Расчет привода механизма управления отвалом

Исходными данными при проектировании гидравлического привода являются максимальное усилие, развиваемое цилин­дром, , ход поршня , номинальное рабочее давление жидкости в системе р

Ход поршня принимаем в соответствии с полученными геометрическими параметрами бульдозерного оборудования с учетом приложения 6.

Если базовая машина не имеет встроенного гидропривода, который может быть использован для управления бульдозером, номинальное рабочее давление рекомендуется выбирать рав­ным 10, 16, 25, 32 МПа.

После определения исходных расчетных данных проектиро­вание гидравлического привода производят в следующем по­рядке. Разрабатывают принципиальную схему гидропривода, в которой указываются число насосов, распределителей, распо­ложение предохранительных клапанов, бака, фильтров и других элементов системы. Здесь же устанавливаются длина трубопроводов, разность уровней, а также количество гидроцилиндров.

Количество исполнительных цилиндров принимается исходя из общей компоновки бульдозера с учетом действующих на ци­линдр усилий и возможностей унификации конструктивных эле­ментов.

Внутренний диаметр гидроцилиндра (мм) вычисляется в зависимости от значений максимального действующего усилия (Н) и рас­четного давления жидкости в системе (МПа).

При выдви­жении штока

При втягивании штока диаметром (мм)

С учетом гидравлических потерь от насоса до цилиндра для предварительных расчетов можно принимать

Полученное значение диаметра округляется до рекомендуемых размеров. ОСТ 22—1417—79 приложения 4, 6.

Подача насоса должна обеспечивать требуемую скорость перемещения штока. При этом потери жидкости за счет утечек принимаются в пределах 3...8 % от расхода жидкости, необхо­димого для работы п гидроцилиндров одновременно.

Тогда

Скорости движения поршня относительно корпуса цилиндра по ОСТ 22—1417—79 рекомендуется выбирать в пределах 0,3...0,5 м/с.

По значениям подачи и принятого номинального давле­ния р определяются тип и количество насосов, устанавливаемых на машине, или проверяется соответствие встроенного насоса базового тягача гидросистеме. В случае несоответствия частоты вращения вала отбора мощности базового тягача номинальной частоте вращения выбранного насоса рассчитываются параметры промежуточного редуктора или мультипликатора.

Внутренний диаметр трубопроводов выбирается таким, чтобы обеспечивалась средняя скорость жидкости 3...5 м/с в нагнетательном трубопроводе и до 1,5 м/с во всасывающем. Полученный расчетом внутренний диаметр округляется до рекомендуемого ближайшего большего. Рекомендуемые значения внутреннего диаметра трубопроводов в миллиметрах следующие: 2, 3, 4, б, 8, 10, 13, 15, 20, 25, 32.

Расчет навесного оборудования

Расчет рамы

Для расчета рамы, отвала и других деталей необходимо определить наиболее опасные условия нагружения (рис.7). Таким положением является встреча бульдозера с препятствием, когда па отвал действуют одновременно статические и динамические силы Р_ст и Р_дин . При этом гидравлические цилиндры управ­ления отвалом заперты и система не позволяет его выглублять. Для расчета принимается, что:

1) встреча с препятствием происхо­дит в средней точке нижней кромки отвала;

2) сила Р_ст имеет максимально возможную величину:

,

где G_б – сила тяжести бульдозера;

— оптимальный коэффициент использования веса базовой машины с обо­рудованием по сцеплению, соответствующий допустимому буксованию

движителей. Для гусеничных промышленных тракторов 0,90.

Рисунок 7. Схемы и эпюры для расчета навесного оборудования бульдозера с неповоротным отвалом:

а - расчетная схема, б — схема основной системы, в — эпюра изгибающих моментов М_изг от силы Р'_рас; г — эпюра изгибающих моментов от силы Х₁ при Х₁ = 1; д — эпюра изгибающих моментов от силы X₂ при Х₂ =1; е — эпюра изгибающих моментов стати­чески неопределенной системы, ж — эпюра продольных сил в статически неопределенной системе.

Расчетная нагрузка Р_рас

где V_{o -} номинальная теоретическая скорость на расчетной передаче;

m – масса бульдозера

Динамическое усилие

;

где – приведенная жесткость кН/м ;

C₁ - жесткость препятствия принимается по экспериментальным данным :

массив мерзлго грунта ……………………………………….. 2500 кН/м;

сосновая свая диаметром 700 мм ……………………………. 9300 кН/м;

кирпичный столб шириной 650 мм ………………………… 18200 кН/м;

гранитный массив шириной 500 мм ………………………… 130000 кН/м

десь — для нашего случая равно 18200 кГ/см;

- жесткость металлоконструкции навесного оборудования бульдозера;

– коэффициент жесткости навесного оборудования на 1 кГ массы трактора равен 0,9 – 1,0 кН/м·кг;

- масса базовой машины в кГ

Рама неповоротного отвала (рис.7) представляет собой конструкцию, на которую действуют силы в различных плоско­стях.

