Мелиоративные машины - каналокопатели

kуб= 73,7 ·1,28/(9,6 · 1,16+ 30,1 · 0,4) = 4 кН · м

 

5.2 Расчет проходимости

 

Из условия равновесия машины относительно одной из расчетных осей опрокидывания (Б – Б) находим хд. При этом используем ранее определенные Мвб, Мопрб.

Для схемы, приведенной на рисунке 5.2, условие равновесия имеет вид:

 

Мопрб – Мвб + Rг· (L/2 –  хд) = 0;                                    (5.2)

 

Отсюда:

 

хд = (Мопрб– Мвб + Rг·L/2) / Rг;                                               (5.3)

 

хд = (23,2 – 94,3 + 81,6 ·2,56/2) / 81,6 = 0,4 м.

 

 

Рисунок 5.2 –Схема к определению величины смещения

реакции грунта в продольном направлении.

 

После этого определяем среднее давление на грунт рср. Для гусеничных машин выражение имеет следующий вид:

 

рср = Rг /2·b·L, кПа;                                                         (5.4)

 

где b – ширина гусеницы, принимаем b = 0,67м [9];

L –длина опорной поверхности гусеницы, принимаем L = 2,56 м [9].

 

рср = 81,6/2 · 0,67 · 2,56 = 24 кПа.

Находим минимальное рmin и максимальное рmax давления на грунт:

 

pmin= рср· (1 – 6хд/L), кПа;                                              (5.5)

pmin= 24 ·(1 – 6· 0,4/2,56) = 1,7 кПа,

 

рmax= рср·(1 + 6хд/L), кПа;                                                 (5.6)

 

рmax= 24 ·(1 + 6· 0,4/2,56) = 46,3 кПа.

 

После определения рmin и рmax строим линеаризованную эпюру давлений гусениц на грунт. Положительные значения давлений откладываются вниз от прямой, соответствующей поверхности стояния машины. Отрезок АБ на эпюре соответствует длине опорной поверхности гусениц. Затем производим оценку конструкции ходового аппарата базового тягача с точки зрения обеспечения проходимости.

 

При работе на осушенных торфяниках:

[pcp] £25…30 кПа,                                             (5.7)

 

24 £ 25…30 кПа – условие соблюдается.

 

Рисунок 5.3 – Эпюра давления гусениц на грунт.

 

 

 

 

 

 

5.3 Определение коэффициента  запаса устойчивости

при переводе рабочего органа в транспортное положение

 

 Для расчета выполняется  в масштабе эскиз проектируемой  или модернизируемой машины (рисунок  5.4), по которому определяют плечи действия сил тяжести базовой машины и рабочего оборудования.

 

Рисунок 5.4 – Схема к расчету коэффициента запаса устойчивости при переводе рабочего  органа в транспортное положение

Для приведенных в качестве примера схем расположения рабочих органов коэффициент запаса устойчивости определяется по следующей формуле[3]:

 

kу= Mвб/Mопрб = Gт l1 /Gр.о l2;                               (5.12)

 

              kу=73,7∙1,16/15,7∙1,6=4.

 

 

 

 

 

 

 

5.4 Статические расчеты при транспортном перемещении машины

 

При задней навеске рабочего оборудования рассматривается машина в момент ее разгона при движении на подъем. В этом расчетном положении учитываются сила давления ветра Fв, силы инерции Fи, возникающие при разгоне машины, и силы тяжести Gт и Gр.о. Расчетная схема приведена на рисунок 5.4.

 

Рисунок 5.4 –Схема сил, действующих на машину

при транспортном передвижении.

 

Как видно из рисунка 5.4, увеличение a ведет к уменьшению Мв и к увеличению Мопр. Угол a, при котором Мопр = Мв, называется критическим углом. Для безопасной работы машины необходимо соблюдение условия[3]:

 

Мв = kуМопр.                                                  (5.8)

 

Угол, при котором соблюдается условие (6.8), называется максимальным безопасным углом aб или предельным углом уклона. Из уравнения (5.8) находят aб, приняв kу = 1,3. Для схемы, приведенной на  рисунке 5.5, уравнение (5.8) после подстановки выражений Мвб и Мопрб имеет вид:

 

         Gт∙cosa∙l1=1,3∙(Fит∙h1+Fир.о∙h2+Gтsina∙h1+Gp.оcosa∙l2+Gp.оsina∙h2+Fв∙H/2);  (5.9)                                                                                                                             

Уравнение (5.9) необходимо решить относительно a, что и даст искомый максимально допустимый угол aб. С этой целью приведем уравнение (5.9) к следующему виду:

 

сosa∙(Gт∙l1– 1,3∙Gp.о∙l2) = 1,3∙sina∙(Gт∙h1+Gp.о∙h2)+1,3∙(Fит∙h1+Fир.о∙h2+Fв∙Н/2);

                                                                                                                           (5.10)

 

сosa∙(73,7∙1,28–1,3∙15,7∙1,8) = 1,3∙sina∙(73,7∙1,15+15,7∙0,82)+1,3∙(3,6 ∙1,15 + 0,7∙ 0,82 + 0,9∙ 2,33/2),

                                             57,9∙сosa = 1,3∙sina∙97,6 +7,5.

