, приходящуюся
на нож. Условие заглубления ножа в грунт выражается при
этом неравенством
G' > Р2,
где G' — часть силы тяжести скрепера, действующая на
нож.
В процессе резания стружки постоянной толщины,
когда вес ковша с грунтом передается посредством механизма
подъема на колеса скрепера, вертикальная реакция грунта на
нож направлена вниз. Такое же направление сила Р2 будет
иметь и в процессе выглубления ножа из грунта.
Максимальная сила Р2, направленная вниз, бывает в конце
наполнения ковша и в начале его подъема.
В случае, когда сила P2 направлена вверх, она
уравновешивает часть веса скрепера с грунтом и разгружает
отдельные узлы скрепера. Когда же сила Р2 направлена вниз,
то части скрепера воспринимают дополнительные нагрузки.
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]