Проектирование каналокопателя

4 Тяговый расчет проектируемой машины.

 

4.1 Определение суммарного тягового сопротивления.

 

Вычерчиваем схему рабочего оборудования (рис. 4.1), на которой обозначаются силы тяжести G_р.о частей оборудования, силы взаимодействия грунта с рабочим органом F_н, F_к, F_п, нормальные реакции грунта на поверхность опорного устройства R_о, силы сопротивления передвижению опорного устройства по поверхности грунта при рабочем перемещении машины в гору с уклоном 10º.             Масштаб -  1:55

 

                              

 

 

Рис. 4.1. Схема к определению реакций в шарнире сцепки машины

с полунавесным рабочим органом.

 

l ₁=м, l ₂=0,9 м, l ₃=0,5 м, l ₄=1 м, l ₅=2,7 м, l ₆=1,7 м, l ₇=1,2 м, l ₈=0,35м.

На первой стадии рабочее оборудование рассматривается отдельно от базовой  машины, а поскольку в точках крепления  рабочего оборудования к базовой  машине во время ее движения всегда возникают усилия, то их также обозначают на схеме F_х и F_у  и направляют по осям координат в произвольном направлении. Кроме того, на схеме указывается расстояние от линии действия сил до начала координат и, при необходимости, углы направления действия сил.

Сила  тяжести трактора рассчитывается по формуле: 

                         G_т = m_т·g, Н.                                            (4.1)

G_т = 16100·9,81=157941 H.

 

 

 

 

Сила тяжести рабочего органа:

                                    G_р.о= m_р.о·g, Н.                                        (4.2)

G_р.о = 4025·9,81=39485 Н.

Из условия S М_o = 0 получаем уравнение:

R_o l₅ + F_o l₆ + F_н cos j cos λ l₂ + F_г cos λ l₇ + F_н sin j cos λ l₃+ F_г cos λ l₈ + F_п  l₆ + F_к cos j cos λ l₃ + F_в cos λ l₈+G_p.o sin a ( l₆ – l₄) – G_p.o cos a l₁ – F_к sin j cos λ l₂–      -F_вcos λ l₇= 0.                                                                                                         (4.20)

Учитывая, что F_o = R_o f_o, получаем уравнение для расчета R_о

R_о = [G_p.o cos a l₁ + F_к sin j cos λ l₂+ F_вcos λ l₇ – F_н cos j cos λ l₂ – F_г cos λ l₇- F_н sin j cos λ l₃ – F_г cos λ l₈ - F_п  l₆ – F_к cos j cos λ l₃ – F_в cos λ l₈- G_p.o sin a ( l₆ – l₄)]/ ( l₅ + f_о l₆ ).

R_о = [39485 ·cos 10˚· 1,8 + 5260· sin 120˚· cos 45˚· 0,9+5· cos 45˚· 1.2 –2104· cos 120˚· cos 45˚× 0,9 –25,4· cos 45˚× 1,2- 2104·sin 120˚· cos 45С  0,5 –25,4 · cos 45˚×  ×0,35-470·  1,7 – 5260· cos 120˚· cos 45˚· 0,5 –5cos 45˚· 0,35- 39485sin 10˚·( 1,7 –      -1)]/ /( 2,7 + 0,7 ·1,7 ) = 17955 Н.

Рассчитав R_о, находим F_о:

F_o = R_o · f_o =17955·0,7=12569 Н.

 Спроектировав все силы на ось Х, получим:

F_х = G_p.о sin a + F_o + F_п + F_н sin j cos λ+ F_г cos λ+ F_к cos j cos λ+                             +F_в cos λ, Н.                                                                                                            (4.21)

F_х = 39485· sin 10˚ + 12569 + 470 + 2104· sin 120 cos 45˚·25,4 · cos 45˚+ 5260× ×cos 120˚· cos 45˚+5· cos 45˚· = 19088Н.

Аналогично находим:

F_у = F_к sin j cos λ +F_в· cos λ ˚+ G_p.o cos a – R_о – F_н сos j cos λ-                                 -F_г cos λм, Н.                                                                                                           (4.22)

F_у = 5260· sin 120˚ cos 45˚+5· cos 45˚ + 39485· cos 10˚ – 17955 – 2104сos 120˚× ×cos 45˚-25,4· cos 45˚= 26537 Н.

