4. Тяговый расчет

Исходными данными для расчета ходового механизма являются:

1. Вертикальные нагрузки, действующие на ведущие и ведомые колеса и на опорные катки [19].

2. Тяговое усилие S_{T max} (сопротивление, необходимое на перемещение).

Тяговое усилие экскаватора с гусеничным ходовым механизмом определяется из выражения

S_тяг = W_вн + W_и + W_n + W_к + W_в + W_кр,

где S_тяг – сила тяги экскаватора (тяговое усилие), Н;

W_вн – внутреннее сопротивление ходовых механизмов, Н;

W_и – сопротивление инерции при трогании с места, Н;

W_n – сопротивление подъему, Н;

W_к – сопротивление катанию, Н;

W_в – сопротивление ветру, Н;

W_кр – сопротивление развороту, Н.

Для экскаватора с многоопорным ходовым механизмом

2S_тяг = W_вн + W_и + W_n + W_к + W_в + W_кр.

Для прямолинейного движения по горизонтальной поверхности из данных уравнений исключаются W_n и W_кр.

Для машин с гусеничным ходовым оборудованием S_тяг определяется для переднего и заднего хода, причем для определения S_{тяг max} берутся данные при движении экскаватора задним ходом.

Сопротивление инерции при трогании с места определяется по формуле

,

где G – рабочий вес экскаватора, Н;

– скорость передвижения экскаватора, м/с;

g – ускорение силы тяжести, м/с²;

t_p – время разгона 2÷3 с.

Сопротивление подъему – W_n = G · sinα,

где α – угол подъема, α = 20°.

Сопротивление катанию экскаватора определяется по формуле

а) для многоопорной гусеницы:

;

б) для малоопорной гусеницы:

,

где D_H – диаметр направляющих колес;

n – число гусениц;

b – ширина гусеницы;

h – глубина погружения экскаватора: , см;

p – фактическое удельное давление на грунт, Па;

₀ – коэффициент удельного сопротивления грунта смятию, для определенной почвы коэффициент постоянный.

Так, для крупного песка и влажной средней глины ₀ = 0,3 · 9,81 · 10⁴ Н/м²; для средней глины и влажной плотной глины ₀ = 0,5 · 9,81 · 10⁴ Н/м²; [20-21]

Сопротивление ветру определяется по формуле

,

где F – надветренная площадь, м²;

_в – предельно допустимое давление ветра по ГОСТ 1451-77 _в = 125 Па.

Сопротивление развороту складывается из сопротивления опорной поверхности и сопротивления скалывания грунта при повороте просевшей гусеницы:

,

где М_тр – полный момент трения одной гусеницы.

,

где l – длина гусеницы, м;

b – ширина гусеницы, м;

р – фактическое давление на грунт, Па;

μ – коэффициент удельного трения гусеницы о грунт (0,25÷1,0);

В – расстояние между осями гусениц, м;

М_ск – момент сопротивления скалыванию грунта,

М_ск = 0,29 · K·h· ,

где К – коэффициент сцепления грунта, К = 0,25÷2,5 кгс/см²;

h – глубина погружения гусеницы;

– длина опорной части гусеницы.

Заводом-изготовителем (расчеты экскаватора ЭО-5221) предлагается следующий вариант расчета сопротивления развороту, схема которого приведена на рисунке.

Рис. 4. Схема разворота

,

где М_с – момент сопротивления развороту;

r – радиус разворота.

,

где μ – коэффициент сопротивления повороту;

L_ср – продольная база.

,

где ,

а – постоянный коэффициент, принимаемый равным 0,85;

r₂ – радиус поворота по забегающей гусенице:

r₂ = d + b.

Из схемы видно, что r = r₂, и, таким образом, находим W_кр.

Внутренние и внешние сопротивления гусеничного ходового оборудования движению в процентах от веса экскаватора приведены в табл. 4 [20-21].

Таблица 4

Сопротивление гусеничного хода движению, % веса экскаватора

Сопротивление	Малоопорная гусеница	Многоопорная гусеница
Подшипников опорных катков W1 ведущих колес W2 направляющих W3 Катанию опорных катков W4 Изгибанию гусеничной цепи на ведущих колесах W5 То же, на направляющих колесах W6 Всего Wвн Сопротивление инерции при pазгоне Wn Сопротивление катанию на горизонтальном пути при трогании с места WK Полное сопротивление на горизонтальном пути без разворота WГ	1,6 – 1,8 1,1 – 1,2 0 – 1,6 0,4 – 0,5 1,3 – 1,5 0,4 ÷ 2,5 4,8 ÷ 9,1 1 – 2 8 – 17,5 13,8 – 27,8	1,6 – 1,8 1,1 – 1,2 0 – 1,6 0,8 – 0,9 1,3 – 1,5 0,4 – 2,5 5,2 ÷ 9,5 1 – 2 6,5 – 15 12,7 – 25,7

Внутреннее сопротивление ходового механизма при движении задним ходом определяется из следующего выражения:

W_вн = W₁ + W₂ + W₃ + W₄ + W₅ + W₆ + W₇,

где W₁ – сопротивление в подшипниках опорных катков;

;

где – приведенный коэффициент в подшипниках колес ( ≈ 0,015÷0,2);

W₂ – сопротивление в подшипниках ведущих колес:

;

W₃ – сопротивление в подшипниках направляющих колес:

;

W₄ – сопротивление катанию опорных катков:

,

где – коэффициент трения опорных катков по гусеницам

( = 0,1÷0,15).

W₅ – сопротивление изгибанию гусениц на ведущих колесах:

,

где – диаметр шарнира звена, см;

– коэффициент трения в шарнирах звена ( = 0,25÷0,4);

W₆ – сопротивление изгибанию гусениц на направляющих колесах:

;

W₇ – сопротивление движению верхней части цепи по каткам:

.

В приведенных выражениях

– вес звеньев, лежащих на земле;

– диаметр оси опорного катка, см;

– диаметр оси ведущего колеса, см;

– диаметр оси направляющего колеса, см;

– диаметр шарнира звена, см;

– диаметр опорного катка , см;

– диаметр ведущего колеса , см;

– диаметр направляющего колеса , см.

Подставив все выражения, определяющие внутренние и внешние сопротивления при заднем ходе, получим

+

+ + +

+ .

Проведя соответствующие преобразования, получим

+ + + ,

где – сумма внешних сопротивлений, представленных в вышеприведенной формуле.

+ + + ;

.

Полученное выражение служит для определения необходимой силы тяги малоопорного гусеничного ходового оборудования при движении экскаватора задним ходом.

Уравнение данного вида показывает, что тяговое усилие экскаватора во многом определяется конструктивными параметрами элементов ходового оборудования. С одной стороны, эти параметры регламентируются прочностными условиями, а с другой – внутренними сопротивлениями ходового механизма, которые по возможности должны быть минимальными. Имея реально существующие конструкции ходовых механизмов экскаваторов и выбрав диапазон изменения конструктивных размеров элементов хода из условия прочности, можно путем перебора различных вариантов определить оптимальные параметры элементов ходового механизма.