Расчет нагрузок будет производиться по методике, описанной в учебнике «Землеройно-транспортные машины» Н.Г. Домбровский, М.И. Гальперин.
Для расчета рамы, отвала и других деталей необходимо определить наиболее опасные условия нагружения. Таким положением является встреча бульдозера с препятствием, когда на отвал действуют одновременно статические и динамические силы Pст и Pин. При этом гидравлические цилиндры управления отвалом запреты и система не позволяет его выглублять. Для расчета принимается, что встреча с препятствием происходит в средней точке нижней кромки отвала; сила Pст имеет максимально возможную величину.
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ДП.1144.10.00.00.ПЗ. |
|
|
Размеры бульдозерного оборудования: h1=220мм, h2=330мм, h3=370мм, S=2050мм, l1=3590мм, l3=85мм, l2=2600мм, l4=1060мм.
Рама неповоротного отвала представляет собой конструкцию, на которую действуют силы в различных плоскостях. Кандидат технических наук Н.В. Федотов и В.Н. Николаев предложили для простоты расчета привести все силы к такой системе, когда часть нагрузок будет действовать в одной плоскости, а часть – в другой, т.е. расчет будет сведен к расчету двух плоских конструкций: шарнирно-рычажной в вертикальной плоскости и рамной в горизонтальной плоскости. Рама в горизонтальной плоскости является трижды статически неопределимой. На нее действует сила:
где b – угол между горизонталью и осью гидроцилиндра. Кроме того на систему действуют моменты:
и
Схема основной системы, полученной после удаления лишних связей и замены их неизвестными усилиями, представлена на чертеже (в). Так как система и нагрузки симметричны, то для ее раскрытия необходимо решить систему канонических уравнений с двумя неизвестными:
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ДП.1144.10.00.00.ПЗ. |
- перемещения по направлению этих неизвестных от самих неизвестных, равных по величине единице;
- перемещения по направлению одного лишнего неизвестного от действия второго единичной величины;
- перемещения по направлению соответственно первого и второго неизвестного от нагрузки.
Статическое усилие на отвал:
где – 0,9-0,95, максимальное значение коэффициента использования сцепного веса для гусеничных базовых машин.
|
|
Динамическое усилие на отвал:
, где - суммарная жесткость препятствия и системы навесного оборудования.
, где - жесткость кирпичного столба. , где - коэффициент жесткости навесного оборудования на кг веса трактора.
Таким образом, горизонтальное усилие равно:
Определяем усилия в шарнирах крепления рамы в вертикальной плоскости. Усилие в гидроцилиндрах определяется из соотношения (сумма моментов относительно оси А и В).
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ДП.1144.10.00.00.ПЗ. |
В горизонтальной плоскости горизонтальные реакции в шарнирах А и В равны:
Определяем реакции опор от внешней нагрузки в основной системе:
Определим реакции опор от сил X1=1:
От сил Х2 реакции опор определим в основной системе изгибающие моменты от внешней нагрузки и неизвестных сил Х1 и Х2:
От единичных моментов Х1:
От единичных сил Х2:
Чтобы определить неизвестные Х1 и Х2 найдем величины перемещений:
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ДП.1144.10.00.00.ПЗ. |
Момент инерции толкающих брусьев равен:
Для определения величины перемещений необходимо знать момент инерции отвала J2 относительно главных осей. Как показали экспериментальные исследования, проведенные ВНИИСтройдормашем, в работе отвала участвует только его нижняя часть высотой порядка 0,3Н (или высоты нижней балки). Момент инерции отвала J2, подсчитанный для этого типа бульдозеров, равен
Следовательно, отношение
Вычисляем силы Х1 и Х2:
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ДП.1144.10.00.00.ПЗ. |
Теперь, умножив все ординаты эпюр от единичных сил на величиныХ1 и Х2 и сложтив эти ординаты с соответствующими ординатами эпюры Миз от силы Ррасч в основной системе, получим эпюру изгибающих моментов в статически неопределенной системе.
Вычисленные реакции опор от сил Х=1 и Х=2 также умножим на полученные значения Х1 и Х2; геометрически складывая их с реакциями опор от сил Ррасч, получим фактическое значение реакций опор.
Строим эпюру поперечных сил Q. Чтобы определить усилия, действующие на отдельные элементы рамы, рассмотрим силы, действующие в вертикальной плоскости. Моменты М1 и М2:
Для определения усилий Rm и Rn от действия силовых факторов в вертикальной плоскости напишем уравнения моментов относительно точек m и n:
Сила, действующая вдоль толкающих брусьев:
Сила, действующая вдоль подкоса:
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ДП.1144.10.00.00.ПЗ. |
В работе пальцев основное значение имеют деформации среза и смятия. Касательной напряжение при срезе: , где - сила, вызывающая срез, - площадь среза. Размеры пальца: d=50мм, l=110мм.
Напряжение смятия: , где - сила, вызывающая смятие, - площадь смятия.
По справочнику конструктора машиностроителя В.И. Анурьева найдем допускаемые напряжения для пальца, сделанного из стали 45 при термообработке - ТВЧ: , следовательно, допускаемые напряжения больше напряжений, полученных в нашем расчете, значит, палец выдерживает максимальную нагрузку и может эксплуатироваться.
Расчет производительности бульдозера
Выбираем скорости движения на участках: набор грунта vн=4,4 км/ч,
транспортирования vm=6,45 км/ч, движение задним ходом vзх=8,87км/ч.
Продолжительность элементов цикла t=li/vi
|
|
где: li – длина участка м, vi – скорость движения машины м/с.
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ДП.1144.10.00.00.ПЗ. |
транспортирования грунта:
движения задним ходом:
Дополнительное время на переключение скоростей, разгрузку и распределение грунта t4=30c
Продолжительность цикла:
Число циклов за один час работы:
Коэффициент, учитывающий потери грунта:
Производительность бульдозера по формуле:
Производительность бульдозера м3/ч, при разработке и перемещения грунта:
где a = h/tg – ширина призмы грунта впереди отвала м; – угол естественного откоса грунта в движении град; – коэффициент, учитывающий потери грунта, принимается равным 1-0,005L; L – дальность перемещения грунта м; n – число циклов за 1 ч работы; t – продолжительность цикла с;
t1 – время резания грунта, с; v1 – скорость движения трактора при резании грунта м/с; t2 – время перемещения грунта, с; l2 – путь перемещения грунта м;
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
ДП.1144.10.00.00.ПЗ. |
t4 – дополнительное время с, (в дополнительное время входит время на переключение скоростей до 5 с, на подъем и опускание отвала до 4 с, на разворот трактора до 10 с, на распределение грунта и др.);
kp – коэффициент разрыхления грунта, т.е. отношение объема рыхлого фунта к объему того же грунта в плотном теле.
Объем работ, которую необходимо выполнить бульдозеру, сделать выемку объемом 40х100х1=4000 кубических метров. Следовательно ему понадобиться 4000/108 =37 часа.