книги / Устройство автогрейдера и расчёт рабочего оборудования
..pdfсоставляющая Рв от силы Р, дейст вующей по нормали к ножу (рис. 10). В силу этого суммарная сила Р2дей ствует вниз, вызывая самозатягивание отвала в грунт. Ведущие колеса автогрейдера находятся на пределе полного буксования.
Схема нагружения автогрейдера при расчете тяговой рамы показана на рис. 11. На конце режущей кром ки О ножа отвала действуют усилия Рх, Ру и Р2. Экспериментально уста новлено, что наибольшее влияние на прочность тяговой рамы оказывают
усилия Рх и Р2. Поэтому рассматри Рис. 10. Схема сил, действующих на нож
вают случай, когда автогрейдер на-
Рис. 11. Схема сил для расчета тяговой рамы
находится на горизонтальной площадке, так как при этом указанные уси лия достигают максимальных величин. В условных точках 0 '2 и 0"2 зад них мостов действуют вертикальные реакции Z2n и Z2n и силы тяги Х2п и Х2п. Кроме того, на задних мостах за счет упора боковых поверхностей шин в грунт возникает боковая реакция Y2 (на создание ее усилий сцепле ние не расходуется). Передним мостом воспринимается боковая реакция Y\ по пределу сцепления. В точках O'I и 0"i действуют реакции Z\n и Z\ni в центре тяжести автогрейдера сосредотачиваются сила его веса G и равно действующая инерционных сил Ри, подсчитываемая по формуле
Рп= (Яд - 1) 0тах 0 2=(1,5 - 1) 0,85-73,7 = 31,3 кН,
где КА - коэффициент динамичности, принимаемый для первого расчетно го положения,^ = 1,5;
Отах - максимальный коэффициент использования сцепного веса маши-
НЫ, Ojnax —0,85,
G2 - сила тяжести автогрейдера, приходящаяся на его задний мост, G2~ 73,7 кН.
Составляя уравнения равновесия, получают выражение для определе ния неизвестных сил:
L * = O о 2 еш и + ^ Р г е , п а х + Л , - ' ,* = о .
После подстановки значения Рх получают |
|
||||
Р, = |
G2 9max + Ри |
_______ |
|||
1 + Hl |
L - L |
|
|||
|
'max |
||||
|
c t g a - n j t g a |
L |
|||
|
|
||||
|
73,7 • 0,85 + 33,3 |
|
= -11,6 кН. |
||
1 + 0,9 |
5,83 - |
4,8 |
|||
0,85 |
|||||
ctg 50° - |
0,9 tg 50° |
5,83 |
|
||
Находят Рх: |
|
|
|
|
|
= ^ ( 1 + “ l) = |
.-11,6(1+0,9) = 94,4 кН. |
||||
ctg a - |
ц1 tg a |
ctg 50° - |
0,9 tg 50° |
Реакцию Z2n находят из уравнения
lM<y{y=Q -.Z2n L - Q - L + ?± Н = О,
т.е. |
z 2 n = ^ |
- ^ |
|
= 2 M _ lU _ L 0 6 |
= 34 KH. |
||||
|
м |
2 |
2L |
|
2 |
|
2-5,83 |
|
|
|
Реакцию Z2n находят из уравнения |
|
|
|
|||||
|
Ш о\у |
= 0 :Zl a L - ^ L |
+ ^ - H - PZ {L - Ц ) = O', |
||||||
т.е. |
Z - |
02 |
Р* Н |
| |
Р L ~ L' |
|
: 73’? |
31.3-1,06 |
|
|
2,1 |
2 |
2 L |
|
z |
L |
|
2 |
2-5,83 |
|
|
- 11,6. -5,83 - |
4,8 = 31,95 » 32 кН. |
||||||
|
|
|
5,83 |
|
|
|
|
||
|
Значение Y\ подсчитывают по выражению |
|
|||||||
|
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
^ _ а, + ^ р 7 + У -р |
Фб! |
|
|||||
|
|
|
Gl + |
|
|
|
|
|
|
|
^3i ,6 - |
п , б - - ^ - |
+ з 1,з |
