shol_n.r._dorozhnye_mashiny_2012

Рисунок Д.8 – Рабочее оборудование скрепера с элеваторной загрузкой

52

в) На той же рабочей скорости V = 70 см/с бульдозер внезапно упёрся в жёсткое препятствие, гусеницы забуксовали. Препятствие – кирпичный фундамент, коэффициент жесткости С1 = 18150 кгс/см;

Суммарная жёсткость

С = 18150 15000 = 8250, кгс/см. 18150 +15000

Реакция Rx равна

Реакция Rz равна

Rz = 0.

Два первых случая можно отнести к действию постоянных и случайных нагрузок, третий – к действию аварийных.

Наибольшее усилие на брусе (штанге) механизма в каждом случае определяется по соотношению плеч действия Rz и S относительно точки О. Пренебрегая в первом приближении внецентренностью действия силы S и некоторым наклоном линии действия к вертикали, получим:

S = 43,,84 Rz ≈1,16 Rz .

Для процесса заглубления (случай нагружения 1):

S = 1,16 . 4100 = 4750 кгс.

Усилие на одной ветви каната:

Для процесса выглубления (случай нагружения 2)

S = 1,16 . 9000 = 10 440 кгс.

S1 = 2640 кгс.

Запас прочности каната для дорожных машин рекомендуется обычно ≥ 7; можно предположить, что наибольшее тяговое усилие (Smax) дано для аварийной нагрузки каната диаметром dк = 13,5 мм лебёдки Д-269.

S разгр = 9795 = 4,25.

Sмакс 2300

21

Для работы проектируемой лебёдки следует считать случай нагружения 2 аварийным; разрывное усилие каната можем подобрать с запасом прочности подобно лебёдке Д-269:

Sразгр = 2460 . 4,25 = 11300 кгс,

если выбираем канат dк = 15 мм марки 15-160-1 ГОСТ 2688–55 с разрывным усилием, равным 11700 кгс, то запас прочности для случая 1 равен

117001200 = 9,75.

Для обычной работы бульдозера, когда

S = 1,16 . 2650 = 3070 кгс,

и соответственно

S1 = 3704 = 770 кгс,

запас прочности равен

11700770 =15 .

По-видимому, можно выбрать канат, применяемый на лебёдке Д-269, диаметром dк = 13,5 мм марки 13,5-180-1 ГОСТ 2688–55 с разрывным усилием S = 9795 кгс, тогда запасы прочности равны для обычной работы 12,5; для случая 1…8; для аварийного случая – 2…3,7.

При окружной скорости на барабане лебедки V = 1,75 м/с получим скорость подъёма и опускания отвала:

V = 1,475 = 0, 44 м/с ,

что допустимо.

7.1.2 Прочностной расчёт.

Конструкцию бруса (штанги) механизма подъёма-опускания назначаем квадратного полого сечения из двух швеллеров №10, усиленного наваренными полосами толщиной δ = 6 мм (после механической обработки).

Определим приближённо момент сопротивления относительно каждой из осей, проходящих через центр тяжести сечения.

Размеры сечения 10×10 см, суммарная толщина каждой стенки δΣ =1 см.

1 – тягач; 2 – ведущие колёса; 3 – сцепное устройство; 4 – гидроцилиндры поворота; 5 – гидроцилиндр подъёма ковша; 6 – маслопроводы; 7 – передняя рама; 8 – заслонка; 9 – ковш и задняя рама; 10 – задняя стенка; 11 – ведомое колесо; 12 – буферное устройство; 13 – ножи. Рисунок Д.7 – Полуприцепной скрепер с загрузкой тяговым усилием

1-2 – цилиндры подъёма-опускания рамы рыхлителя; 3 – цилиндры блокировки подвижных стенок; 4 – цилиндры подъёма-опускания отвала;

5– гидрозамок; 6 – дроссель; 7 – золотники управления цилиндрами; 8 – фильтр; 9 – предохранительный клапан; 10 – обратный клапан; 11 – гидравлические насосы; 12 – гидравлический бак.

Рисунок Д.6 – Гидравлическая схема бульдозера с совковым отвалом

50

Наибольший изгибающий момент:

M = S 15 = 10440 15 = 157000 кгс/см.

