Автогрейдер ДЗ-122 с дополнительным оборудованием для профилировки откосов (стр. 3 из 7)
Силы тяги правого и левого задних колёс могут быть выражены через вертикальные реакции
X2п = Z2п Θmax = 22,2. 0,85= 18,9 кН
X2л = Z2л Θmax = 35,2 . 0,85 = 29,9 кН
Зная X2п и X2л:
Рy= Y2п + Y2л - Gsinλ + Y1 = 14,5 + 14,5 – 105,3sin16° + 137.6 = 137,6кН
Далее необходимо найти усилия, действующие в т. О4 – шаровом шарнире тяговой рамы, служащем опорой для правой части основной рамы. Левой частью основная рама двумя точками, соответствующими точкам О’2 и О’’2, опирается на задний мост, а средней частью – на систему подвески тяговой рамы.
Считая детали подвески тяговой рамы расположенными в одной плоскости Q (рис.4), можно рассматривать пересечение этой плоскости с основной рамой как место заделки последней, являющееся опасным расчётным сечением. Для упрощения расчёта принимают, что тяги подвески находятся в вертикальной плоскости Q’, хотя в действительности плоскость Q, в которой они расположены, наклонена к вертикали под небольшим углом ά. Принятое допущение несколько увеличит получаемые значения усилий Z4, Y4, X4 действующих на шаровой шарнир и , следовательно, приведёт к увеличению запаса надёжности.
Из уравнений моментов, составленных относительно осей y’ и z’, лежащих в плоскости Q’, проходящей через точку О4 и перпендикулярной к оси О’4 О4, находим усилия Z4 и Y4
Рис.4 Схема сил, действующих на шаровой шарнир тяговой рамы в первом расчётном положении
Усилие Х4 находим из уравнения ∑X = 0, откуда Х4 = Р4 = 92,6 кН.
Определив все силовые факторы основной рамы в первом расчетном положении, можно посчитать возникающие в ней напряжения.
На рис.5 показана схема нагружения основной рамы в первом расчетном положении. Пользуясь этой схемой, определяем изгибающие моменты, действующие в опасном сечении I-I.
Рис.5 Схема нагружения основной рамы в первом расчетном положении
Слева от сечения I-I (со стороны моста):
Справа от сечения I-I (со стороны переднего моста):
Необходимо выбрать поперечное сечение и определить его геометрические характеристики – моменты сопротивления и площадь поперечного сечения (Рис.6).
Также следует выбрать материал и наити допускаемое напряжение. Допускаемое напряжение равно отношению предельного напряжения к коэффициенту запаса, равному 1,1…1,5
Выбираем нестандартный профиль бруса с размерами поперечного сечения b1=160мм, b2=180мм, h1=200мм, h2=240мм.
Площадь и моменты инерции прямоугольного поперечного сечения определяют:
Рис.6 Поперечное сечение
Полярный момент инерции прямоугольного сечения вычисляем:
где ά1 и ά2 – коэффициенты, зависящие от отношения сторон прямоугольного сечения.
Выбираю материал – сталь 40Х с σ = 650МПа и рассчитываю допускаемое напряжение:
[σ] = σпр/К3, [σ] = 650/1,2 = 541,7 МПа
Зная геометрические размеры сечения и его форму, можно посчитать возникающие в нём максимальные напряжения σ:
где σсум – суммарное напряжение от изгиба и растяжения-сжатия
τ – напряжение от кручения
где Мив, Миг – суммарные изгибающие моменты в вертикальной и горизонтальной плоскостях, Р – сжимающее усилие, кН
Мкр – суммарный крутящий момент, действующий на расчётное положение
Wy, Wz, Wp, F – моменты сопротивления сечения изгибу и кручению и площадь этого сечения
Возникающие в опасном сечении I-I основной рамы напряжения от воздействия на него силовых факторов, действующих слева и справа от сечения, подсчитывают раздельно и принимают в расчёт наибольшее.
Для сечения I-I (со стороны заднего моста):
Тогда максимальное напряжение для сечения I-I со стороны заднего моста:
Для сечения I-I (со стороны переднего моста):
Тогда максимальное напряжение для сечения I-I со стороны переднего моста:
Максимальные напряжения со стороны переднего моста, и со стороны заднего моста превышают допускаемое напряжение,
Для выполнения условий прочности увеличивают толщину стенки поперечного сечения или меняют материал на более прочный и в результате при b1=160мм, b2=210мм, h1=200мм, h2=250мм получаем площадь и моменты инерции прямоугольного поперечного сечения:
Полярный момент инерции прямоугольного сечения вычисляем:
Для сечения I-I (со стороны заднего моста):
Тогда максимальное напряжение для сечения I-I со стороны заднего моста:
Для сечения I-I (со стороны переднего моста):
Тогда максимальное напряжение для сечения I-I со стороны переднего моста:
Условие выполняется, значит выбранное сечение удовлетворяет условиям прочности и может быть использовано в рабочем оборудовании.
Второе расчётное положение. Во втором расчётном положении на автогрейдер действуют случайные нагрузки, возникающие при встрече его с непреодолимым препятствием. Наиболее неблагоприятные условия при этом складываются, когда наезд на препятствие происходит краем выдвинутого в сторону отвала при движении автогрейдера по горизонтальной поверхности на максимальной рабочей скорости с малым пробуксовыванием ведущих колёс, что имеет место при работах по разравниванию и перемещению грунта.
При внезапной встрече конца отвала с жёстким препятствием происходит их соударение, что приводит к возникновению дополнительной динамической нагрузки на основную раму.
При расчёте на прочность рабочего оборудования принимают, что масса и жесткость препятствия во много раз превышает массу и жёсткость автогрейдера. Тогда дополнительную динамическую нагрузку на автогрейдер определяют только массой и жёсткостью последнего, а также скоростью столкновения и подсчитывают:
где v – скорость автогрейдера в момент встречи с препятствием
Gсц – вес автогрейдера с оборудованием, Gсц = 82468 Н
g – ускорение свободного падения
С – суммарная жёсткость автогрейдера
здесь С1 = 120кНм – жесткость металлоконструкции автогрейдера, зависящая от величины сцепного веса
Нотв = 0,62м – высота отвала
Lотв = 3,72м – длина отвала
С2 = 2Сш = 2 . 45 = 90кН/м – суммарная жёсткость передних колёс
На рис.7 показана схема сил, действующих на автогрейдер во втором расчётном положении. В центре тяжести сосредотачиваются сила веса автогрейдера и дополнительная динамическая нагрузка. В точке О контакта отвала с препятствием действуют усилия Рх и Ру, а Рz = 0, так как резание грунта не производится. В условных точках О2 и О3 действуют боковые усилия Y2 и Y1