3. Описание и обоснование конструкции эстакады

Современным методом разработки конструкции сложных изделий является блочно – модульный метод конструкции. При блочно – модульном методе разрабатываемое изделие условно разбивается на основные конструктивные элементы, определяющие его эксплуатационные свойства: надежность, безопасность и удобство использования по его назначению.

Основными элементами стандартной эстакады, схема которой представлена на рисунке 2: 1-наклонный колейный трап, 2-горизонтальная площадка для опирания колес автомобиля, 3-площадка продольная для обхода водителя автомобиля, 4-поперечная площадка для контроля автомобиля снаружи, 5-площадка для схода водителя с эстакады, 6-лестница, 7-ограждение, 8-перила, 9-реборды противооткатный башмак, 10-кулаки – отбойники, 11-откидные упоры, 12-цепи откидных упоров.

Рисунок 3.1 Схема стандартной эстакады для обслуживания автомобилей

4. Расчеты начальных условий, конструктивных и эксплуатационных параметров разрабатываемой эстакады

   1. Расчеты номинальных и линейных размеров

Длина горизонтальных секций для опирания колес обслуживаемого автомобиля определим по формуле:

Где С – наибольший передний свес автомобиля,

Б – наибольшая база автомобиля,

 - дополнительная длина для установки откидных упоров (=400 мм).

Ширина горизонтальных секций для опирания колес обслуживаемого на эстакаде автомобиля определим по формуле:

где –наружная колея автомобиля,

-внутренняя колея автомобиля, а – припуск на ширину (а=150 мм).

Наружную и внутреннюю колею автомобиля определим по формулам:

После определения проверим соблюдение условия:

Таким образом,

Ширина наклонных колейных трапов равна ширине ,

т.е. Ш_нт= =315 мм. Длина наклонных вычисляется по формуле:

где - высота эстакады (1400 мм), - угол, образованный наклонными колейными трапами и горизонтальной плоскостью основания для установки эстакады.

2. Расчеты номинальных угловых размеров

К основным угловым размерам эстакады относятся:

1) угол, образованный наклонными колейными трапами и гори­зонтальной плоскостью основания для установки эстакады (α );

2) угол, образованный наклонными колейными трапами и гори­зонтальными секциями для опирания колес обслуживаемого на эста­каде автомобиля (β).

Номинальное значение угла а определяется из рассмотрения кретических для данного случая положений автомобиля при его заез­де на эстакаду:

1. начало касания передними колесами наклонных колейных трапов (начало заезда автомобиля на эстакаду);

2. начало касания задними колесами наклонных колейных тра­пов.

Из рассматриваемых положений следует, что номинальное значе­ние угла α должно удовлетворять заданным условиям:

=21^о,

Номинальное значение угла β определяется из рассмотрения критического для данного случая положения автомобиля (рис. 4.1) при его заезде на эстакаду: положения, при котором линия пересече­ния плоскостей наклонных колейных трапов и горизонтальных сек­ций для опирания колес обслуживаемого на эстакаде автомобиля рав­ноудалена от осей вращения его передних и задних колес и располо­жена на плоскости днища автомобиля, проходящей через точки, определяющие его дорожный просвет (прохождение перегиба при за­езде на эстакаду с задеванием крайних точек автомобиля за однои­менные точки эстакады). При этом, углы αиβ взаимосвязаны урав­нением

Для определения минимального значения угла β рассмотрим равнобедренный треугольник ABC, одна из вершин которого располо­жена на линии пересечения плоскостей наклонных колейных тралов и горизонтальных секций, а две другие совпадают с точками контакта , колес автомобиля с эстакадой при его прохождении критического по­ложения на ее перегибе.

Рисунок 4.1 Планиметрия критического положения автомобиля при заезде на эстакаду

Из треугольника ABC: (β/2) = 90° - γ, или β=180° - 2γ,

Учитывая, что γ= arctg (2П/Б) и α=180° - β, окончательно по­лучим

α= 2 arctg (2П/Б).

Угол  определим из формулы:

После определения  проверим соблюдение условия:

,

18 < 21.

Из условия видно, что за истинное значение угла α принимаем наименьшее из полученных значений - 18º.

