Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет и проектирование самоходных скреперов. Учебное пособие
.pdf
Опасными случаями, таким образом, являются: резание в
конечный момент наполнения и выглубление наполненного
ковша.
При этом принимается условие, что на нож передается
максимальная часть силы тяги, сопротивление качению колес
минимальное, а сопротивление перемещению призмы
волочения отсутствует.
Для вычисления значений сил P1 и Р
, а также для
2
определения всех внешних сил, действующих на скрепер,
необходимо знать коэффициент ψ — отношение сил P
1/Р2
для
каждого расчетного случая.
Определение зависимости между силами Р
и Р1
2
теоретическим путем при современном состоянии теории
резания грунтов представляет значительную трудность ввиду
большого числа факторов, влияющих на характер этой
зависимости (свойства грунта, угол резания, состояние
реж ущей кромки, раз мер ы и форма ковша и др.).
Нельзя пользоваться и выводами, сделанными при
исследовании резания плоским клином, так как в
рассматриваемом случае резание стружки связано с
одновременным проталкиванием ее в ковш, что резко
меняет характер действия сил. Поэтому при назначении ψ
можно исходить пока что только из данных опыта.
Коэффициент ψ может быть найден по величинам
фактических усилий в канатах и силы тяги путем
соответствующих расчетов.
По данным измерений усилий в скреперах Д-213, Д-188 и
Д-222, полученных Ю. Б. Дейнего, вычислены следующие
значения коэффициента ψ для связных грунтов (пылеватого
суглинка средней влажности):
в конце резания —0,07—0,10,
при выглублении ножа — 0,37—0,45.
Эти значения коэффициента ψ отражают в данном случае
не только характер взаимодействия сил, действующих на ковш
со стороны стружки, но и ряд дополнительных факторов (трение
81
в шарнирах и др.).
Для расчета принимаем: в положении резания ψ = 0,15, в
положении выглубления ψ = 0,45.
Величины Р
и Р2 определяются путем совместного
1
решения уравнения
Р
= ψ Р1 (4.35)
2
и уравнений равновесия скрепера в соответствующем расчетном
положении.
Особенностью скреперов рамной конструкции (рис. 4.4, в
и г и табл. 4.2) является то обстоятельство, что горизонтальная
составляющая Р
реакции грунта на нож способствует
1
выглублению ковша, стремясь повернуть его по отношению к
шарниру крепления к основной раме в том же направлении, в
котором ковш поворачивается под действием механизма
подъема.
Поэтому при выглублении ножа скрепера силы,
действующие в механизме подъема и других частях скрепера,
могут быть меньше, чем при подъеме ковша после выглубления
ножа, когда реакция грунта на нож отсутствует.
Наибольшие силы в механизме подъема и других частях
скрепера могут быть при подъеме в транспортное положение и
разгрузке.
Основное положение можно найти, рассматривая ряд
последовательных положений скрепера в период подъема ковша
и определяя для каждого из них силы, действующие на части
скрепера.
4.3. Выбор расчетных положений
Рассмотрев характер действия внешних сил во время
работы скрепера, можно сделать следующие выводы в
отношении наиболее опасных положений и условий работы
скрепера с точки зрения прочности отдельных его частей.
Активные внешние силы — сила тяги и силы тяжести —
82
могут быть наибольшими на последнем этапе заполнения ковша
и при транспортировании груженого скрепера.
Максимальное усилие в подъемном канате возникает в
момент выглубления заполненного ковша скрепера.
Максимальные реакции на передние и задние колеса
бывают при выглублении наполненного ковша и при движении
груженого скрепера по наклонной поверхности и на поворотах.
В последнем случае создаются особенно тяжелые условия в
результате действия боковой силы тяги.
Реакция грунта на нож скрепера бывает наибольшей в
конце наполнения ковша при максимально возможной толщине
стружки и минимальных остальных сопротивлениях движению
скрепера, а также в начальный момент подъема ковша.
Исходя из этого можно наметить следующие основные
расчетные положения скрепера и условия работы.
Первое расчетное положение — конец заполнения
ковша:
1) скрепер перемещается прямолинейно по горизонтальной
поверхности;
2) ковш наполнен грунтом;
3) нож срезает стружку грунта максимальной толщины;
4) действует максимальная сила тяги; в случае, если скрепер
рассчитан на работу с толкачом, в расчет принимается также
толкающая сила с учетом коэффициента одновременности k0 =
0,8;
5) призма волочения отсутствует;
6) сопротивление качению минимальное.
Второе расчетное положение — выглубление и подъем
груженого ковша. Расчетные условия для скреперов безрамной
конструкции (рис. 4.4, а и в, и табл. 4.2):
условия 1—6 те же, что и для предыдущего случая;
7) включен механизм подъема ковша; сила тяжести ковша
полностью воспринимается подъемным канатом или
гидравлическим цилиндром и ходовым устройством скрепера и,
в противоположность первому расчетному положению, не
83
передается на грунт через нож.
Расчетные условия для скреперов рамной конструкции
(рис. 4.4, е и г, и табл. 4.2):
условия 1 и 2 те же, что и в первом расчетном положении;
3) нож выглублен из грунта, происходит подъем ковша в
транспортное положение и далее в положение разгрузки, ковш
заполнен вязким грунтом, налипшим в ковше.
Определение сил производим в этом случае для ряда
последовательных положений скрепера в процессе подъема
ковша.
Третье расчетное положение — наезд задних колес на
непреодолимые препятствия при транспортировании грунта:
условия 1 и 2 те же, что и для первого расчетного положения;
3) ковш поднят в транспортное положение;
4) на пути движения задних колес скрепера встретились
препятствия, для преодоления которых реализуется полная сила
тяги.
Четвертое расчетное положение — поворот груженого
скрепера по дуге наименьшего радиуса при транспортировании
грунта.
Расчетные условия, за исключением первого, — те же, что
в третьем расчетном положении.
Пятое расчетное положение — движение скрепера по
наклонной поверхности:
1) скрепер движется прямолинейно по поверхности с
поперечным уклоном, максимально допустимым по условиям
устойчивости; условия 2 и 3 те же, что и в третьем расчетном
положении;
4) скрепер движется по рыхлому грунту.
Рассмотренные расчетные положения являются
основными, так как в этих положениях подвергаются
максимальным нагрузкам и, следовательно, подлежат расчету
на прочность основные части скрепера: тяговая и основная рама,
элементы конструкции ковша, ходовая часть, прицепное
устройство, механизм подъема ковша.
84
При предварительном расчете проверку прочности и
частей конструкции достаточно произвести в первом и третьем
расчетных положениях, а определение усилия в механизме
подъема ковша — во втором расчетном положении.
Для расчета заслонки и днища (или задней стенки), а также
механизмов подъема заслонки и разгрузки можно наметить
следующие дополнительные расчетные положения.
Шестое расчетное положение — конец наполнения
ковша.
Расчетные условия те же, что и для первого расчетного
положения, за исключением пятого условия. В данном случае
считаем, что перед ковшом и заслонкой имеется призма
волочения максимальных размеров. Высоту призмы принимаем
в соответствии с уравнением
Hn = 0,58H,
где Hn — высота призмы волочения;
Н — высота наполнения ковша.
Для скреперов безрамной конструкции рассматриваются,
кроме того, следующие расчетные положения.
Седьмое расчетное положение — подъем заслонки,
предшествующий разгрузке заполненного ковша.
Восьмое расчетное положение — поворот днища ковша
или,
в случае принудительной разгрузки, выдвижение задней стенки
в начальный момент разгрузки ковша:
1) скрепер движется прямолинейно по горизонтальной
поверхности;
2) движение происходит по рыхлому грунту, коэффициент
сопротивления качению принимает максимальное
значение.
Для скреперов рамной конструкции последние два
положения совпадают со вторым расчетным положением.
Выбрав расчетные положения и наметив расчетные
условия, определяют силы, действующие на машину и ее части,
составляя для этого расчетные схемы. Из условий равновесия
85
машины и отдельных частей определяют неизвестные внешние
силы, а также силы взаимодействия между частями машины,
необходимые для расчетов на прочность.
4.4. Оценка устойчивости самоходного скрепера
Жесткая единая конструкция тягача, находящегося на
опорной поверхности, теряет устойчивость в том случае, когда
равнодействующая внешних сил выходит за пределы опорного
контура. Опорный контур определяется многоугольником,
замыкающим внешние опоры конструкции, а каждая прямая,
соединяющая смежные опоры, может стать ребром
опрокидывания. Для шарнирно- сочлененных конструкций
самоходных скреперов с одноосным тягачом это условие
устойчивости недостаточно, так как между двумя жесткими
телами (тягач и полуприцепная секция скрепера) имеется
шарнир с двумя степенями свободы. Наличие такого шарнира
допускает отрыв от опорной поверхности какого-либо колеса
одной из секций до момента касания с опорной поверхностью
выступающих частей секций. При этом тягач,
поворачивающийся относительно скреперного ковша, может
опрокидываться вперед, с отрывом от опоры внешнего по
повороту колеса, или назад, с отрывом от опоры внутреннего по
повороту колеса полуприцепной секции. Направление оп-
рокидывания зависит от направления действия
опрокидывающих нагрузок, величины и направления склона
опорной поверхности.
Статическая устойчивость. Самоходные машины с
одноосными тягачами обладают более высокой статической
устойчивостью при прямолинейном движении, чем при
повороте. При малых углах продолжение контактной линии
колес тягача (прямой, соединяющей центры их пятен контакта)
проходит через центр пятна контакта одного из колес
полуприцепной секции машины. В этом положении машина
рассматривается с точки зрения устойчивости как единая
86
конструкция с ребром опрокидывания, проходящим через
точки контакта с опорой колес тягача и одного из колес
полуприцепной секции машины (рис. 4.9, линия ОК).