5,83 |
|
0,9 = 24,97 * 25 кН, |
|||
|
|
|
5,83 |
|
|
|
|
|
где ср б шах ” максимальный коэффициент бокового сдвига,
Ф б шах “ Оmax ^ f ~ 0,85 + 0,05 = 0,9,
здесь/ - коэффициент сопротивления перекатыванию,/= 0,05. Далее определяют боковую реакцию Y2:
m 0z = 0 : Y2 Ц - х 2 ъ - Рк | + Yi{L - Ц ) = 0,
Z2n0maХЬ + РИ~ Г 1{ Ь - Ц )
т.е. |
У2 = --------------------------------------- |
= |
|
к |
|
- |
34 • 0,85 • 2,0 + 31,3 — - |
25 (5,83 - 4,8) |
_________________2______________1т 1 via |
||
Остальные реакции колес находят из уравнений |
||
|
Ш 0'2У = 0 : Zln L |
- Pz k = 0, |
Te |
z |
_ 5 . + ^ L£ |
+ /> |
i i |
= l M |
+ ^ |
i ^ - |
l |
l |
)6 - ^ - = 9>l КН; |
|
T-e- |
1п |
2 |
2 L |
2 |
L |
2 |
2-5,83 |
|
|
5,83 |
|
|
|
|
Ш 0 2У' = 0 : ZU L - у L - Ц - Н = О, |
||||||||
т.е. |
|
г ,л = а ^ . 1 М ^ 1 . 3 |
1, о б , |
|
|
|
|||||
|
1л |
2 |
22 |
2 |
2-5,83 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||||
|
Боковую реакцию грунта находят из уравнения |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
1У=0: Y2 + P y 'Y l = 0, |
|
|
|
||||
т.е. |
|
|
Ру= У] - |
У2= 25 - |
13,2 = 11,8 кН. |
|
|
||||
|
Усилия в шаровом шарнире О4 определяют |
с |
помощью схемы на |
||||||||
рис. 12: |
|
|
ZX=0: X4= PX=94A кН, |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
ЪМу - |
0 : Z4 п - |
Pz т - Рх с = О, |
|
|||||
т.е. |
|
z4 = Pz m + Px c |
~ |
- 11,6 -1,3 + 94,4-0,9 |
= 30,1 кН; |
||||||
|
|
|
п |
|
|
2,32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
YMZ = 0 |
74 и - Ру т - Рх |
|
0, |
|
||||
|
|
|
Ру т + Рх — |
11,8 • 1,3 + 94,4 — |
|
|
|
||||
т.е. |
|
Га = |
|
_2 _ |
2,32 |
2 - = 47,3 кН. |
|||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 12. Схема сил, действующих на шаровой шарнир при расчете тяговой рамы
Заменяя шарнир О4 равновеликой системой сил X,4 , Y4 и Z4 , можно рассматривать тяговую раму как консольную балку с местом заделки в плоскости Q Максимальные нагрузки будут в месте заделки, т.е. в сече нии I-I с наибольшим плечом п. На это сечение будут воздействовать:
- изгибающий момент М \ = Z4 л = 30,1-2,32 = 69,8 кНм; - изгибающий момент М \ - Y4 п = 47,3-2,32 = 109,7 кНм; - растягивающее усилие Х4= 94,4 кН.
Для расчета профиля, составленного из двух стандартных, выбирают швеллер № 24а размерами Jx\ = Л 2 ~ 3180 см4, Jy\ = Jyi = 254 см4, h =24 см, Ъ= 9,5 см, *о= 2,67 см, F= 32,9 см2
Задаваясь параметрами и типом сечения (рис. 13), определяют возникающие в нем на
|
пряжения: |
|
|
|
сг® |
= M *zmix/Jy=69800-120-10~~3/63,6-10"6 = |
|
|
|
|
= 131,7 МПа; |
|
сти = К |
Ю9700-95-10"3 / 35,8-10^ = |
|
|
|
|
= 291,1 МПа; |
Рис. 13 Поперечное сечение |
<sp=XAIF= 94400 / 3290-10"6 = 28,7 МПа. |
||
|
|
|
|
тяговой рамы |
|
При этом |
должно выполняться условие |
<%м=Ои + сти + сР - [ ст]:
асум= 131,7+ 291,1 +28,7 = 451,5 МПа; стСуМ=451,5 МПа < [а] = 541,7 МПа.