После расчета значений сил F_x, F_y и определения направления их действия переходим к рассмотрению базовой машины (рис. 4.2), где G_т – силы тяжести машины, R_г – нормальная реакция грунта на движитель, F_s – сила сопротивления передвижению, F_т – необходимая сила тяги, которая равна искомой силе F_c. В точке соединения рабочего оборудования прилагаются силы F_х, F_y, но направление их противоположно тому.

Проектируя все силы, действующие  на базовую машину, на ось Y и решая это уравнение относительно R_г, получим следующее уравнение:

R_г = G_т cos a + F_y, Н.                                                     (4.3)

R_г = 157941· cos 10 + 26537= 182079 Н.

Проектируя силы на ось Х, получаем:

F_т – F_x – G_т sin a – F_s = 0.                               (4.4)

Учитывая, что F_s = f_o R_г = f_o(G_т cos a + F_y), и решая уравнение относительно F_т, получаем:

F_т = F_x + f_o (G_т cos a +  F_y) + G_т sin a, Н.                   (4.5)

Подставив численные значения в уравнение (4.5), получим значение F_т, которое численно равно F_с.

F_т = 19088 + 0,1 (157941· cos 10 + 26537) + 157941· sin 10= 64722 Н.

 

 

Рис. 4.2. Схема к тяговому расчету машин

с полунавесным рабочим оборудованием.

 

4.2 Определение общей мощности двигателя.

 

Для машины с активным рабочим органом  уравнение расчета необходимой  мощности P_дв двигателя (уравнение баланса мощности) можно записать следующим образом:

Р_дв = Р_р.о^дв + Р_п^дв + Р_д^дв, Вт.                                   (4.6)

где Р_р.о^дв – мощность на привод рабочего органа, приведенная к валу двигателя;

      Р_п^дв – мощность на передвижение машины, приведенная к валу двигателя;

      Р_д^дв – мощность на привод дополнительных устройств (электрогенератора, пневмокомпрессора, гидронасоса системы управления и др.), приведенная к валу двигателя.

Мощность Р_р.о рассчитывается для каждого типа рабочего органа по существующим методикам. Мощность на передвижение, приведенная к валу двигателя, определяется по формуле:

 Р_п^дв = F_с v_п /h_х h_б h_тр, Вт.                                        (4.7)

Р_п^дв = 64722· 0,028 /0,8· 0,96· 0,9 = 2622 Вт.                         

где F_с – суммарное тяговое сопротивление;

      v_п – скорость рабочего передвижения машины;

      h_х – к.п.д. механизмов ходовой части базовой машины. Для гусеничных машин  h_х = 0,7...0,9;

h_б – к.п.д., учитывающий потери мощности при частичном буксовании. При полной нагрузке можно принимать для гусеничных тракторов h_б = 0,95...0,98;

h_тр – к.п.д. трансмиссии привода движителя, h_тр = 0,88...0,93.

Р_д^дв = (0,05...0,07) (Р_р.о^дв + Р_п^дв), Вт.                              (4.8)

Р_д^дв = 0,051· (75620 + 2622) = 4000 Вт.

Общая мощность двигателя:

Р_дв = 75620 + 2622 + 4000 = 82240 Вт.

Принимаем двигатель Д-160Б мощностью  Р= 107 кВт.

Для обеспечения работы машины  без буксования должно соблюдаться  условие

F_сц > F_c £ k_pежF_ном,                                        (4.9)

91040 > 64722 £ 0,8·90000,

Условие соблюдается – машина работает без буксования.

F_сц = j_сц R_г k_д,                                          (4.10)

F_сц = 0,5 ·182079· 1= 91040 Н,

где F_сц – сила тяги по сцеплению;

            k_pеж – коэффициент режима работы. При работе с постоянной нагрузкой

           k_pеж= 0,8 для гусеничных;

                  F_ном – номинальная сила тяги базовой машины на соответствующей скорости;

j_сц – коэффициент сцепления движителя с грунтом j_сц =0,15…0,9. [5];

R_г – нормальная составляющая суммарной реакции грунта на ведущую часть движителя базовой машины;

k_д – коэффициент динамичности k_д = 1. [5].