3. Расчет тягово – динамических параметров

Максимальная возможная сила тяги на ведущих колесах автомобиля:

где - максимальный крутящий момент двигателя ( =105,8 Н*м);

– передаточное число главной передачи ( =4,22);

- передаточное число коробки передач ( =3,49);

- суммарное передаточное число редукторов трансмиссии ( =1);

- механический КПД трансмиссии автомобиля ( =0,95);

- радиус колеса автомобиля ( =0,281 м).

Эксплуатационная сила тяги на ведущих колесах автомобиля:

Для проверки возможности подъема автомобиля на эстакаду рассмотрим условие:

где - сопротивление подъема наклонных колейных трапов для въезда автомобиля на эстакаду;

- сопротивление качению колес автомобиля.

Сопротивление подъема наклонных колейных трапов для въезда автомобиля на эстакаду определим по формуле:

где – вес автомобиля.

Сопротивление качению колес автомобиля определим по формуле:

где f – коэффициент сопротивления качению (f=0,05).

Таким образом, мы получаем, что:

=10450∙(0,3+0,05∙0,96)+1045∙1=4681,6 (Н)

Реальная сила тяги на ведущих колесах автомобиля:

Для реализации реальнной силы тяги необходимо, чтобы было соблюдено условие

где F – сила сцепления ведущих колес автомобиля с поверхностью наклонных колейных трапов эстакады.

Рисунок 4.2 Планиметрия распределения нагрузки по осям автомобиля, на наклонных колейных трапах

Произведем расчет расстояний от опор колес до центра тяжести (Ц.Т.) автомобиля стоящего на горизонтальной поверхности, для чего составим систему уравнений моментов относительно Ц.Т.

Где N₁ –нагрузка на переднюю ось (5850 Н)

N₂ -нагрузка на заднюю ось (4600Н)

L –база автомобиля (2400 м м)

Решая систему получим:

Проведем поправочный расчет нагрузок на оси автомобиля, с учетом преодолеваемого угла наклона колейных трапов α=18^о.

Проведем расчет смещения Ц.Т. от прежнего положения за счет угла наклона, из треугольника ОАВ найдем _∆l

Где h- высота до Ц.Т.(0, м)

Определив смещение Ц.Т. составим систему уравнений, для определения нагрузок на оси с учетом уклона.

Решая систему получим:

Значение F определим по формуле:

где N_n- сила нормального давления ведущих колес автомобиля на поверхности наклонных колейных трапов эстакады определяем с учетом догружения ведущей оси, за счет подъема на угол α;

- коэффициент сцепления шин ведущих колес автомобиля с поверхностью наклонных колейных трапов эстакады ( = 0,5);

- угол наклона колейных трапов эстакады ( = ).

Согласно ранее указанному условию реальная суммарная сила тяги на ведущих колесах:

Р _к≥ F= 2653,5 (H)

Проверка возможности удерживания автомобиля на поверхностях наклонных колейных трапов при заглохании двигателя в момент подъема на эстакаду произведем по следующему выражению:

т.е.

Условие выполняется следовательно автомобиль удержится на наклонных трапах, при заглохании двигателя

5. Компоновочный расчет

   1. Расчет статической деформации прутка наклонных колейных трапов.

где G = (G_a+G_ч) / 4 = (10450+800)/4=2632 (Н) – вес, приходящийся на колесо, оказавшееся на прутке наклонного колейного трапа в момент остановки автомобиля вследствие заглохания двигателя;

l – расстояние между опорами прутка (продольными осями опорных профилей), Ш_с=300 (мм)

E – модуль упругости стали (Е = 2*10⁵ МПа) ;

J – момент инерции поперечного сечения прутка ( .

Откуда:

Окончательно принимаем по ГОСТ 2590-88 прокат стальной горячекатаный круглый диаметром 14 мм. Выбрали из таблицы 1.4 стр.9 [3]

2. Расчет расстояния между опорами прутка

Шаг прутка: ,

6. Расчет параметров динамической деформации наклонных колейных трапов

Амплитуда свободных колебаний под действием веса автомобиля G и динамической составляющей, возникающей вследствие несанкционированного заглохания двигателя в момент наезда колеса автомобиля на пруток колейного наклонного трапа

,

где , где C- коэффициент жесткости прутка, рассматриваемого как балка с шарнирными опорами и расположением груза на расстояниях от опор соответственно: от левой – a, от правой – b:

;

, где α=0,15 – коэффициент трения стали о сталь;

0.