Канд. техн. 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 плоскорости (рис. 7,а) и рамной в горизонтальной плоскости (рис.7,б).

Рама в горизонтальной плоскости является трижды стати­чески неопределенной системой.

На нее действует сила (рис.7.б)

,

где l—угол между горизонталью и осью гидроцилиндра.

Кроме того, на систему действуют моменты (рис. 7, а)

и

Схема основной системы, получаемой после удаления лиш­них связей и замены их неизвестными усилиями, представлена на рис.7,в. Так как система и нагрузки симметричны, то для ее раскрытия необходимо решить систему канонических уравнений с двумя неизвестными.

Канонические уравнения имеют следующий общий вид:

}

где Х₁ и Х₂ — неизвестные усилия, определяемые при реше­нии приведенной системы уравнений;

и — перемещения по направлению этих неизвестных от самих неизвестных, равных по величине единице;

и — перемещения по направлению одного лишнего неизвестного от действия второго единичной величины;

и — перемещения по направлению соответственно первого и второго неизвестного от нагрузки.

Для определения этих перемещений находим реакции в опо­рах в основной системе от действия внешних нагрузок и от вве­денных нами неизвестных Х₁ и Х₂, равных единице. Реакции от внешних нагрузок

; ; ;

; ;

Реакции от сил Х₁ = 1

; ; ;

; ; .

Реакцииот сил Х₂ = 1

; .

Величины изгибающих моментов от внешних нагрузок и от сил Х₁ и Х₂ в различных элементах конструкции будут:

от внешней нагрузки

; ;

от сил Х₁ = 1

; ;

от сил Х₂ = 1

;

Эпюры этих изгибающих моментов показаны на рис. 7, в, г, д, е. Величины перемещений могут быть определены методом Верещагина.

После подстановки полученных значений перемещений в канонические уравнения получим величины неизвестных сил X₁ и Х₂ . Умножив эти величины на ординаты эпюр, полученных от действия сил Х₁ и Х₂ , принятых равными единице, и сложив эти ординаты с ординатами эпюр, полученных от .действия сил , получим эпюру изгибающих моментов статически неопределенной системы (рис. 7, з).

Чтобы найти величину фактических реакций (с учетом действительных значений Х₁ и Х₂ , умножим ранее полученные значения реакции опор от действия сил Х₁ = 1 и Х₂ =1 на значе­ния Х₁ и Х₂ и найденные величины этих реакций, сложим со значениями реакций опор, полученных от силы . Получаем фактическую реакцию статически неопределенной системы; например, и так далее.

По полученным величинам действительных реакций могут быть построены эпюры поперечных сил (рис. 7, ж).

Для того чтобы определить усилия в отдельных элементах конструкций, рассмотрим равновесие отвала, прикладывая к нему все внешние нагрузки, действующие в вертикальной плоскости, и определим при этом реакции в толкающих балках и подкосах.

На отвал в вертикальной плоскости действуют следующие силы (рис.8):

1) вертикальная составляющая Р_z , принимаемая обычно рав­ной Р_п или Р_о2 и определяемая по формуле ;

2) вертикальная составляющая от усилия гидроцилиндра ;

3) моменты М₁ и М₂, определяемы по формуле и

Рисунок 8. Схема сил, действующих. на отвал в вертикальной плоскости

Для определения усилий R_m и R_n (рис.8) от действия силовых факторов в вертикальной плоскости напишем уравнения моментов относительно точек :

;

;

На подкосы действует только продольная сила R_n , следовательно, подкосы следует рассчитывать только на растяжение или сжатие.

Пример 1. Расчет рамы бульдозера, смонтированного на тракторе С-100.

Расчет приведен из где жесткость дана в кГ/см.

Сила тяжести трактора с навесным оборудованием G_б =13530 кГ=135 кН. Коэффициент сцепления = 0,9. Ско­рость на 1 передаче 2,36 км/ч. . Сила тяжести трактора G_Т =12000 кГ=120кН.

Расчет ведем для случая, когда бульдозер встречает на пути кирпичный столб шириной b = 65 см и площадью поперечного сечения F=3900 см². Удар серединой отвала происходит на вы­соте 15 см от заделки столба. Принимаем, что Рz = 0

Статическое усилие

=13530×0,9 12180 кГ = 121800 H.

