Расчет рам бульдозеров

Бульдозеры, конструкции которых влияют на методику расчета основных элементов, могут быть разделены на бульдозеры с неповоротном отвалом и универсальные бульдозеры. Схема неповоротного отвала бульдозера (рис.186, [3], стр.279) состоит из отвала 1, двух толкающих брусьев 2 и 3, горизонтальных раскосов 4 и 5 и вертикальных подкосов 6 и 7. Эта конструкция образует жесткую, геометрически неизменяемую систему. Толкающие брусья, как правило, имеют коробчатое сечение. Хвостовую часть толкающих брусьев крепят к раме базовой машины с помощью цилиндрических или шаровых шарниров; переднюю, часть брусьев соединяют с отвалом с помощью цилиндрических шарниров. Однако к впервой, так и во втором случае зазоры в цилиндрических шарнирах достаточны, велики, что позволяет при составлении расчетной схемы считать их шаровыми шарнирами. В средней части отвала размещают гидроцилиндры, обеспечивающие управление отвалом в вертикальной плоскости (при гидравлическом управлении). Как в том, так и в другом случае это соединение можно рассматривать как одиночные опорные стержни. Раскосы и подкосы, связывающие толкающие брусья с отвалом, выполняют обычно в виде стержней, сплошного сечения, имеющих на концах цилиндрические шарниры. Наличие достаточно больших зазоров в шарнирах позволяет рассматривать расчетную схему отвала бульдозера в виде, показанном на рисунке 187([3], стр. 280). В этой сухеме: Р_х,Р_у,Р_z – проекции равнодействующей внешних нагрузок, действующих на отвал; Р_{х, ,}Р_у Р_z – проекции равнодействующей внешних нагрузок. Действующих на отвал; Р_цл, Р_цп – усилия соответственно в левом и правом гидроцилиндрах управления. Для расчета толкающих брусьев и подкосов, образующих раму бульдозера с неповоротным отвалом, необходимо определить реакции, возникающие в местах крепления брусьев к отвалу и раме базовой машины, усилия в раскосах и подкосах. Расчленив схему на основные элементы и заменив подкосы усилиями действующими на них, получим схему, приведенную на рис. 188([3], стр.281). Как видно, общее число неизвестных, подлежащих определению, равно18. Усилия в отвале при этом считается заданными. После определения нагрузки, действующей на основе узлы рамы, расчет раскосов, подкосов и толкающих брусьев не представляет сложности. Подкосы и раскосы рассчитывают на центральное растяжение-сжатие. Толкающий брус СД (как более нагруженный) рассчитывают на изгибающие нагрузки, действующие в плоскости ХОZ и УОZ, и на продольные усилия (рис. 189[3],стр. 284.). Опасные сечения, подвергаемые проверке, расположены в местах, где крепят шарниры подкоса и раскоса. Суммарные нормальные напряжения определяют по следующей зависимости.

(277)

Одним из расчетных положений бульдозера является удар центральной точкой отвала. В этом случае, как это было показано при анализе линий влияния, вся нагрузка, действующая в плоскости рамы, передается через центральный шарнир. Подкосы в горизонтальной плоскости не работают. В этом расчетном положении рама в горизонтальной плоскости рассматривается как статически неопределимая система, нагруженная двумя составляющими сил сопротивления (нагрузки в вертикальной плоскости определяются, как и ранее). Влияние горизонтальной составляющий усилий, действующих в цилиндрах, можно не учитывать, так как угол наклона цилиндров достаточно велик по этому горизонтальные составляющие относительно невелики. При соблюдений принятых условий расчетная схема рамы в горизонтальной плоскости будет иметь вид, показанный на рис. 197, а ( , стр. 291). За основную систему удобно принять систему, изображенную, на рис.197, б( , стр. 291). Неизвестное усилия может быть найдено из канонического уравнения. Для определения коэффициентов канонического уравнения построенное грузовая эпюра М (рис.197, в , стр.291) и единичная эпюра (рис.197 в , стр.291). Суммарная эпюра изгибающих моментов построена на рис. 197, д ( ,стр. 291).

Расчет рамы скреперов

Рама скрепера охватывает ковш с двух сторон и крепится продольными балками к ковшу а передней частью опирается на прицепное устройство, которое, если скрепер самоходный, размещение на седельном устройстве тягача, а если прицепной – на передней оси. Соединение рамы с ковшом шарнирное; шарниры цилиндрические или шаровые. Переднее прицепное устройство имеет продольный и вертикальный шарниры, обеспечивающие возможность тягача или передней оси, как в горизонтальной, так и поперечной вертикальной плоскости.

Рабочие нагрузки воспринимает режущая кромка ковша. В отличие от рассматриваемых ранее бульдозера и автогрейдера на ноже скрепера в нормальных условиях работы боковых нагрузок не возникает. Величина действующих нагрузок на нож различна для каждого периода работы. Следовательно, назначают ряд расчетных положении, для которых определяют сопротивления, возникающие при работе. Считаем что усилия на кромке ковша заданными. Определение нагрузок действующие на раму скрепера, необходимо начинать с анализа внешних сил, действующих на машину целом. В качестве примера следует рассмотреть схему сил, действующих на самоходных скрепер с одноосным тягачом (рис 198 , стр. 293). В процессе набора грунта на машину действуют следующие силы; весовые нагрузки – вес тягача и вес скрепера (величина и точки приложения этих нагрузок известны). На ноже ковша возникает силы сопротивления копанию, которые в общем случае могут быть представлении в виде двух составляющих : касательный силы Р и нормальной силы Р₂. Их находят из тягового расчета, а точкой приложения с достаточной достоверностью можно считать режущую кромку ковша.

