Проектирование траншеекопателя роторного навесного

Определенные таким  образом силы не учитывают силы тяжести грунта. Более точно окружную силу можно определить по формуле

F_окр = Р_р/v_р ,                                               (4.17)

F_окр = 27,6/1,5 = 18,4 кН.

Точкой приложения этой силы будет точка приложения силы F_t^сум. Нормальная составляющая от F_окр определяется по формуле, аналогичной формуле (4.11).

Определим силу F_д сопротивления отвала, подчищающего дно траншеи

F_д=к_з·k₁·b·е_д, (4.18)

где к_з – коэффициент, учитывающий зашумление подчистного устройства (принимаем к_з - 1,1);

k₁ – коэффициент удельного сопротивления копания грунта, k₁=30кПа;

е_д- толщина снимаемого слоя грунта, принимаем равной е_д=0,04м

F_д=1,1·30·0,5·0,04=0,66кН=660Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. ТЯГОВЫЕ РАСЧЕТЫ

 

При тяговых и статических  расчетах требуется использовать массу или силу тяжести машины в целом или ее частей, а также положение центра тяжести. Сила тяжести может быть определена после расчетов параметров рабочего оборудования и сравнения расчетных параметров рабочего оборудования с параметрами рабочего оборудования серийных машин. При отсутствии сведений о массе рабочего оборудования ориентировочно эксплуатационную массу машины m_э в кг можно определить по следующей эмпирической зависимости:

для роторного траншеекопателя

m_э = (35...50) П_т ,                                               (5.1)

m_э = (35...50)

200 = 7000..10000 кг.

Так как масса трактора ТТ-4 равна m_т=18300 кг, на основании таблицы 1.1 масса экскаватора ЭТР – 134 равна 25800 кг, то примем массу экскаватора 22700 кг. Массу рабочего оборудования

 

m_р.о.= 22700

18300 = 4400 кг

 

Положение центра тяжести  базовой машины принимаем согласно техническому описанию.

 

 

5.1. Определение суммарного тягового сопротивления при навесной схеме агрегатирования

 

Вычерчивается схема  машины (рисунк 4.2) с навесным оборудованием, находящимся в рабочем положении. На схеме указываются силы F_к, F_н, F_п, действующие на рабочее оборудование, силы тяжести G_т базовой машины и рабочего оборудования G_р, сила сопротивления передвижению базовой машины F_s, необходимая сила тяги F_т, нормальная реакция грунта на движитель R_г, необходимые углы a и b.

Проектируя все силы на ось Y и решая полученное уравнение относительно R_г, получают выражение для определения R_г. Схема представлена в приложении Д.Для приведенной схемы это выражение имеет следующий вид:

R_г = G_т ·cos ·a + G_p ·cos ·a + F_окр ·sin ·b – F_н ·cos ·b, (5.2)

Вес рабочего оборудования G_ро

G_р.о= m_р.о ∙ g, (5.3)

G_р.о= 4400∙9,81=43164 Н = 43,1 кН.

Рисунок 5.1 — Схема к тяговому расчету.

 

R_г = 179523·cos10+43164·cos10+18400·sin71 –

–6440·cos71=255297Н=255,3кН.

Берем сумму проекций всех сил на ось Х

– F_s – G_т·sin a – G_p·sin a + F_т – F_п – F_н·sin b – F_окр cos·b = 0,                         (5.4)

Здесь F_s = R_г f_o ( R_г – определяется по уравнению (4.20). Примем f_о=0,15 [3]. Тогда из уравнения (4.22) можно определить F_т, которое численно равно искомой F_c

 

F_т = f_o [(G_т + G_p) cos a + F_окр cos b – F_н sin b] +

+ (G_т + G_p) sin a + F_п + F_н cos b + F_к sin b, (5.5)

F_т = 0,15 [(179,5 + 43,1) cos 10 + 18,4 cos 71 – 6,4 sin 71] +

+ (179,5+ 43,1) sin 10 + 0,66 + 6,4 cos 71 + 18,4 sin 71=91,66кН.

После выполнения расчетов мощности двигателя и предварительного подбора базовой машины или при  заданной базовой машине переходим  к выяснению вопроса о том, способна ли она обеспечить тяговое усилие по условиям сцепления движителя с грунтом. Для обеспечения работы машины  без буксования должно соблюдаться условие

 

F_сц > F_c ,                                                (5.6)

 

F_сц = j_сц R_г k_д,                                                  (5.7)

 

F_сц = 0,75 ∙ 255,3 ∙ 1,4 = 268,06 кН.