Выполним математические действия:

 

126,9∙sina = 57,9∙сosa – 7,5;                                 (5.11)

 

Заменив sina на получим:

 

;                           (5.12)

 

Разделим обе части уравнения на 126,9, получаем:

 

;                             (5.13)

 

Выполним преобразование:

 

1– cos2a = 0,21 ·cos2a + 0,18 ·cosa – 0,04;                            (5.14)

 

Выполнив действия, получим квадратное уравнение:

 

–0,21·cos2a – 0,18·cosa + 0,96 = 0;                                      (5.15)

 

Упростим данное уравнение:

 

0,21∙cos2+0,18·cosa -0,96 = 0;                               (5.16)

 

Находим дискриминант:

 

Д = b2 – 4ас = 0,182 – 4 ·0,21 · (-0,96) = 0,83,                 (5.17)

 

Получаем два корня уравнения:

 

х1 = –b+ /2 · а = -0,18+ /2 · 0,21 = 1,98,              (5.18)

 

х2 = – b – /2 · а = -0,18 – /2 · 0,21 = – 2,34.            (5.19)

 

Решив уравнение, принимаем x = 1,98 за действительное решение.

 

a = аrccos 1,98 = 31,7;                                   (5.20)

 

Значение Fи определяется по формуле:

 

Fи = G∙vт /g∙tр,кН;                                           (5.21)

 

Fит = 73,7∙1,67/9,81∙ 3,5 = 3,6 кН,

 

Fир.о = 15,7∙1,67/9,81∙ 3,5 = 0,7 кН.

 

где  G – сила тяжести рассматриваемого агрегата;

vт– транспортная скорость, до которой разгоняется машина, обычно принимаемая равной транспортной скорости на высшей передаче;

tр – время разгона машины до транспортной скорости. Для гусеничных машин tр = 3...4 с.

 

Значение Fв определяется по формуле:

 

Fв = рв∙Ав,кН;                                              (5.22)

 

где рв – давление ветра, рв = 0,25 кПа [3];

Ав – подветренная площадь.

 

Fв = 0,25∙3,65 = 0,9 кН.

 

Упрощенно можно считать для рассматриваемой схемы:

 

Ав = В∙Н∙kсп, м2 ;                                                                             (5.23)

 

Ав =2,24 ∙ 2,33 ∙0,7= 3,65 м2.

 

где В и Н – соответственно габариты машины по ширине и высоте;

 kсп – коэффициент сплошности, учитывающий площадь, находящуюся под давлением ветра. Для машин kсп= 0,6…0,8, для решетчатых конструкций – 0,4…0,6.

Для расчета безопасного угла косогора, т.е. расчета в поперечной плоскости изобразим расчетную схему, которая приведена на рисунке 5.5.

Рисунок 5.5– Схема к определению максимального безопасного угла

косогора. 

 

Для этого положения сила давления ветра определяется по формуле:

 

Fв = рв ∙В∙Н∙kсп, кН;                                                     (5.24)

 

Fв = 0,25∙ 2,24 ∙ 2,33 ∙ 0,7 = 0,9 кН.

 

Значение Fи определяется по формуле:

 

Fи = m∙vт2/g∙rп,кН;                                               (5.25)

 

где m – масса тягача, а также рабочего органа;

   rп – радиус поворота.

 

Fит=7,51∙ 1,672/9,81∙2,4 = 8,9 кН,

 

Fир.о =1,6∙ 1,672/9,81∙2,4 = 1,9 кН.

 

 

Радиус поворота рекомендуется определять по зависимости:

 

rп = (1,4…1,7)∙ (В – b);                                         (5.26)

 

rп = (1,4…1,7)∙ (2,24 – 0,67) = 2,19…2,66 м,

 

      где В – ширина тягача по гусеницам, В = 2,24 м,

Принимаем rп = 2,4 м.