Из тягового же расчета находят и окружное усилие Т₁, действующие на ведущих колесах. Обычные самоходные скреперы не обеспечивают полного заполнения ковша без дополнительного толкача. Необходимое дополнительное толкающее усилие Т_Т также определяют при тяговом расчете. На колесах тягача и скрепера действуют вертикальные реакции R₁и R₂ и силы сопротивления перекатывают Р_f1и Р_f2. При точном рассмотрении вертикальные реакции на колесах не проходят через ось колес, а смещены относительно нее на величину а₁ (или а₂).

Однако, как показали исследования, значениями а₁ и а₂, ввиду их относительной малости по сравнению с, d и е, а также величинами Р_f1и Р_f2, поскольку эти силы во много раз меньше сил Т₁ и Т_Т соs ψ на тяговом режиме работы, можно пренебречь без ущерба для точности, необходимой для практических расчетов. Таким образом, неизвестными из внешних сил будут только вертикальные реакции R₁и R₂ возникающие на передних и задних колесах. Эти реакции определяют из уравнений моментов относительно точек А и В. При использовании приводимых далее формул необходимо учитывать, что они записаны с учетом таких направлений действия сил, которые указаны на расчетных схемах. Для других расчетных положений эти направления могут отличаться от указанных, и это следует учитывать при записи уравнений.

При определении сил, действующих непосредственно на раму, необходимо рассмотреть равновесие одного тягача (рис. 199 [3], стр. 294). Влияние отброшенного скрепера следует заменить реакциями R_E, R_K и F_K, действующих на тягач в седельном устройстве. Необходимо учесть, что при резании продольная ось тягача может оказаться не горизонтальной, а будет наклонена к горизонту под углом φ. Если кинематический расчет покажет, что этот угол невелик, можно пренебречь им.

Кроме усилий, в сцепном устройстве на раму действуют нагрузки от механизма подъема и опускания ковша. Этот механизм в зависимости от типа управления может быть канатным или гидравлическим. При канатном управлении ковш подвешен к раме в одной точке – в средней части поперечины. При гидравлическом управлении с одним гидроцилиндром его крепят в средней точке поперечины рамы, с двумя – по краям поперечной балки.

Во всех случаях усилие в механизме подъема определяют аналогичным образом. Для этого необходимо рассмотреть равновесие ковша (рис. 200 [3], стр.294). Неизвестными являются усилия 2Р_ц в механизме подъема и реакции в шарнире крепления рамы к ковшу (точке Д).

На рис. 201 ([3], стр.295) показана конструкция рамы самоходного скрепера. Рама представляет собой две продольные упряжные тяги, к концам которых прикреплен ковш. В передней части эти тяги связаны поперечной балкой, выполненной из трубы. К средней части поперечной балкой приварена арка-хобот, на конце которой размещено прицепное устройство. Расчетная схема такой рамы показана на рис. 202 ([3], стр.296). Неизвестными усилиями являются составляющие реакций в опорах О и В. Остальные усилия уже найдены. Учитывая, что одно из уравнений статики уже использовано для определения Р_ц, для отыскания шести неизвестных имеется всего пять уравнений, т.е. система один раз статически неопределима. Составим уравнение моментов относительно оси Z₁:

R_oxb – (R_E + R_K)b/2 + P_цsin α (b₁ + b – b₂) = 0.

На реакции R_oy и R_by оказывают влияние только усилия, лежащие в плоскости рамы. Расчетная схема в этом случае будет иметь вид, показанный на рис. 203, а ([3], стр.297). Неизвестное усилие Х₁ следует определять из канонического уравнения

Х₁= - Δ_1р / δ₁₁.

Суммарная эпюра изгибающих моментов приведена на рис. 203, д ([3], стр.297).

Таким образом, определены все усилия и реакции, действующие на раму, что позволяет найти напряжения во всех опасных сечениях. Это удобно сделать, построив эпюры соответствующих нагрузок (рис. 204 [3], стр.298). Изгибающие моменты определяют в двух плоскостях: в плоскости рамы и из плоскости рамы.

Эпюры изгибающих моментов, действующих из плоскости рамы, строят обычными методами, например, изгибающий момент в сечении I – I (рис. 204, a [3], стр.298) определяют по зависимости

.

Действию крутящих моментов подвержена поперечная балка (рис. 204, в [3], стр.298). Этот момент найдем из выражения М_кр = R_bzl₁ + R_bxl₂.

Для построения эпюры растягивающих усилий (рис. 204, г [3], стр.298) спроектируем действующие нагрузки на направление участка балки. Опасными сечениями являются узлы соединения продольных тяг с поперечной балкой, средняя точка поперечной балки арка-хобот.