 

268,06 кН > 91,66 кН.

 

где F_сц – сила тяги по сцеплению;

  j_сц – коэффициент сцепления движителя с грунтом. Принимаем j_сц = 0,75

       (табл. 6 [3]);

R_г – нормальная составляющая суммарной реакции грунта на ведущую

        часть движителя базовой машины;

 k_д – коэффициент динамичности. Для машин,  способных использовать

 силу  инерции машины для преодоления рабочих сопротивлений,

k_д=1,3...1,5 [3], для прочих k_д = 1,4.

Условие соблюдаться  – машина способна обеспечить тяговое усилие по условиям сцепления движителя с грунтом.

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

, кВт                                 (5.8)

Где мощность на привод рабочего органа, приведенная к валу двигателя;

 мощность на передвижение  машины, приведенная к валу двигателя;

 мощность на привод дополнительных  устройств, приведенная к валу двигателя.

Мощность на передвижение, приведенная к валу двигателя, определяется по формуле:

, кВт                               (5.9)

Где суммарное тяговое сопротивление;

 скорость рабочего передвижения машины;

 к.п.д. механизмов ходовой  части базовой машины. Для гусеничных  машин . Принимаем

 к.п.д., учитывающий потери мощности  при частичном буксовании. При  полной нагрузке можно принимать  для гусеничных тракторов Принимаем равным 0,96;

 к.п.д. трансмиссии привода  движителя,  Принимаем равным 0,9.

, кВт

 

, кВт                        (5.10)

, кВт

Принимаем

кВт.

Тогда

  кВт.

Полученные расчеты  подтверждают достаточность мощности двигателя (81˃44,3).

 

 

5.2. Тяговые расчеты при транспортном передвижении

 

5.2.1. Движение по горизонтальному участку пути

 

В этом случае обычно определяется возможная максимальная транспортная скорость передвижения v_max при принятых дорожных условиях, т. е. при известном f_о.

Для мелиоративной машины с навесным рабочим оборудованием  расчетная схема изображена на рисунок 4.3. На схеме показаны силы, учитываемые при расчете. Для этого случая

R_г = G_т + G_p,                                            (5.11)

R_г = 179523 + 43164 = 222687 Н=222,68 кН.

F_т = F_s = f_o R_г = f_o (G_т + G_р),                               (5.12)

F_т = F_s = 0,15

222687 =22268,7 Н = 22,3 кН.

v_max = (P_дв – P_доп^дв)η_тр η_х / F_т,                               (5.13)

P_доп^дв=(0,05…0,07)· P ^дв = (0,05…0,07)·81=4,05…5,67 кН.

Принимаем P_доп^дв = 5 кН.

v_max = (81 – 5)

0,9 0,9 / 22,3 = 2,7 м/с = 9,8 км/ч.                        

где h_тр – к.п.д. трансмиссии, передающей мощность от вала двигателя тягача до движителя, принимаем h_тр=0,9 [6];

h_х – к.п.д. ходового устройства (движителя), принимаем h_х=0,9[6].

Пользуясь выражением (8.54), можно определить максимальную транспортную скорость передвижения мелиоративной машины на горизонтальном участке пути. По этому же выражению определяется v_max и для мелиоративных машин с полунавесным или прицепным рабочим оборудованием. Отличие состоит в определении F_т. Расчет полунавесной машины производится так же, как и для навесной схемы агрегатирования с использованием формул (8.43...8.45). В том случае, когда после перевода рабочего оборудования в транспортное положение оно опирается на землю и базовую машину (полуприцепная схема), для определения F_т необходимо рассчитать F_x и F_y, которые определяются по уравнениям, аналогичным уравнениям (8.31...8.35), при составлении которых учитывается, что a = 0, а рабочий орган находится в транспортном (поднятом) положении.

 

Рисунок 5.2 — Схема сил, действующих на машину при транспортном

передвижении по горизонтальному участку пути.

Рассчитанное значение v_max сопоставляется с максимальной транспортной скоростью v_т, указанной в технической характеристике базовой машины. Должно выполняться условие

v_т £ v_max,                                          (5.14)

9,8 км/ч £ 9,8 км/ч – условие соблюдается.   

Скорость трактора ТТ-4, по технической характеристике, составляет 9,8 км/ч, т.е. трактор с помещенным на него оборудованием не испытывает перегрузки при транспортном передвижении.