7. Расчеты запасов прочности элементов конструкции

Проверка опор горизонтальных секций на условие устойчивости от возможного продольного изгиба проводится по формуле:

где σ_к – величина критического напряжения, выводящая опору горизонтальной секции эстакады из условия ее нормальной работы;

σ_у – допускаемое напряжение на устойчивость с учетом коэффициента запаса на устойчивость.

Из теории устойчивости элементов конструкций по формуле Эйлера:

где Е=2*10⁵МПа – модуль упругости материала при его сжатии;

λ – приведенная гибкость материала:

где μ – коэффициент приведения, зависящий от способа закрепления концов рассчитываемой опоры (μ=0,7 при одном шарнирном, другом защемленном концах);

l = 140см – длина опоры;

i – наименьший радиус инерции поперечного сечения рассматриваемой опоры (двутавр N16 ГОСТ 8239-89).

Однако, проводя расчеты по формуле Эйлера, необходимо помнить, что она получена при помощи интегрирования дифференциального уравнения изогнутой оси, то есть в предположении, что напряжение в стержне в момент потери устойчивости не превосходит предела пропорциональности материала, из которого изготовлен стержень. При критических напряжениях, больших предела пропорциональности, действительные критические силы значительно ниже определяемых по формуле Эйлера. Это объясняется тем, что при σ_к>σ_n продольное сжатие стержня сопровождается не только упругой, но и пластической деформацией, причем в момент потери устойчивости (при искривлении стержня) появляются дополнительные напряжения изгиба. После снятия нагрузки стержень уже не выпрямляется, как и при упругом сжатии.

Для исключения рассмотренных выше ошибочных решений, при расчетах [σ_у] рекомендуется пользоваться выражением:

где ϕ = 0,9915– коэффициент уменьшения основного допускаемого напряжения на прочность для сжатых стержней;

[σ]=230МПа – допускаемые напряжения при изгибе для стали 40, термообработка – нормализация.

Таким образом, условие устойчивости от возможного продольного изгиба выполнятся:

Проверка прочности несущих балок горизонтальных секций эстакады:

где М_изг = G_a*L/8 = 2812*3455/2 = 4857730 Н *мм; - наибольшая величина изгибающего момента;

W= 143см³ - осевой момент сопротивления опасного сечения. Бирем двутавр № 24 ГОСТ 8239-89 ( масса 3057Н)

Таблица 2. Расчет геометрических и весовых параметров элементов эстакады

Наименование проката	Длинна М	Количество Шт	Вес погонного метра Н	Общий вес Н
Уголок 8/5 ГОСТ 8510-86	3,12	8	44,9	1120
Уголок 8/5 ГОСТ 8510-86	0,3	4	44,9	54
Уголок 8/5 ГОСТ 8510-86	0,5	4	44,9	89,8
Уголок 8/5 ГОСТ 8510-86	0,7	2	44,9	62,86
Уголок 8/5 ГОСТ 8510-86	3,06	2	44,9	274,8
Пруток d 14 ГОСТ 2590-88	49		12,1	593
Лист толщин 2,5; шириной 600 ГОСТ 19903-74	2,3	2	115,5	531,3
Лист толщин 2,5; шириной 600 ГОСТ 19903-74	1,7	2	115,5	270
Лист толщиной 1,5; шириной 700 ГОСТ 19903-74	1,25	2	69,3	173,25
Лист толщиной 1,5; шириной 500 ГОСТ 19903-74	1,700	2	69,3	235
Пруток d 8 ГОСТ 2590-88	42		3,95	1675,9
Полоса шириной 40 ГОСТ 103-76	3,5	2	56,5	395,5
Труба d 45 ГОСТ 8732-78	9,4		35,8	336,5
Швеллер №5 ГОСТ 8240-89	5		48,4	242
Суммарный вес Н	6055,76