Расчет отвала
Расчет отвала следует проводить с учетом нагружения его максималь ной реакцией грунта Рх, приложенной к концу отвала, находящегося в по ложении наибольшего выноса в сторону относительно кронштейнов (рис. 14). При этом считают, что сила Рх действует по оси симметрии отва ла, изгибая его в горизонтальной плоскости, и пренебрегают возникающи ми в нем напряжениями от кручения. Таким образом, расчет отвала сво дится к расчету его на изгиб как консоли.
Рис. 14. Схема сил для расчета отвала
Изгибающий момент в опасном сечении I-I
Ми = Рх h =92,6-3,42 = 316,7 кНм,
где /0 - длина консольного конца отвала при его максимальном боковом смещении относительно кронштейнов,
/0 = 1отв/2 + / + /i/2 = 3,72/2 + 0,81 + 1,5 /2 = 3,42 м, здесь £отвдлина отвала, в= 3,72 м;
/- максимальный вынос отвала в сторону, / = 0,81м (см. техниче ские характеристики);
1\ - расстояние между опорами отвала, 1\ = 1,5 м (см. рис. 14). Силу Рх принимают равной 92,6 кН, так как она максимальна при пер
вом расчетном положении.
Под действием силы Рх в волокнах части сечения, расположенной справа от нейтральной линии 0 0 , возникнут напряжения растяжения, а в части, расположенной слева от сечения, - напряжения сжатия.
Для расчета моментов сопротивления зоны растяжения сечения Wp и зоны сжатия Wcm необходимо определить расположение нейтральной ли
нии 0 0 |
сечения. Это расположение определяется расстояниями а и b от |
|||
нейтральной линии до крайних точек сечения: |
||||
- |
Sin dj |
- cos а 1 |
= 0,58fs- — 5° - cos 32,5° = 0,06 мм, |
|
RQ |
||||
|
al |
У |
I, |
0,567 |
|
Ъ = До |
1 - sinaj |
= 0,58 |
1- sin32,5° = 0,03 мм, |
|
|
«1 |
|
0,567 |
где R0- средний радиус кривизны сечения отвала, Ro= 0,58 мм;
оц - центральный угол дуги отвала, а\ = со/2 = 65°/2 = 32,5° = 0,567. Момент инерции в ссчснии I-I
где 8 - толщина отвала, 5=10 мм.
Тогда моменты сопротивления зон растяжения и сжатия сечения оп ределяют по выражениям
Wp = J/a = 56-10“б/0,06 = 933,3-ю Л ш 3;
Wc* =J/b = 56ЛОЛО.ОЗ = 1866,7-10"* мм3
Нормальные напряженият в растянутых в волокнах
ор = MJWP = 316700/933,3-K f6= 339,3 МПа;
в сжатых
стсж= Л/„/Жсж= 316700/1866,7-10^= 169,7 МПа.
Полученные напряжения необходимо сравнить с допускаемыми и убе диться, что они не превышают последних.
Допускаемое напряжение [а] =541,7 МПа; тогда ар = 339,3 МПа < < [а] = 541,7 МПа; а сж= 169,7 МПа < [а] =541,7 МПа.
Отвал из выбранного материала и выбранной толщины отвала удовле творяет условиям прочностного расчета.
Коэффициент запаса прочности АГ3= ст„р/ср = 650/339,3 = 1,9.
где Ор- наибольшее из напряжений растяжения и сжатия, ор = 339,3 МПа.
Коэффициент запаса прочности большой, значит, можно уменьшить толщину стенки или выбрать другой менее прочный материал, что приве дет к уменьшению металлоемкости и капиталовложений в производимый отвал.
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ОБОРУДОВАНИЕМ АВТОГРЕЙДЕРА
Наиболее нагруженным механизмом управления автогрейдера являет ся механизм подъема и опускания отвала, поэтому передаваемая системой управления мощность определяется в основном параметрами операции подъема отвала.
Рассмотрим расчет механизмов подъема отвала, поворота отвала, из менения угла резания отвала, выдвижения отвала, выноса тяговой рамы в сторону.
Механизм подъёма отвала
Механизм подъёма отвала рассчитывают, исходя из следующих предпосылок.
Рабочий ход механизма подъёма должен обеспечивать заданную глу бину копания, возможность полного выглубления отвала и удовлетворять условиям проходимости автогрейдера в транспортном положении. Усилие подъёма определяется в соответствии с расчётной схемой (рис. 15).