Динамическое усилие

;

;

Жесткость препятствия принимается по экспериментальным данным здесь C₁ — для нашего случая равно 18 150 кГ/см;

; кГ/см;

кГ/см;

кГ = 20700 кГ = 207000 Н.

Таким образом, горизонтальное усилие

Р_расч = 12 180 + 20 700 == 32 880 кГ == 328 800 Н.

Определяем усилия в шарнирах крепления рамы в вертикальной плоскости (рис.7 а и 8).

Усилие в гидроцилиндрах определяется из отношения (сумма моментов относительно точек А, В)

Вертикальные реакции в шарнирах А и В равны, так как Р_расч приложена в середине отвала и усилие S_Г также расположено симметрично относительно этих шарниров:

где: =36°.

В горизонтальной плоскости (см. рис. 7, б - ж) горизонтальные реакции в шарнирах А и В равны

;

Определим реакции опор от внешней нагрузки в основной системе

; ;

.

Определим реакции опор от сил Х₁ = 1

åМ_С = 0; ;

От сил Х₂ реакции опор .

Определим в основной системе изгибающие моменты от внешней нагрузки и неизвестных сил Х₁ , Х_{2 :}

от внешней нагрузки

;

от единичных моментов Х₁

;

;

от единичных сил Х₂

;

Чтобы определить неизвестные Х₁ и Х₂ найдем величины перемещений:

;

;

;

Момент инерции толкающих брусьев, изготовленных из угол­ков № 15,равен

Для определения величины перемещений необходимо знать момент инерции отвала относительно главных осей. Как по­казали экспериментальные исследования, проведенные ВНИИ-Стройдормашем, в работе отвала участвует только его нижняя часть высотой порядка 0,3Н (или высоты нижней балки). Момент инерции нижней части отвала , подсчитанный для этого типа бульдозеров, равен = 13 382 см⁴ = 1,3382 м⁴.

Следовательно, отношение .

Вычисляем перемещения

;

;

;

;

Вычисляем силы Х₁ и Х₂:

; ;

;

Теперь, умножив все ординаты эпюр. от единичных сил на величины Х₁ и Х₂ и сложив эти ординаты с соответствующими ординатами эпюры М_изг от силы в основной системе, по­лучим, эпюру изгибающих моментов в статически неопределенной системе.

Вычисленные реакции опор от сил Х₁=1,и Х₂=1 также умно­жим на полученные значения Х₁ и Х₂; геометрически складывая их с реакциями опор от сил , 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 :

= 32 780 × 0,2 = 6550 кГм = 65 500 Нм;

Сила, действующая вдоль толкающих брусьев:

Сила, действующая вдоль подкоса:

Расчет отвала

Поскольку нагрузку на отвал воспринимает только нижняя часть отвала, рассчитывать на действующие нагрузки весь отвал нельзя, так как расчетные напряжения будут значительно ниже действительных.

На сечение отвала действуют изгибающий момент М_изг нормальная сила N и поперечная сила Q. Кроме того, на сечение отвала действует система сил и моментов в вертикальной плоскости. Напряжения определяются в середине пролета отвала, где действует максимальный изгибающий момент. Для этого изгибающий момент раскладывают на два составляющих момента:

, направленный вдоль оси х_о и , на­правленный вдоль оси у_о.

По этим же осям раскладываются поперечные силы

;

.

Пример 2. Расчет отвала.

Определяем моменты инерции сечения отвала. Координаты центра тяжести

Координаты центра тяжести сечения

= 20,07 см = 0,2017 м;

= 22,91 см = 0,2291 м.

Рисунок 9. Сечение отвала буль­дозера

Таблица 1

Таблица 2

Обозначение элемента на рис. 9				Координаты ц.т.
			35,0	17,7
			34,0	7,5	—8			—2040
				—2,4	5,6			—1032
				—12	—9,5
			—	—	—

Определяем моменты инерции сечения относительно осей х и у.

После подсчета имеем

см⁴;

см⁴;

см⁴.

Угол наклона главных осей

;

.

Максимальный и минимальный главные моменты инерции

см⁴;

см⁴.

Нормальные напряжения могут быть определены по следующей зависимости:

где х и у — координаты точки сечения, в котором находятся напряжения относительно осей х_о и у_о.

Напряжение в ц. т. элемента № 4 сечения

кН/м² =1171 кГ/см²<

Напряжение в ц. т. сечения элемента № 1: ;

=11,5 + 900 + 910 = 1822 кГ/см² = 182200 кН/м² >

Приближенно толщина лобового листа может принимать­ся в зависимости от тягового усилия бульдозера из приложения 1.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: