Горизонтальна і вертикальна складові супротиву копанню

3.2.1. Горизонтальна і вертикальна складові супротиву копанню

Перепишемо формули 3.1.1. і 3.1.2., вважаючи в них, оскільки задні колеса скрепера вивішені.

З першого і другого рівняння маємо:

Підставляємо одержане рівняння в третє:

G_CK(X₂+X) - E_b(X₁+X) - T(y+h)+(G_T+G_CK)•f(y+h) - Eb•f(y+h)=0

Вирішуємо одержане рівняння щодо Е_b:

,

Е₂=Т-(G_T+G_CK-E_b)f=80-(76+136,55-139) •0,1=72,6 кН.

3.2.2 Становлячі реакції, діючі, з боку скрепера на трактор, одержимо з 3.1.3, вважаючи R₃=0

X_L=E₂=72,6 кН;

Y_L=G_CK-E_b=136,55-139=-2,45 кН.

3.2.3 Сумарне зусилля на гідроциліндрах приводу ковша і вертикальна і горизонтальна складова сумарної реакції на упряжні шарніри визначаються по формулах 3.1.4, вважаючи, що в них R₃=0

S=[-G_K(X₅-X₄) - E_b(X_y-X₁)+E₂•Y_o]/H₆=[-133,04•(3516-4264) - 139•(4264-3028)+72,6•567]/2329=-35,7 кН;

Y_E=G_K-Eb-Scosб0=113,04-139-(-35,7) •cos(-5,69°)=9,56 кН;

X_E=E₂-Ssinб0=73,6-(-35,7) sin(-5,69°)=69 кН.

Розрахунки зусиль в решті вузлів виробляються по формулах 3.1.5…3.1.10.

3.2.4 Становлячі реакції на одному упряжному шарнірі, паралельні і перпендикулярні осі тяги тягової рами

N_E=(X_Ecosδ₁+Y_Esinδ₁) /2=(69•cos8,25°-9,56•sin8,25°) /2=0,22 кН;

Q_E=(X_Esinδ₁+Y_Ecosδ₁) /2=(69•sin8,25°-9,56•cos8,25°) /2=0,22 кН.

3.2.5 Результуюча реакція на упряжному шарнірі

.

3.2.6 Реакції в підп'ятниках кріплення арки-хобота з ССУ

Р₈=[G’_CK(X₈+X₆) - E₂•H₂-E_b(X₈+X₁)]/H₁=

=[129,42•(-88+3399) - 72,6•2424-139(-88+3028)]/456=-342,4 кН;

Р₇=E₂cosβ₀+(E_b-G’_CK)sinβ₀-P₈=

=72,6cos(-3,39°)+(139-129,42)sin(-3,39°) - (-342,4)=414,3 кН;

Р₆=(G’_CK-E_b)cosβ₀+E₂sinβ₀=(129,42-139)cos(-3,39°)+72,6sin(-3,39°)=-13,84 кН.

3.2.7 Зусилля в тязі ССУ

.

3.2.8 Зусилля в підп'ятниках гребеня

S₅=[P₆C₆-P₇(C₁-H₁) - P₈C₁]/C₄=

=[-13,84•160-414,3•(1250-456) - (-342,4) •1250]/507=190,99 кН;

S₄=P₆-S₅=-13,84-190,99=-204,83 кН;

S₃=P₇+P₈=414,3-342,4=71,9 кН.

3.2.9 Реакції на передній і задній мости трактора

R₁=[G_T•1830+Y_LX-X_LY]/2860=[76•1830+72,6•440-(-2,45)∙188]/2860=59,95 кН;

R2=G_T+Y_L-R₁=76+72,6-59,95=88,65 кН.

3.3 Третє розрахункове положення

 

Скрепер переміщається рівномірно по горизонтальній поверхні, ківш наповнений з шапкою, відбувається виглубління ножа, гідроциліндр приводу ковша розвиває максимальне зусилля, трактор – максимальну силу тяги.

3.3.1 Максимальне сумарне зусилля на гідроциліндрах приводу ковша при його заглибленні

S=p•2•(π/4) •(D₄-d₂)=140•2•(3,14/4)•(104-52)=16,5 кН,

Де D=10 см, d=5 см – діаметри поршня і штока гідроциліндра.

3.3.2 Запишемо умову, при якому сумарне зусилля на гідроциліндрах приводу ковша повністю реалізується на преодоління опорів заглибленню ножа, для чого перепишемо перший вираз з 3.1.4

∑М[E]=R₃(x₃-x₄)-E_b(x+x1) - E₂•y₀+R₃•f•y₀-S•H₆+G_K(x₄-x₅)=0.

Звідки

;

Прирівнявши праві частини останніх виразів, знаходимо:

E_b•K₀=E₂•K₁+K₂.

де

Звідки

E_b=K₃•E₂+E_y=0,2818•E2+72,6;

K₃=K₁/K₀=0,5296;

К₄=К₂/К₀=-36,9/1,879=-19,64.

3.3.3 Горизонтальна складова опору копанню

З 3.1.1 маємо E₂=T-f(G_T+G_CK)+f•E_b.

Підставляємо останній вираз в 3.3.2:

E₂=T-f(G_T+G_CK)+f(K₃•E₂-K₄).

Вирішуємо одержане рівняння щодо Е2:

3.3.4 Вертикальну складову опору копанню визначаємо по останній формулі 3.3.2

E_b=K₃E₂+K₄=0,2818•58,4+(-19,64)=38,76 кН.

3.3.5 Реакцію на задні колеса скрепера визначаємо по формулі 3.1.2

3.3.6 Горизонтальну і вертикальну складові сумарних реакцій, що доводяться, на два упряжні шарніри визначаємо, по формулах 3.1.4

X_E=E₂+R₃f-Ssinб0=58,4+62,2•0,1-16,5sin(-5,69°)=66,2 кН;

Y_E=G_K-E_b-R₃-Scosб0=113,04-38,76-62,2-16,5cos(-5,69°)=-4 кН.

3.3.7 Становлячі реакції на одному упряжному шарнірі, паралельні і перпендикулярні осі тяги тягової рами

N_E=(X_Ecosб₁+Y_Esinб₁) /2=(66,2cos8,25°-4sin8,25°) /2=32,5 кН;

Q_E=(X_Esinб₁-Y_Ecosб₁) /2=(66,2sin8,25°+4cos8,25°) /26,7 кН.

3.3.8 Результуюча реакція на упряжному шарнірі

3.3.9 Реакції в підп'ятниках кріплення арки-хобота з ССУ

P₈=[G’_CK(X₈+X₆) - R₃(X₈+X₃) - fR₃H₂-E₂H₂-E_b(X₈+X₁)]/H₁=[129,42•(-88+3399) -

-62,2•(-88+3399) - 0,1•62,2•2424-58,4•2424-38,76•(-88+3028)]/456=-348,8 кН;

P₇=(E2+R3f)cosβ0+(Eb+R3-GCK)sinβ0-P8=(58,4+62,2•0,1) cos(-3,39°)+

+(38,76+62,2-129,42)sin(-3,39°)-(-348,8)=415 кН;

P₆=(G’_CK-E_b-R₃) cosβ0+(E₂+R₃f) sinв0=(129,42-38,76-62,2) cos(-3,39°)+

+(58,4+62,2•0,1)sin(-3,39°)=24,6 кН.

3.3.10 Становлячі реакції, діючі з боку скрепера на трактор

X_L=E₂+R₃f=58,4+62,2•0,1=64,62 кН;

Y_L=G_CK-E_b-R₃=136,55-38,76-33,59 кН.

3.3.11 Зусилля в тязі ССУ

3.3.12 Зусилля в підп'ятниках гребеня

S₅=(P₆∙C₃-P₇(C₁-H₁) - P₈C₁) /C₄=(24,6•160-415(1250-456) - (-348,8) •1250) /507=217 кН;

S₄=P₆-S₅=4,2-217=-212,8 кН;

S₃=P₇+P₈=415+(-348,8)=66,2 кН.

3.3.13 Реакци на предній і задній мости трактора

R₁=(G_T∙1830+y_Lx-x_Ly) /2860=(76∙1830+35,59∙440-64,62∙188) /2860=49,85 кН;

R₂=G_T+y_L-R₁=76+35,59-49,85=61,74 кН.

 

3.4 Четверте розрахункове положення

Транспортний режим, прямолінійний рух навантаженого скрепера. Скрепер рухається по горизонтальній поверхні, ківш наповнений з шапкою, коефіцієнт динаміки, одержаний за наслідками випробувань в НДІ Стройдормаш КД=2.

3.4.1 Реакція на задні колеса скрепера

де х=654 мм; у=312 мм; h=0; x2=3202 мм, на Рис. 3.10.

Слід зазначити, що ці розміри не співпадають з їх значеннями, визначеними для режиму копання.

3.4.2 Потрібне тягове зусилля трактора необхідне для руху агрегату в транспортному режимі

Т=fR3=0,1•180,5=18,05 кН.

3.4.3 Відповідні реакції, діючі з боку скрепера на трактор

XL=R3f=180,5•0,1=18,05 кН;

YL=KgGCK-R3=2•136,55-180,5=92,6 кН.

3.4.4 Сумарне зусилля на гідроциліндрах приводу ковша

S=(R3(x3-x4)+R₃fy₀-G_K(x5-x4)Kg) /H6;

де х4=4243 мм, х5=3479 мм, у0=744 мм, Н6=2295 мм.

Розміри, вказані на рис.3.4, описані в 3.1.4.

S=(180,5•(4243-3479)+180,5•0,1•744-113,04•(3479-4243)•2)/2295=141,2 кН.

3.4.5 Горизонтальна і вертикальна складові сумарних реакцій, що доводяться на два упряжні шарніри

XE=R3•f-S•sinб0;

YE=K3•GK•R3-S•cosб0,

де α₀=0 - кут, позначений на Рис. 3.4.

звідки

XE=180.5*0,1=18.05кН;

YE=2*113,04-180,5-141,2.

3.4.6. Становлячі реакції на одному упряжному шарнірі, пералельниє і перпендикулярні осі тягової рами.

NE=(X3 cosα1+ YEsinб1) /2=18.5cos120+(-95.6) sin120)/2=1.11 kH;

QE=(X3 sinα1+ YEcosб1) /2=18.5sin120+(-95.6) cos120)/2=48.6 kH,

де α1=12 – кут нахилу осі тягової рами і горизонталі.

3.4.7. Результуюча реакція на упряжному шарнірі.

3.4.8. Реакція в підп'ятниках кріплення арки-хобота в ССУ.

Де X8=33мм, X3=3362 мм, H2=2354 мм

Розміри вказані на Рис. 3.5., пояснення до них дане в 3.1.7.

P7=R3•f•cosв0+(R3-KgGCK)sinβ0-P8=180.5*0.1*cos(-0.080)+(180.5-2*129.42)sin(-0.080) - (216.5) =234.66 kH;

P6=(KgGCK-R3) cosβ0+R3•f•sinβ0=(2*129.42-180.5) cos(-0.080) +180.5*0.1*sin(-0.080)=78.3 kH;

де cosβ0=0,080 – кут, показаний на рис 3.5., і поясненний в 3.1.7.

3.4.9. Зусилля в тязі ССУ.

Де β1=15,350, β2=40,080-σγλϋ указаниє на Рис. 3.6. і пояснення в 3.1.8.

3.4.10. Зусилля в підп'ятниках гребеня.

S4=P6-S5=78,3-191=-112.3 кН

S3=P7-S8=234,66+(-216,5)=18,16 кН

3.4.11. Реакції на передній і задній мості трактори.

Результати розрахунку по всіх розрахункових положеннях заносимо в таблицю 3.1.

Таблиця 3.1.

Зусилля, kH	Розрахункові положення
	1	2	3	4
E2	62,36	72,6	58,4	0
Eb	36,17	139	38,76	0
R3	63,6	0	62,2	180,5
XL	68,72	72,6	64,62	18,05
YL	36,78	-2,45	35,59	92,6
S	43,83	-35,7	16,5	141,2
XE	73	9,56	66,22	18,05
YE	-30,3	69	-4	-95,6
NE	67,9	34,8	32,5	-1,11
QE	40,46	0,22	6,7	48,6
RE	79	34,8	33,2	48,61
P8	-369,5	-342,4	-348,8	-216,5
P7	440,4	414,3	415	234,66
P6	25,54	-13,84	24,6	78,3
S1	85,9	40,64	81,4	87,7
S2	-79,2	-4,43	-74,6	-50
S3	70,2	71,9	66,2	18,16
S4	-203,46	-204,83	-212,8	-112,3
S5	229	190,99	217	191
R1	49,77	59,95	49,85	67,8
R2	63,01	88,65	61,74	76,8

4. Розрахунок металоконструкції арки-хобота скрепера ДЗ-87

 

4.1 Визначення основних геометричних характеристик перетинів арки-хобота

 

Виробимо розрахунок нормальних напруг для п'яти перетинів арки-хобота, вказаних на рис.4.1 для чого спочатку визначимо геометричні характеристики цих перетинів.

Оскільки перетини арки-хобота є симетричними і складені з прямокутників, по формулі для визначення геометричних характеристик мають вигляд.

4.1.1 Площа перетину

де n – кількість прямокутників, що становлять перетин;

bi, hi – відповідно довжина і висота прямокутника, що має і–тий номер, см.

4.1.2 Приймаємо Декартову систему координат – таким чином, що вісь Z проходить через вісь симетрії перетину, а вісь У через нижній пояс арки-хобота. Тоді координати центру тяжкості перетину розраховуються по формулах\

де Zi – амплітуда центру тяжкості і - того прямокутника щодо вибраної системи координат, см.

4.1.3 Осьові моменти інерції перетину

4.1.4 Моменти опору вигину на нижньому і верхньому поясах арки-хобота

де Z₁, Z₂ – відповідно растоянія від центру тяжкості перетину до нижнього і верхнього поясів, см.

4.1.5 Момент опору вигину перетину щодо осі симметрі

W_Z=2•y_z/b_max,

де b_max – максимальний габаритний розмір перетину по горизонталі.

4.1.6 Радіус нейтрального шару в криволінійних ділянках арки-хобота розраховується по формулі:

де F – площа перетину, см²;

R_1i, R_2i – відповідно радіуси верхнього і нижнього шару i – того прямокутника перетину

R_1i=R_min+ri+0,5h_i;

R_2i=R_min+ri-0,5h_i.

4.1.7 Статичний момент перетину щодо нейтрального шару

S=F(R₀-R), см³,

де R₀=R_min-Z₀ – радіус шаруючи, на якому знаходиться центр тяжкості.

4.1.8 При рассчете на міцність кривих брусів необхідно знати величину:

,

де ρ=R_min – для нижнього поясу;

ρ=R_max – для верхнього поясу.

На малюнках 4.2 показані перетини, для яких слід визначити геометричні характеристики. Перетин ІІІ-ІІІ не показано, оскільки воно таке ж, що і перетин ІІ-ІІ. На полицях виносних ліній вказані номери прямокутників, що становлять перетин, а в таблиці 4.1 представлені значення bi, Hi, Zi, yi залежно від номера прямокутника для вищезгаданих перетинів.