 

 

 

 

5.2.2. Движение в гору

 

При данном расчетном  положении определяется максимальный угол подъема a, который может преодолеть проектируемая машина на первой транспортной передаче v_т при принятых дорожных условиях, т. е. при известных f_o и j_сц.

 Для пояснения методики  расчета мелиоративной машины  с навесным рабочим оборудованием используем рисунок 5.3.

 

 

Рисунок 5.3 — Схема к определению максимального угла подъема.

Из рисунка 5.3 следует, что

R_г = (G_т + G_p.о) cos a,                                      (5.15)

Сопротивление передвижению

F_s = R_г f_o = f_o (G_т + G_p) cos a,                             (5.16)

Проектируя силы на ось Х, получим уравнение для выражения F_т

F_т = (G_т + G_p) sin a  + f_o (G_т + G_p) cos a =

                                   = (G_т + G_p)(sin a + f_o cos a),                                      (5.17)

В уравнении (5.14) два неизвестных – F_т и a. Для того чтобы машина преодолела подъем с углом a на скорости v_т, двигатель должен иметь мощность Р_дв, позволяющую получить на движителе силу тяги F_т, т.е.

 F_т = (P_дв – P_доп^дв)η_тр η_х η_б /v_т,                          (5.18)

где  v_т – минимальная скорость движения машины, v_т=0,71 м/с.  

Приравняв правые части уравнений (5.15) и (5.16), получим уравнение, решив которое относительно a, определим искомый максимальный угол подъема из условия полной загрузки двигателя

(G_т + G_p) (sin a + f_o cos a) = (P_дв – P_доп^дв)η_тр η_х η_б / v_т ,            (5.19)

(179,5 + 43,1)

(sin a + 0,15 cos a) = (81 – 5) 0,9 ∙ 0,9 ∙ 0,96 /0,71

sin a = (– 0,15

cos a + 76 0,9 ∙ 0,9 ∙ 0,96)/(0,71 222,68)

sin a = (-0,15

cos a + 59,09)/158,1

sin a = -0,0009cos a + 0,37

 

= -0,0009cos a + 0,37

  a = arcos x = 21,1.

 

Угол a, найденный из условия развиваемой мощности двигателя, необходимо проверить по условиям сцепления (проверка на отсутствие сползания).

Угол a по сцеплению находится по следующей формуле :

a = arctg (j_cц – f_o),                                               (5.20)

a = arctg

(0,9 – 0,15) = 36,87^о.

Искомым углом a является меньшее из двух полученных значений – a = =21,1^о. Условие соблюдается.

 

6 СТАТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

 

6.1 Определение коэффициентов запаса устойчивости

в вертикальных плоскостях

 

При расчете коэффициента запаса устойчивости в продольной вертикальной плоскости считается, что опрокидывание возможно относительно оси А–А или Б–Б. Положение расчетных осей зависит от конструкции ходовой части базовой машины.

В поперечной плоскости  осью опрокидывания для гусеничных машин принято считать прямую, проходящую вдоль внешнего края опорных  катков наиболее нагруженной гусеницы, в местах касания катков беговой дорожки. Однако мелиоративные машины движутся обычно по легкодеформируемым грунтам, поэтому допускается считать линией опрокидывания прямую, проходящую по краю гусеницы.

Рассмотрим расчет коэффициентов  запаса устойчивости в  вертикальной плоскости для машин с навесным рабочим органом. Расчетная схема машины (траншеекопателя) приведена на рисунок 6.

 

Рисунок 6.1 — Схема к статическому расчету в продольной вертикальной плоскости. Приложение Д.

Относительно линии А–А опасности опрокидывания нет, так как опрокидывающий момент дает только сила F_н, остальные силы препятствуют опрокидыванию относительно линии А–А.

Для линии Б

k_у^б = М_в^б/М_опр^б, (6.1)

М_в^б = G_т l_GT+ F_окр l₄ сos b + F_н l₄ sin b + F_н l₃ cos b, (6.2) 

М_в^б =179,5·3,2+18,4·0,8· сos71+6,4· 0,8· sin 71 + 6,4·0,5· cos 71=585,07кН.

М_опр^б = G_p ·l_G + F_окр ·sin b· l₃,   (6.3)

М_опр^б = 43,1 ·2,3 + 18,4· sin 71 ·0,5=107,82 кН.