Рис. 4.9. К расчету статической устойчивости скрепера
Рассмотрим сначала условие опрокидывания тягача
вперед согласно расчетной схеме (рис. 4.9, а), где стрелкой
показано направление склона. Предельный угол склона β
критический угол складывания θ
при повороте тягача
кр
взаимосвязаны системой уравнений:
tg βпр = [(Bsin θкр - rпcos θкр) (1 - k) – rтk] / H,
пр
и
k= Gт/(Gт + Gп),
где Н- высота общего центра тяжести; l - смещение
шарнира сцепного устройства от колесной оси тягача; D -
расстояние от шарнира сцепного устройства до колесной оси
полуприцепа; В - половина колеи полуприцепа; rт - расстояние
87
от колесной оси тягача до его центра тяжести; rп - расстояние от
колесной оси полуприцепа до его центра тяжести; Gт - вес
тягача; Gп - вес полуприцепа.
В случаях, когда центр тяжести тягача или полуприцепа
находится за соответствующими колесными осями (назад по
ходу машины расстояния rт и rп в первую формулу
подставляются с обратным знаком).
Для расчета предельного угла склона при опрокидывании
назад (рис. 4.9, б) критический угол складывания принимают
равным 90°, так как положение с углом складывания более 90°
не обеспечивается конструкцией механизма поворота скрепера,
что гарантирует запас устойчивости. За ребро опрокидывания в
расчете принимают линию ОК, проходящую через
центральную точку пятна контакта внешнего по повороту
колеса полуприцепа и точку пресечения проекции горизонтальной оси шарнира сцепного устройства с контактной
линией колес тягача. Тогда
tg
= [(Bsin
где
- предельный угол склона в статике при опрокидывании
тягача назад;
линией ОК (рис. 71,6),
- rпcos
- угол между колесной осью полуприцепа и
) (1 - k) + rтk sin
= arctg D / (В + l).
] / H,
Расчет статической устойчивости ведется для четырех
расчетных положений: для опрокидывания тягача вперед и
назад с грузом и без груза в ковше скрепера.
Динамическая устойчивость. При маневрировании на
машину действуют центробежные силы и силы инерции при
разгоне и торможении (рис. 4.10). Наиболее опасен
динамический опрокидывающий момент, возникающий при
торможении машины, поворачивающей с критическим углом
складывания. При торможении под действием инерционных
сил машина может начать опрокидываться, вращаясь
относительно ребра опрокидывания Ох (рис. 4.10, а).
Одновременно она некоторое время продолжает вращаться
вокруг центра поворота в плане. В зависимости от значения
88
замедления и времени его действия опрокидывание может
закончиться до выхода проекции общего центра тяжести за
пределы ребра опрокидывания, и тогда система возвращается в
исходное положение (в противном случае машина теряет
устойчивость). Тягач при этом, наклоняясь вперед, передним
брусом подмоторной рамы опускается на дорогу, а внешнее (по
повороту) колесо полуприцепа отрывается от опоры и
поднимется вверх.
Дифференциальное уравнение движения анализируемой
системы относительно оси х (рис. 4.10, а)
I
М
x
- MD = 0
G
где Ix - момент инерции системы тягач-полуприцеп
относительно оси х; - угловое ускорение; МG -
восстанавливающий момент от сил тяжести; MD опрокидывающий динамический момент.
Рис. 4.10. К расчету динамической устойчивости скрепера
Восстанавливающий момент от сил тяжести
М
= Gyc.
G
Координата центра тяжести системы у
при
с
опрокидывании машины относительно оси х будет изменяться
в зависимости от угла поворота β:
yc =
cosβ -
sinβ,
89
где
и
- координаты центра тяжести системы
относительно осей у и z при β = 0 (т.е. до начала
опрокидывания). Тогда получим
MG = G(
cosβ -
sinβ).
Опрокидывающий момент MD создается при торможении
машины из-за силы инерции Q, действующей в горизонтальной
плоскости, проходящей через центр тяжести системы.
Направление действия
этой силы перпендикулярно радиусу Rc поворота
относительно оси z центра тяжести машины:
М
= Qyzc,
D
где Qy - составляющая силы Q, перпендикулярная ребру
опрокидывания (оси х), Qy = Q cosδ; δ - угол между радиусом
поворота Rc центра тяжести и осью х; zc - координата центра
тяжести по оси z,
zc =
cosβ -
sinβ.
Сила инерции Q при постоянной за время действия
тормозной силе F определяется выражением
Q = mFRтRc / Iz,
где т - масса системы; Rт - условный радиус точки
приложения силы F относительно центра поворота; Iz - момент
инерции системы относительно оси z, который при повороте
системы относительно оси х изменяется в зависимости от угла
β по закону
Iz =
sin2β +
и
- моменты инерции системы относительно осей у и
z до начала опрокидывания;
cos2 β -
sinβcosβ,
- центробежный момент
инерции системы относительно плоскости уОх до начала
опрокидывания.
Приняв обозначение х
= Rccosδ, получим
с
MD=mFRтxc(
sinβ +
cosβ)/(
sin2β +
cos2 β -
sinβcosβ).
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]