Расчет вспомогательных узлов и деталей

ПРОЕКТИРУЕМОЙ МАШИНЫ (ОРУДИЯ)

Расчет опорных колес

Колесо, служащее только опорой при движении, называют ведомым. Его перекатывание происходит под действием силы тяги. Если к колесу при­ложить вращающий момент, то оно перемещается, отталкиваясь от по­верхности, по которой движется. В данном случае движущая сила – это сила трения или сцепления обода колеса с поверхностью. Такое колесо называют веду­щим. Момент на оси ведущего колеса создается действием внутренних сил (например, от двигателя, установленного на машине), но он может быть пере­дан и извне.

В лесохозяйственных машинах колеса, как правило, ведомые. В некоторых из них (в сеялках, сажалках, культиваторах) вращение ведомого колеса используют для передачи движения рабочим органам или механизмам. Такие колеса называют рабочими ведомыми или ходовыми. Чтобы привод от ходо­вого колеса был надежным, оно должно быть нагружено, так как от этого за­висит сила сцепления обода колеса с почвой. При недостатке сцепления ко­леса с почвой на ободе ставят почвозацепы.

Применяют стальные или чугунные колеса с жестким ободом или колеса с пневматическими шинами. К преимуществам колес с пневматическими шинами относятся меньшее удельное давление на почву и, как следствие, меньшее ее уплотнение, что приводит к снижению сопротивления качению и улучшению сцепления с почвой. В лесохозяйственных машинах применяют шины низкого давления, которые позволяют смягчать толчки и удары при движении.

Колеса, какого бы типа они ни были, не должны оставлять на поверхности почвы колею, глубина которой превышала бы допустимую агротехническими требованиями величину. Уменьшение глубины колеи может быть достигнуто увеличением диаметра и ширины обода колеса. Однако с увеличением диаметра колеса увели­чиваются его габаритные размеры и масса. Поэтому выбор значений диаметра и ширины сводится к нахождению компромиссного решения, обеспечивающего получе­ние малого значения коэффициента сопротивления перекатыванию при до­пустимых габаритных размерах и массе колеса.

1. Диаметр обода металлического колеса D_к определяется по формуле

см, (2.1)

где Q – вертикальная нагрузка на колесо, даН;

q – коэффициент объемного сопротивления почвы, даН/см³ (таблица 2.1);

b₀ – ширина обода колеса, см;

P₀ – сопротивление перекатыванию машины, даН.

Вертикальная нагрузка на колесо Q может быть определена одним из следующих способов. Для всех лесохозяйственных машин, кроме плугов

(2.2)

где G_м – сила тяжести машины, даН;

Z – количество колес на машине.

Для навесных плугов

(2.3)

для прицепных и полунавесных плугов

, (2.4)

где n_к – количество корпусов плуга;

R_z – вертикальная составляющая сил сопротивления корпуса плуга, даН

(2.5)

где R_x – горизонтальная составляющая сил сопротивления корпуса плуга, даН.

Таблица 2.1

Значения параметров q, f, P для различных почвенных условий

Характеристика условий	q, даН/см3	f	P, даН/см
Свежевспаханное поле	0,20…0,40	0,18…0,22	20…30
Паровое поле	1,00…2,50	0,20…0,25	30…40
Задернелые почвы, залежь	3,00…4,50	0,10…0,15	40…45
Вырубки лесные	3,00…5,00	0,15…0,20	40…45

Ширина обода колеса находится по формуле

(2.6)

где P – допускаемая удельная нагрузка на единицу ширины обода колеса, даН/см (таблица 2.1).

Сопротивление перекатыванию машины определяется из соотношения

(2.7)

где f – коэффициент сопротивления перекатыванию машины (таблица 2.1).

При подставлении значений Q, q, b₀ и P₀ в формулу (2.1) определяется диаметр колеса. Обычно в конструкторской практике применяются колеса, имеющие следующие значения D_к и b₀:

– для сеялок D_к = 90…110 см, b₀ = 9…11 см;

– для лесопосадочных машин D_к = 80…90 см, b₀ = 12…14 см;

– для культиваторов D_к = 50…60 см, b₀ = 12…14 см;

– для плугов D_к = 55…70 см, b₀ = 15…20 см.

Конструкции колес, применяемых в лесохозяйственных машинах, показаны на рисунке 2.1. Однодисковые колеса устанавливают на культиваторах и лесопосадочных машинах для вырубок, двухдисковые – на плугах. В сеялках и лесопосадочных машинах для открытых площадей применяют колеса со спицами.

а б

Рис. 2.1. Опорные колеса: а – однодисковое; б – двухдисковое

2. Определяется толщина обода колеса. Колесо при перемещении обра­зует колею глубиной h_к = 2…5 см (величина зависит от твердости почвы, на­грузки на колесо и его размеров (рис. 2.1)).

Для расчета принимают, что колесо погружается на величину h_к. Контакт колеса с почвой огра­ничивается дугой АВ, длина которой равна

(2.8)

где R_к – радиус опорного колеса, см.

Принимают АВ как бал­ку, закрепленную в точках А и В и нагруженную силой Q. Изгибающий момент определяется по формуле

(2.9)

Момент сопротивления в опасном сечении составит

(2.10)

где [σ] – допускаемое напряжение материла обода при изгибе; для стали 3 [σ] = 1500 даН/см².

Толщина обода будет равна

(2.11)

3. Диаметр ступицы принимается равным

4. Рассчитывается ось опорного колеса.

Опасным сечением оси колеса является ее сечение в месте заделки в стойку (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Схема к расчету оси опорного колеса

Изгибающие моменты в этом сечении:

(2.12)

(2.13)

где Δb₀ – зазор между колесом и стойкой, Δb₀ = 3…4 см;

Q₀ – осевое усилие, которое определяется по формуле

, (2.14)

где K₁ – коэффи­циент сцепления колеса с почвой (для луго-болотных почв K₁ = 0,8…1,0; для задернелых почв K₁ = 0,7; при пахоте пара K₁ = 0,4).

Находится момент сопротивления попереч­ного сечения оси

(2.15)

Отсюда определяется диаметр оси колеса:

(2.16)