Рис. 15. Схема для определения усилия подъёма отвала
Для определения величины подъемного усилия Su принимают сле дующее расчетное положение: отвал заглублен одним концом, произво дится подъем этого конца отвала; на отвал действует максимальная гори зонтальная составляющая реакции грунта Р\. При этом принимают сле дующие допущения: вертикальная составляющая реакции грунта препят ствует подъему отвала; вес отвала с ножом, вес поворотного круга и всей тяговой рамы сосредоточены в центре тяжести системы; нагрузка воспри нимается одним механизмом подъема.
При расчете подъемного механизма не учитывают инерционные силы, так как скорость подъема отвала принимают равной 15 см/с, тогда подъем ное усилие без учета инерционных сил можно рассчитывать по формуле
Sn= С?2 /2+ С,/4-Л/1)//з= (17,8*2,32 + 34-1,74-35,50,87)/2,9=23,99«24 кН.
где Р2- сила, прижимающая отвал к |
грунту , Р2 = 0,5 Pi = 0,5-35,5 = |
= 17,8 кН; |
|
Gp - сила тяжести поднимаемого оборудования, Gp= 34 кН; |
|
Р\ - сила сопротивления грунта, |
|
Р\ = V Фсц G = 0,75-0,45-105,3 = 35,5 кН, |
|
здесь \|/ - коэффициент, учитывающий |
колесную формулу автогрейдера, |
\|/ = 0,75 при формуле 1x2x3; |
|
фсц - коэффициент сцепления, фсц= 0,45; G- вес автшрейдера, G = 105,3 кН.
Размеры 1\9/2, /3 сняты с чертежа и равны соответственно 0,87; 2,32 и 2,9 м; / 4 принимают приблизительно равной 0,75 12=0,75-2,32 = 1,74 м.
Так как" подаемюпусканйе отвала 1фоизводят"дааТидроцйлиндра, То приходящееся на каждый гидроцилиндр максимальное усилие
5п = 5п/2 = 24/2=12кН.
Внутренний диаметр гидроцилиндра |
|
|||
D = I |
4?г |
I |
4 12000 ~ |
38,7-10 3 м = 38,7мм, |
р ~ |
7сРг1г т|м |
"'УЗ, 14-12-1-0,85 |
|
где Ргусилие на штоке, Рг= Sn= 12 кН; Р - давление в системе, Р = 10 МПа; г|г- гидравлический КПД, г\г= 1; г|м - механический КПД, т|м = 0,85.
По ГОСТ 12447-80 выбирают стандартный внутренний диаметр гид роцилиндра, Dp=40 мм.
Диаметр штока
dm= (0,3.. .0,4) Dp= 0,35-40 = 14мм.
Мощность гидроцилиндра механизма подъёма отвала
NT=Pr Vn = 12*0,15 = 1,8 кВт,
где Fn - скорость движения порпшя, Vn- 15 см/с = 0,15 м/с.
Механизм поворота отвала
Мощность привода механизма поворота вследствие ее небольшой ве личины требуется определять только в случаях, когда поворот отвала про изводится от индивидуальных гидромоторов (рис. 16).
При включении механизма поворота вращательное движение совер шают отвал с ножом, поворотный круг с кронштейнами и отдельные части механизма поворота, непосредственно связанные с поворотным кругом.
Рис. 16. Схема для определения усилия поворота отвала
Механизм поворота отвала рассчитывают для положения, когда отвал вынесен в сторону и к его концу приложена максимально возможная си ла
Рк =К FCT= 15-0,6 = 9 кН,
где К - удельное сопротивление грунта резанию, К = 15 кПа;
FCTплощадь поперечного сечения вырезаемой стружки грунта при ре- 2
зании полной длиной отвала, т.е. FCT= 0,6 м
Тогда, с учётом коэффициента динамичности kR момент на поворотном круге находят по формуле
М=кдРк1х= 1,2-9-1,5 = 16,2 кНм,
где 1\ - расстояние от конца отвала до центра поворота круга, 1\ = 1,5м.
По моменту сопротивления повороту рассчитывают мощность приво да механизма поворота отвала:
Мсо 16,2 -0,027 = 0,58 кВт,
Л0,75