Суммарное напряжение:

σΣ = WM + FS = 157000130 +1044040 ≈1500 кгс/см2.

Для Стали 3 допустимо (нагрузка аварийная).

Остальные прочностные расчёты следует выполнять, руководствуясь величинами найденных нагрузок. В расчётах рабочего оборудования учитывается внецентренное приложение нагрузок на отвале.

Для установления возможности работы в грунтах III категории определим сопротивления в работе.

Предварительно подсчитаем объём qn грунта в призме волочения при наибольшем заполнении отвала высотой Нотв,

где К1 – для связных грунтов ≈ 0,85 [28], тогда

qn = 4,45 1,22 ≈3,8 м3. 2 0,85

Сопротивление Wp = W1 + W2 + W3. Найдем W2 и W3:

W2 ≈320 qn =1200 кгс; W3 ≈1350 qn = 5100 кгс.

До определения величины W1 вычислим сопротивления перемещению машины в установившемся движении.

Ввиду того, что в данных расчётах величина номинального тягового усилия на крюке не используется, а все усилия вычисляются по сцепному весу, сопротивление передвижению машины на горизонтальном участке пути определится так:

Wп ≈Gсп f =18000 0,1 =1800 кгс.

Принимая величину тяги 12000 кг, получим:

W1 =12000 −W2 −W3 −Wn ≈ 4000 кгс.

Таким образом, работа возможна с резанием на глубину в среднем 7 см.

23

7.2 Расчёт подкоса

Схема сил, действующих на отвал, приведена на рисунке 7.3. При расчёте подкоса следует допустить неравномерное распределение нагрузки между ними.

Например, для подкоса 4 худшим будет случай, когда подкос 3 и толкающий брус 2 не работают. Тогда, из условий равновесия отвала относительно точки креплениятолкающегобруса1, сила, действующаянаподкос, найдётсяпоформуле:

= 2Р L

Рп L 1 L1 , кгс.

1 + 2

Рисунок 7.3 – Схема сил, действующих на отвал

Сила Рn должна быть разложена на составляющие, направленные вдоль подкоса и перпендикулярно к этой оси. На действие первой составляющей подкос следует проверить на продольную устойчивость, а вторая составляющая будет оказывать поперечный.

7.3 Расчёт шарнира

Схема сил, действующих на шарнир, приведена на рисунке 7.4. Проектируя все силы на горизонтальную ось, можно найти горизонталь-

ную составляющую реакции в упряжном шарнире:

Px = P1 + S . сos θ.

Вертикальная реакция Ry из уравнения равновесия относительно приложения силы Ро:

Ry = Rx m +S ro l−1 GО.Б (l1 −l2 ) .

Рисунок Д.5 – Разработка конструкции средней части ломаного отвала

Рисунок Д.4 – Бульдозер с ломаным отвалом на тракторе Т-100 МПГ (вид сверху)

48

Рисунок 7.4 – Схема сил, действующих на шарнир

8 ПРИМЕР СИЛОВОГО РАСЧЁТА РЫХЛИТЕЛЯ К БУЛЬДОЗЕРУ ДЗ-118

Задание – спроектировать рабочее оборудование навесного рыхлителя плотных и мёрзлых грунтов (см. рисунок 8.1) на тракторе Т-550 (на тракторе подвешен бульдозер).

Исходные данные: номинальное тяговое усилие трактора ТН = 35 тс; наибольшая глубина рыхления 1 м; расстояние между зубьями 800 мм; количество зубъев 3 шт.; рабочая скорость передвижения 3 км/ч, управление гидравлическое. Разработать раму и управление её подъёмом-опусканием.

Подвеску рамы выбираем трёхшарнирную (трёхточечную) ввиду её простоты конструкции. Раму конструируем для установки на ней от одного до трёх зубьев. Рама из листовой стали σ = 20 мм имеет проушины для соединения с трактором, гидроцилиндрами управления и для крепления зубъев.

Для жёсткости между проушинами приваривают трубы диаметром 300 мм. К раме трактора прикрепляют два кронштейна, к которым шарнирно присоединяются гидроцилиндры.

