Главная Товароведение
Автогрейдер ДЗ-122 с дополнительным оборудованием для профилировки откосов
|
|
|||||
Расчёт на прочность оборудования автогрейдераРасчёт основной рамыПервое расчётное положение. В первом расчётном положении, соответствующем нагрузкам, возникающим в процессе нормальной эксплуатации автогрейдера, наиболее неблагоприятные условия возникают в конце зарезания, когда отвал режет грунт одним концом, опущннам настолько, что передний мост вывешен и упирается в край кювета, задние колёса буксуют на месте, работа производится на поперечном уклоне с углом л = 16°. В этих условиях основная рама оказывается максимально нагруженной нормальными нагрузками (рис.3). В центре тяжести автогрейдера сосредотачивается сила его веса и равнодействующая сил инерции, которая раскладывается на состовляющие, так как автогрейдер работает на уклоне. Первая, равная G cosл, действует перпендикулярно опорной поверхности, а вторая, G sinл, - параллельно ей. Координаты Н(м) и l(м) центра тяжести современных автогрейдеров приблизительно определяют из соотношений: где rс - статический радиус колеса, rс = 0,93 rк = 0,93 . 0,6 = 0,56м ![]() Рис.3 Схема сил, действующих на автогрейдер в первом расчётном положении В центре тяжести автогрейдера помимо его веса сосредотачивается равнодействующая инерционных сил где Кд = 1,5 - коэффициент динамичности иmax = 0,85 - максимальный коэффициент использования сцепного веса машины G2 = 73,7кН - сила тяжести автогрейдера, приходящейся на задний мост В точке О, которой обозначен конец режущей кромки ножа отвала, сосредотачиваются усилия Рх, Рy и Рz, возникающие в результате сопротивления грунта резанию. В точках О'2 и О''2, соответствующих проекциям середин балансиров на опорную поверхность, действуют вертикальные реакции задних правых и левых колёс Z2п и Z2л, свободные силы тяги X2п и X2л и боковые реакции Y2п и Y2л Боковые реакции Y2п = Y2л = 0,5G sinл = 0.5 . 105,3 . sin 16° = 14.5кН В точке О3, в которой передний мост касается кювета, возникает боковая реакция Y1 Составим систему уравнений равновесия: ?X = 0: X2п + X2л + Ри - Рx = 0; ?Y = 0: Y2п + Y2л - G sinл - Py + Y1 = 0; ?Z = 0: Z2п + Z2л - Gcosл + Pz = 0; ?Мx = 0: Gcosл b/2 - Z2п b - G sinлH = 0; ?Мy = 0: Pz L1 - Gcosлl - Pи Н = 0; ?Мz = 0: (Y2п + Y2л)L1 + X2л b + Pи b/2 + G sinл(L1-l) - Y1(L - L1) = 0; Определим неизвестные силы и реакции Рx, Pz, Z2п и Z2л из уравнений равновесия, используя систему уравнений: ![]() ![]() Силы тяги правого и левого задних колёс могут быть выражены через вертикальные реакции X2п = Z2п Иmax = 22,2. 0,85= 18,9 кН X2л = Z2л Иmax = 35,2 . 0,85 = 29,9 кН Зная X2п и X2л: ![]() Рy = Y2п + Y2л - G sinл + Y1 = 14,5 + 14,5 - 105,3sin16° + 137.6 = 137,6кН Далее необходимо найти усилия, действующие в т. О4 - шаровом шарнире тяговой рамы, служащем опорой для правой части основной рамы. Левой частью основная рама двумя точками, соответствующими точкам О'2 и О''2, опирается на задний мост, а средней частью - на систему подвески тяговой рамы. Считая детали подвески тяговой рамы расположенными в одной плоскости Q (рис.4), можно рассматривать пересечение этой плоскости с основной рамой как место заделки последней, являющееся опасным расчётным сечением. Для упрощения расчёта принимают, что тяги подвески находятся в вертикальной плоскости Q', хотя в действительности плоскость Q, в которой они расположены, наклонена к вертикали под небольшим углом Ь. Принятое допущение несколько увеличит получаемые значения усилий Z4, Y4, X4 действующих на шаровой шарнир и , следовательно, приведёт к увеличению запаса надёжности. Из уравнений моментов, составленных относительно осей y' и z', лежащих в плоскости Q', проходящей через точку О4 и перпендикулярной к оси О'4 О4, находим усилия Z4 и Y4 ![]() Рис.4 Схема сил, действующих на шаровой шарнир тяговой рамы в первом расчётном положении ![]() ![]() Усилие Х4 находим из уравнения ?X = 0, откуда Х4 = Р4 = 92,6 кН. Определив все силовые факторы основной рамы в первом расчетном положении, можно посчитать возникающие в ней напряжения. На рис.5 показана схема нагружения основной рамы в первом расчетном положении. Пользуясь этой схемой, определяем изгибающие моменты, действующие в опасном сечении I-I. ![]() Рис.5 Схема нагружения основной рамы в первом расчетном положении Слева от сечения I-I (со стороны моста): ![]() ![]() ![]() Справа от сечения I-I (со стороны переднего моста): Необходимо выбрать поперечное сечение и определить его геометрические характеристики - моменты сопротивления и площадь поперечного сечения (Рис.6). Также следует выбрать материал и наити допускаемое напряжение. Допускаемое напряжение равно отношению предельного напряжения к коэффициенту запаса, равному 1,1…1,5 Выбираем нестандартный профиль бруса с размерами поперечного сечения b1=160мм, b2=180мм, h1=200мм, h2=240мм. Площадь и моменты инерции прямоугольного поперечного сечения определяют: ![]() Рис.6 Поперечное сечение ![]() ![]() Полярный момент инерции прямоугольного сечения вычисляем: где Ь1 и Ь2 - коэффициенты, зависящие от отношения сторон прямоугольного сечения. Выбираю материал - сталь 40Х с у = 650МПа и рассчитываю допускаемое напряжение: [у] = упр/К3, [у] = 650/1,2 = 541,7 МПа Зная геометрические размеры сечения и его форму, можно посчитать возникающие в нём максимальные напряжения у: ![]() где усум - суммарное напряжение от изгиба и растяжения-сжатия ф - напряжение от кручения ![]() где Мив, Миг - суммарные изгибающие моменты в вертикальной и горизонтальной плоскостях, Р - сжимающее усилие, кН Мкр - суммарный крутящий момент, действующий на расчётное положение Wy, Wz, Wp, F - моменты сопротивления сечения изгибу и кручению и площадь этого сечения Возникающие в опасном сечении I-I основной рамы напряжения от воздействия на него силовых факторов, действующих слева и справа от сечения, подсчитывают раздельно и принимают в расчёт наибольшее. Для сечения I-I (со стороны заднего моста): ![]() Тогда максимальное напряжение для сечения I-I со стороны заднего моста: Для сечения I-I (со стороны переднего моста): Тогда максимальное напряжение для сечения I-I со стороны переднего моста: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Максимальные напряжения со стороны переднего моста, и со стороны заднего моста превышают допускаемое напряжение, Для выполнения условий прочности увеличивают толщину стенки поперечного сечения или меняют материал на более прочный и в результате при b1=160мм, b2=210мм, h1=200мм, h2=250мм получаем площадь и моменты инерции прямоугольного поперечного сечения: ![]() Полярный момент инерции прямоугольного сечения вычисляем: Для сечения I-I (со стороны заднего моста): Тогда максимальное напряжение для сечения I-I со стороны заднего моста: Для сечения I-I (со стороны переднего моста): Тогда максимальное напряжение для сечения I-I со стороны переднего моста: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Условие выполняется, значит выбранное сечение удовлетворяет условиям прочности и может быть использовано в рабочем оборудовании. Второе расчётное положение. Во втором расчётном положении на автогрейдер действуют случайные нагрузки, возникающие при встрече его с непреодолимым препятствием. Наиболее неблагоприятные условия при этом складываются, когда наезд на препятствие происходит краем выдвинутого в сторону отвала при движении автогрейдера по горизонтальной поверхности на максимальной рабочей скорости с малым пробуксовыванием ведущих колёс, что имеет место при работах по разравниванию и перемещению грунта. При внезапной встрече конца отвала с жёстким препятствием происходит их соударение, что приводит к возникновению дополнительной динамической нагрузки на основную раму. При расчёте на прочность рабочего оборудования принимают, что масса и жесткость препятствия во много раз превышает массу и жёсткость автогрейдера. Тогда дополнительную динамическую нагрузку на автогрейдер определяют только массой и жёсткостью последнего, а также скоростью столкновения и подсчитывают: ![]() где v - скорость автогрейдера в момент встречи с препятствием Gсц - вес автогрейдера с оборудованием, Gсц = 82468 Н g - ускорение свободного падения С - суммарная жёсткость автогрейдера ![]() здесь С1 = 120кНм - жесткость металлоконструкции автогрейдера, зависящая от величины сцепного веса Нотв = 0,62м - высота отвала Lотв = 3,72м - длина отвала С2 = 2Сш = 2 . 