Определение коэффициентов запаса устойчивости
В вертикальных плоскостях
При расчете коэффициента запаса устойчивости в продольной вертикальной плоскости считается, что опрокидывание возможно относительно линий А или Б. Положение линий зависит от конструкции ходовой части базовой машины (рис. 3.1).
В поперечной плоскости линией опрокидывания для гусеничных машин принято считать прямую, проходящую вдоль внешнего края опорных катков наиболее нагруженной гусеницы, в местах касания последних беговой дорожки (рис. 3.2а). Однако, учитывая, что мелиоративные машины движутся обычно по легко деформируемым грунтам, допускается считать линией опрокидывания прямую, проходящую по краю гусеницы (рис. 3.2б).
Для машин на колесном, ходу линией опрокидывания считается прямая, соединяющая центры площадок контакта переднего и заднего колес наиболее нагруженной стороны (рис. 3.2в).
Рис. 3.1. Положение возможных линий опрокидывания при
статическом расчете в продольной вертикальной плоскости.
Рис. 3.2. Положение возможныхлиний опрокидывания при
статическом расчете в поперечной плоскости.
Рассмотрим расчет коэффициентов запаса устойчивости впродольной вертикальной плоскости для машин с навесным рабочим органом. Расчетная схема машины (траншеекопателя) приведена на рис. 3.3. Относительно линии А опасности опрокидывания нет, так как опрокидывающий момент дает только сила , остальные силы препятствуют опрокидыванию относительно линии А.
Рис. 3.3. Схема к статическому расчету в продольной
вертикальной плоскости.
Для линии Б:
,
, (3.4)
, (3.5)
, (3.6)
При машина устойчива.
Для определения значения машины с полунавесным рабочим органом необходимо расчленить агрегат в шарнире и определить реакции и . Например, для роторного траншеекопателя (см. рис. 2.3) реакции в шарнире и определяются по уравнениям (2.12) и (2.13), в которых . Для линии Буравнение порасчету имеет вид:
. (3.7)
Затем силы и прикладываются к базовому тягачу (см. рис. 2.4) и определяется относительно точки касания заднего опорного катка беговой дорожки.
Определение машины с прицепным агрегатом выполняется после определения . Для машины, изображенной на рис. 2.1, определяется по уравнению (2.8), в котором . Тогда для линии Б уравнение по расчету имеет вид (см. рис. 2.2):
. (3.8)
Расчет в поперечной вертикальной плоскости выполняется в том случае, когда на машину действуют силы, создающие опрокидывающий, момент в этой плоскости. Примером одной из таких машин является роторный каналоочиститель, схема которого приведена на рис. 3.4. Особенностью приведенной схемы является то, что без расчета
Рис. 3.4. Схема к статическому расчету в поперечной плоскости при запертом положении гидроцилиндра (навесная схема агрегатирования).
невозможно установить, относительно какой линии наиболее вероятна возможность опрокидывания. Поэтому необходимо считать для линии А и для линии Б. При запертом положении гидроцилиндра управления рабочим органом расчет производится как для машины с навесным рабочим органом:
, (3.9)
, (3.10)
Меньшее из полученных значений должно быть больше 1,4.
При плавающем положении гидроцилиндра расчет производится как для машины с полунавесным рабочим органом. Порядок выполнения расчета следующий.
Расчленяем рабочий орган и машину и рассматриваем их по отдельности. В результате действия сил и со стороны грунтанарабочий орган действует реакция грунта на кожух ротора , а в шарнире сипы и . Расчетная схема представлена на рис. 3.5 (сила на штоке гидроцилиндра равна нулю, так как гидроцилиндр находится в плавающем положении).
Рис. 3.5. Схема к статическому расчету в поперечной плоскости при плавающем положении гидроцилиндра (полунавесная схема агрегатирования).
Для определениясил и найдем реакцию грунта . Из условия имеем
,
. (3.11)
Проектируя силы на оси X и Y получим:
, . (3.12)
Переносим реакции и на базовую машину, изменив их направление на противоположное. Опрокидывание агрегата возможно только относительно линии Б (см.рис. 3.5), для которой и определим
. (3.13)
Для машин с прицепным рабочим оборудованием расчет в поперечной плоскости обычно не делается при условии, что сама прицепная машина устойчива.
Расчет проходимости машины
Спроектировав силы, действующие на базовую машину, на осьY, получаем уравнение для расчета . Для машины с навесным оборудованием (см. рис. 3.3):
. (3.14)
Для машин с полунавесным рабочим оборудованием:
. (3.15)
Для машин с прицепным рабочим оборудованием
. (3.16)
Определяют координаты центра давления (ц.д.), т.е. точку приложения . Оптимальным положением ц.д. является такое, когда он расположен на пересечении осевой линии симметрии и линии, проходящей через середину опорных поверхностей гусениц. Под действием внешних сил ц.д. смещается от этой точки. Смещение ц.д. по продольной оси обозначается , смещение в поперечном направлении - .
Если рабочий орган расположен в продольной вертикальной плоскости симметрии ив этой же плоскости действуют силы и реакции, то . Из условия равновесия машины относительно одной из линий А или Б находим . При этом используются ранее определенные , или , . Для схемы, приведеннойна рис. 3.6, условие равновесия имеет вид:
Рис. 3.6. Схема к определению величины смещения реакции грунта в продольном направлении.
.
Отсюда:
. (3.17)
По уравнению (3.17) производится определение для машин с навесным, полунавесным и прицепным рабочим оборудованием.
При наличии опрокидывающего момента в поперечной вертикальной плоскости возникает смещение ц.д. в поперечном направлении, т.е. . Для роторного каналоочистителя, изображенногонарис. 3.4, расчетная схема для определения приведена на рис. 3.7. Уравнение для определения получают так же, как и уравнение (3.17). В окончательном виде получаем:
. (3.18)
Рис. 3.7. Схема к определению величины смещения реакции грунта в поперечном направлении.
После этого определяют среднее давление на грунт . Для гусеничных машин:
, (3.19)
где - ширина гусеницы; - длина опорной поверхности, гусеницы (см. рис. 3.1). Находят минимальное и максимальное давлениенагрунт
, (3.20)
. (3.21)
Для машины с несимметричной нагрузкой расчет давлений ведут для наиболее нагруженной гусеницы. Применительно к рис. 3.7 наиболее нагруженной гусеницей является правая. Реакцию под правой гусеницей определяют следующим образом:
. (3.22)
Для правой гусеницы
и определяют по уравнениям (3.20), (3.21). Затем производят оценку конструкции ходового аппарата базового тягача с точки зрения обеспечения проходимости. При работена неосушенных торфяниках с дерновым покровом должны соблюдаться условия:
кПа, (3.23)
[2], (3.24)
на осушенных торфяниках
кПа, (3.25)
[2], (3.26)
на минеральных грунтах
кПа, (3.27)
[1, 2], (3.28)
При несоблюдении условий (3.23), (3.25), (3'27) необходимо предусматривать мероприятия по увеличению опорной поверхности. Допускается увеличивать длину опорной поверхности до 3 м, а ширину - до 1,2 м [1]. Проектируются мероприятия по смещению центра масс машины путем ее перекомплектовки или установки контргруза (противовеса).