Способы перемещения лесных грузов. Определение усилия, необходимого для перемещения груза.

С помощью подъемно-транспортного оборудования груз мо­жет перемещаться тремя способами. При первом из них груз лежит на подвижной опоре — рабочем органе (рис. 3.1, а, б) или висит под ней (рис. 3.1, в). Давление от груза на непод­вижную опору при этом передается рабочим органом. И груз и рабочий орган имеют общие условия перемещения и одинако­вый коэффициент сопротивления движению. В этом случае уси­лие, необходимое для перемещения груза, передается ему по поверхности соприкосновения груза с рабочим органом посред­ством силы трения (см. рис. 3.1, а). Если это условие не обес­печивается, то на рабочем органе делают выступы, через кото­рые полностью или частично усилие передается грузу (см. рис. 3.1, б).

Рис. 3.1. Схемы перемещения груза

При втором способе перемещения (рис. 3.1, г, д) рабочий ор­ган и груз независимо один от другого находятся на разных или на одной и той же неподвижной опоре. В этом случае рабочий орган перемещает груз перед собой, т. е. толкает его (см. рис. 3.1, г) или тянет за собой (см. рис. 3.1, д). Коэффициенты сопротивления движению для груза и рабочего органа при этом отличаются друг от друга.

Третий способ характеризуется тем, что один конец груза лежит на рабочем органе, а другой — на неподвижной опоре (рис. 3.1, е). Применение подвижных опор усложняет транс­портное устройство и увеличивает его массу, но дает возмож­ность значительно уменьшать сопротивление движению. По­этому перемещение груза с применением подвижной опоры имеет широкое распространение.

При первом способе перемещения груз и рабочий орган имеют одинаковые по величине и направлению скорости движения, при двух других способах скорости их движения по ве­личине и направлению могут не совпадать (рис. 3.2, а).

Рис. 3.2. Расчетные схемы

Лесные грузы имеют большую длину по сравнению с их по­перечными размерами, поэтому различают продольное и попе­речное перемещение. Это влияет на способ захвата груза и ве­личину тягового усилия, необходимого для его перемещения. По величине этого усилия находят размеры рабочего и тяго­вого органов, а также необходимую мощность двигателя подъ­емно-транспортной машины. . Тяговое усилие, приложенное к грузу в процессе движения, зависит от веса груза и сопротивления окружающей среды, к которой относятся воздух и поддерживающие груз опоры. Так как движение лесных грузов происходит, как правило, при небольшой скорости, то сопротивление воздуха весьма мало и при расчетах не учитывается. Сопротивление поддерживающих опор, наоборот, оказывает основное влияние на величину тяго­вого усилия. Это сопротивление представляет собой силу тре­ния, которая возникает между грузом (или подвижной опорой) и опорой, по которой перемещается груз.

Таким образом, величина сопротивления движению (тяговое усилие) зависит от типа опор и способов перемещения груза. Несмотря на различие в способах перемещения груза, к ним применим один общий метод определения тягового усилия, за­ключающийся в том, что рабочий орган, приводящий груз в дви­жение, рассматривается как подвижная опора, а тяговое уси­лие, приложенное к нему, как реакция этой опоры.

Поперечное перемещение груза.Рассмотрим общий случай поперечного перемещения груза (рис. 3.2, б), когда подвижная опора (рабочий орган) посредством опорной поверхности п—п перемещает груз по неподвижной опоре а—а, расположенной под углом а к горизонту.

Движение рабочего органа происходит по прямой т—т под углом . Нормаль опорной поверхности рабочего органа «—'/г составляет с прямой т—т угол у. В процессе движения к грузу приложены следующие силы: сила тяжести груза Q = mg, где т — масса груза, g — ускорение свободного падения, реакции опор в точках А и В — Nа и N_b, силы трения в этих точках Fa = Na и F_b = N_b , где и — коэффициенты трения груза по неподвижной опоре а—а и по

опорной поверхности п—п ра­бочего органа. Кроме того, при неравномерном движении в со­ответствии с принципом Деламбера к центру тяжести груза в направлении обратном движению действует сила инерции Pi = ma, где а — ускорение движения груза.

Реакция подвижной опоры (рабочего органа) N_b является по существу тяговым усилием, необходимым для перемещения груза, а реакция N_a — усилием, по которому рассчитывается не­подвижная опора а—а. При движении груза вверх по опоре а—а сила трения F_a действует в точке А в обратном направ­лении. При >а (см. рис. 3.2, б) подвижная опора п—п сколь­зит по грузу и поднимается по нему вверх, причем точка каса­ния В перемещается по подвижной опоре вниз, а сила трения Fb будет направлена вверх.

Из условия равновесия сил, приложенных к грузу, сумма их проекций на ось х—х, параллельную неподвижной опоре а—а, при щ>а представлена уравнением

N_bcos[( —( + )]—F_a + Qsin -P_i—F_bsin[ —( + )]=0

А на ось у—у уравнением

N_a + N_bsin[ - ( + )]-Qcos + F_bcos[( —( + )]= 0.

Решая эти уравнения относительно реакций опор N_a и N_b, получим

N_b = Q__________________________________________________

(1 + ) cos [ - ( + )] + ( - ) sin [ - ( + )] (3.5)

(3.6)

Формулы (3.5) и (3.6) применимы для всех случаев поперечного перемещения лесных грузов, когда требу­ется определить тяговое усилие, приложенное к центру тяжести груза, или реакции его опор. В частности, они применимы для всех схем перемещения груза, показанных на рис. 3.1, с уче­том условий его перемещения.

Продольное перемещение груза.В продольном направлении лесные грузы перемещают волоком, в полупогружеином (полу­подвесном) положении, а также на ходовых опорах в погру­женном положении. При перемещении груза волоком он пол­ностью лежит на неподвижной опоре (рис. 3.3, а, положение /) и тяговое усилие T = , необходимое для его перемещения, в зависимости от схемы перемещения определяется по (3.7) или (3.15).

Если груз перемещается в полуподвесном положении (рис. 3.3, а, положение //), то тяговое усилие Т, необходимое для пе­ремещения груза, направлено под углом к горизонтали и при­ложено в точке В к концу груза имеющего длину /. Другой ко­нец груза С перемещается по неподвижной опоре а—а. Про­дольная ось груза составляет с опорой угол В точках В и С приложены составляющие Q и Q_c силы тяжести груза Q.

При движении по наклонной опоре а—а в точке С вдоль оси груза будет действовать тяговое усилие Т_с, необходимое для преодоления сопротивления движению составляющей силы тя­жести Q_c. Для определения этого усилия T_c = , тогда

(3.26)

Рис. 3.3. Схемы продольного перемещения груз;

Тяговое усилие Т, необходимое для перемещения груза, представляет собой реакцию равнодействующей R сил и Ть, приложенных в точке В (рис. 3.3, б), причем усилие Т_b = Т_С, но направлено в противоположную сторону.

По рис. 3.3, б, = 90°- ( ). Тогда

(3.30)

Необходимо отметить, что переход от перемещения груза волоком (см. рис. 3.3, а) к перемещению его в полуподвешен­ном положении возможен при условии T_y или

(3.37)

При продольном перемещении груза в полупогруженном по­ложении, когда передний его конец лежит на ходовой опоре (рис. 3.3, в) усилие Т_с, необходимое для перемещения части груза Q_c по неподвижной опоре, определяется по (3.26).

Тяговое усилие Т, необходимое для перемещения всего груза Q, направленное вдоль его оси, составит

(3.38)