В процессе работы на зуб рыхлителя (без толчка) действуют следующие нагрузки.

Горизонтальная составляющая сопротивления грунта Rx

RX =TН КT K Д =35 0,8 2,5 = 70 тс,

где Kт − коэффициент использования тягового усилия; Кд − коэффициент динамичности.

25

Рисунок 8.1 – Общий вид рыхлителя

Вертикальная составляющая Rz, действующая вверх или вниз (заглубление или выглубление), определяется с учётом Kд = 1,5;

PZ = PX ' tgv k ДВ ,

где v − угол наклона силы Р к поверхности рыхления, для мёрзлых грунтов принимают v = 20° [13, С. 224];

Рисунок Д.3 – Бульдозер с ломаным отвалом на тракторе Т-100 МГП (вид сбоку)

Окончание таблицы Г.2

44

Геометрическая характеристика сечения I – I

Wx = 30692 ≈ 405 см3.

Изгибающий момент в сечении в плоскости ZOX равен

M1 = Rx l2 +0,5 R2 l3 =70000 120 +0,5 3800 69 ≈9710000 кгс см;

σ1 = M1 = 9710000 = 4100 кгс/см2. Wy 2370

Изгибающий момент в плоскости YOZ

M2 = Ryl2 =13,5 120 1000 =1620000 кгс·см.

σ2 = M2 =1620000 ≈ 4000 кгс/см2. Wx 405

Зуб изготовляется из марганцовомолибденовой стали с пределом прочности порядка 14000-18000 кгс/см2.

Рассмотрим сечение II – II.

Моменты сопротивления определяются

Wy = 9 6193 =540 см3; Wx =19693 = 257 см3.

Площадь сечения F = 9 19 = 171 см3.

Изгибающий момент в плоскости XOZ

Mll1 = Rxl5 sin 25D +0,5 Rzl5 cos25D = 70 410 0,4226 +19 410 0,9063 ≈ ≈19200 тc мм = 1920000 кгс см.

Сжимающая нагрузка

S = Rx cos25D −0,5 Rz sin 25D = 70 0,91−19 0,423 ≈53,3 тс≈55300 кгс.

Выбор гидроцилиндров и насоса. Наибольшее усилие создаётся при действии на зуб максимальной составляющей Rx (см. рисунок 8.2).

Предполагаем плечо приложения этого наибольшего усилия при работе в мёрзлых грунтах Нм = 1,0 м. Большее плечо приложения горизонтального

29

усилия возможно при рыхлении на большую глубину, что возможно в немёрзлых грунтах, где величина динамической нагрузки будет значительно меньше.

Таким образом, по соотношению плеч действия сил Pu = Rx = 70 тс (на два цилиндра) по справочнику [32] выбираем цилиндры с креплением на проушине с демпфированием, шифр гидроцилиндра 1-220×1250 (диаметр D = 220 мм, ход = 1250 мм, максимальное расчетное усилие на штоке 38 тc). Объём масла, поступающего в цилиндр при заглублении

Ввиду значительного объёма масла, подаваемого в один цилиндр, подбираем насос производительностью Q = 410 л/мин. (марки УРС-10, аксиальноплунжерный, установленный на тракторе ДЭТ-250 с рыхлителем).

Время полного опускания зуба с помощью двух цилиндров, при величи-

Определим необходимую толщину δ стальных листов, из которых сварена рама. Проведём расчёт опасного сечения II – II проушины (кронштейна рамы) на изгиб от наибольшей силы Rц (рисунок 8.5). Изгибающий момент в сечении определится по формуле

M = Pц 50 = 70000 50 = 3500000 кгс см.

Принимая это нагружение за случайное, берём значение коэффициента запаса, равное 1,4. Материал – Сталь 3.

Необходимый момент сопротивления

LЦ = A + Lx − длина гидроцилиндра при полностью вдвинутом штоке;

LЦ' = LЦ + LХ −длина гидроцилиндра при полностью выдвинутом штоке.

Рисунок Г.1 − Геометрические и присоединительные параметры

гидроцилиндра общего назначения

Таблица Г.2 − Выбор гидроцилиндров по рисунку Г.1 (Pном = 10 МПа)