45 = 90кН/м - суммарная жёсткость передних колёс На рис.7 показана схема сил, действующих на автогрейдер во втором расчётном положении. В центре тяжести сосредотачиваются сила веса автогрейдера и дополнительная динамическая нагрузка. В точке О контакта отвала с препятствием действуют усилия Рх и Ру, а Рz = 0, так как резание грунта не производится. В условных точках О2 и О3 действуют боковые усилия Y2 и Y1 ![]() Рис.7 Схема сил, действующих на автогрейдер во втором расчётном положении Возникающие вертикальные реакции на задний и передний мосты обозначены соответственно через Z2 и Z1. Эти реакции с учётом динамической нагрузки определяют из уравнений моментов, составляемых относительно точек О2 и О3: ![]() ![]() где G1 и G2 - соответственно силы тяжести, приходящиеся на передний и задний мосты () Размеры а1 = 0,5м; с' = 0,87м; l1 = 2,6м; l2 = 3,2м; n' = 0,9м снимаем с чертежа. Остальные неизвестные силы определяем, составляя следующие уравнения равновесия: ![]() ?X = 0: X2п + X2л + Ри - Рx = 0; ?Y = 0: Y1 - Py - Y2 = 0; Принимая X2п = X2л , Y1 = Z1Иmax ![]() получаем: ![]() Z2Иmax + Ри - Рx = 0 Z1Иmax - Y2 - Py = 0 Решая эти уравнения относительно неизвестных членов, находим ![]() Py = Z1Иmax - Y2 = 41,1 . 0,85 - 7,7 = 27,2кН Рx = Z2Иmax + Ри = 64,2 . 0,85 + 34 = 87,9кН X2п = X2л ![]() Y1 = Z1Иmax = 41,1 . 0,85 = 34,9кН В момент внезапной встречи с жёстким препятствием ведущие колёса автогрейдера, начинают полностью пробуксовывать, развивая суммарную силу тяги Х2 X2 = X2п + X2л = 27,3 +27,3 = 54,6кН ![]() Рис.8 схема сил, действующих на шаровой шарнир тяговой рамыво втором расчётном положении Пользуясь приведённой на рис.8 для второго расчётного положения схемой сил, действующих на шаровой шарнир тяговой рамы, определяем возникающие в этом шарнире усилия Х4, Y4, Z4: ?X = 0: Х4 - Рx = 0, Х4 = Рx = 87,9кН ![]() , , ![]() ![]() Рис.9 Схема нагружения основной рамы во втором расчётном положении Схема нагружения основной рамы во втором расчётном положении на рис.9. Точка Е на схеме обозначена условная точка приложения динамической нагрузки от масс, приходящихся на задние мосты. Координаты К для точки Е определяются из соотношения: ![]() Точкой приложения суммарной силы тяги Х2 и реакции Z2 показана средняя точка О2 условной оси задних мостов. В такой же средней точке О1 оси переднего моста приложены реакция и динамическая нагрузка от масс, приходящихся на передний мост. Слева от сечения I-I (со стороны заднего моста): ![]() Справа от сечения I-I (со стороны переднего моста): ![]() ![]() ![]() ![]() Площадь и моменты инерции прямоугольного поперечного сечения составляют: ; ; ![]() Допускаемое напряжение [у] = 541,7МПа Профиль бруса выбираем с соответствующим первому расчётному положению. Зная геометрические размеры сечения и его форму можно подсчитать возникающие в нём максимальные напряжения: ![]() где усум - суммарное напряжение от изгиба и растяжения-сжатия ф - напряжение от кручения где Мив, Миг - суммарные изгибающие моменты в вертикальной и горизонтальной плоскостях Р - сжимающее усилие, кН Мкр - суммарный крутящий момент, действующий на расчётное положение Wy, Wz, Wp, F - моменты сопротивления сечения изгибу и кручению и площадь этого сечения Возникающие в опасном сечении I-I основной рамы напряжения от воздействия на него силовых факторов, действующих слева и справа от сечения, подсчитывают раздельно и принимают в расчёт наибольшее. Для сечения I-I (со стороны заднего моста): Тогда максимальное напряжение для сечения I-I со стороны заднего моста: Для сечения I-I (со стороны переднего моста): Тогда максимальное напряжение для сечения I-I со стороны переднего моста: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Условие выполняется с большим запасом. |
<< | СОДЕРЖАНИЕ | >> |
---|