 

Применительно к схеме, изображенной на рисунке 5.5, уравнение для расчета моментов имеют вид:

 

МвБ = (Gт + Gр.о)∙cosβ ∙ В/2;                                 (5.27)

 

МопрБ = Gт∙sinβ∙h1+Gp.о∙sinβ∙h2+Fит∙h1+Fир.о∙h2 + Fв∙ Н/2;

 

      (Gт+ Gр.о)∙cosβ∙ В/2 = 1,3∙(Gт∙sinβ∙h1 +Gp.о∙sinβ∙ h2 +Fит∙h1 +Fир.о∙ h2 + Fв∙ Н/2).

 

Подставив численные значения, получим:

 

      (73,7 + 15,7)∙cosβ∙ 2,24/2 = 1,3∙(73,7∙sinβ∙ 1,15+15,7∙sinβ∙ 0,82+8,9∙ 1,15+1,9∙ 0,82 + 0,9∙ 2,33/2).

 

Выполним вычисления и получим:

 

91,2∙cosβ = 97,6∙sinβ + 16,7;                               (5.28)

 

Заменив sinaна получим:

 

.                                (5.29)

 

Выполним преобразование:

 

1– sin2β =1,14 ·sin2β + 0,43sinβ + 0,04;                         (5.30)

 

Выполнив действия, получим квадратное уравнение:

 

–2,14 ·sin2β – 0,43·sinβ + 0,96 = 0;                           (5.31)

 

Упростим данное уравнение:

 

sin2β + 0,2 ·sinβ - 0,4 = 0;                               (5.32)

 

Находим дискриминант:

 

Д = b2 – 4ас = 0,22 – 4 · 1· (-0,4) = 1,64;                      (5.33)

Получаем два корня уравнения:

 

х1 = –b+ /2 · а = – 0,2 + /2 · 1 = 0,44,              (5.34)

 

х2 = – b – /2 · а = – 0,2 – /2 · 1 = –0,84.             (5.35)

 

Решив уравнение, принимаем x = 0,44 за действительное решение.

 

Определяем допустимый угол косогора:

 

β = аrcsin0,44 = 26,1˚.                                         (5.36)

 

Таким образом, допустимый угол косогора составляет 26,1˚ при ограничении скорости 11,52 км/ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 РАСЧЕТ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА

 

Для подбора гидроцилиндра необходимо определить силу, действующую на шток гидроцилиндра. Для схемы приведённой на рисунке 6.1 имеем:

 

   ;                                            (6.1)

Отсюда

; 

 

 

 

Рисунок 7.1 – Схема к определению силы, действующей на шток

гидроцилиндра.

 

После определения усилия на штоке гидроцилиндра переходим к определению диаметра гидроцилиндра:

 ;                                (6.2)

 

где Рц – давление в гидросистеме, Рц = 16 МПа;

кц – коэффициент, кц = 0,5...0,7 [6]; 

hмц – механический к.п.д. цилиндра.hмц = 0,95...0,98 [6];

Рсл – давление в сливной магистрали. Рсл = 0,2...0,3 МПа[6].

 

 м,

 

Принимаем из стандартного ряда гидроцилиндр ЦГ80.400. (Dц = 80 мм, lшт = = 400 мм)[7].

 

Определим расход масла при работе гидроцилиндра:

 

,                                         (6.3)

 

где dш – диаметр штока гидроцилиндра. dш = 0,04м[7];

vш – скорость движения штока. vш = 0,3 м/с [6].

 

 м3/с.

 

Для обеспечения рассчитанной подачи подходит насос НШ71В-3 с подачей 121,8 литр/мин и напором 16 МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЕТЫ

 

7.1 Выполним прочностной расчёт ножа

 

Исходя из схемы 7.1 видно, что нож уперся в препятствие силы Fт, а cила Fn не учитывается.

 

Рисунок 7.1 – Схема к проведению прочностного расчёта режущего элемента

 

Условие прочности

 

σиз = М /W ≤ [σиз];                                      (7.1)

 

где М – момент действующий на нож;

 W – момент сопротивления изгибу;

[σиз] – предел прочности при изгибе.

 

Определим напряжение изгиба, возникающее в рассматриваемом элементе

 

;                                                   (7.2)

 

Нож изготовляем из Ст 5; [σиз] = 176 МПа [5].

 

Отсюда имеем

 

δ =

= 9,4 мм.

 

где Fτ – касательная сила. Согласно уравнению 4.15 Fτ = 4,2 кН для двух фрез, для одной фрезы Fτ = 2,7 · 40% = 1,68 кН.

Длина ножа определяется следующим образом

 

lн = l · соs32°,                                                (7.3)

 

где  l – определяем замеряя на чертеже ту длину ножа, которая копает грунт. Замерив эту длину, получаем lн = 75 мм.