Раздел_5. 5. определение нагрузок на оси и колеса машин общие положения
 Скачать 0.82 Mb.
|
|
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА ОСИ И КОЛЕСА МАШИН 5.1. Общие положения На колеса (катки) тяговой машины при ее движении действуют нормальные и касательные силы. Знание величин этих сил позволяет проводить анализ устойчивости и управляемости, а также тяговых и сцепных качеств машин и др. Решение прочностных задач деталей ходовой части машин требует определения суммарных реакций грунта на опорный аппарат. При определении нагрузок вводят ряд допущений, не влияющих принципиально на общую модель движения машины. Считают, что скорость движения машины мала (  ) и движение установившееся, т. е.  .В курсовом проекте подлежат определению следующие величины и параметры колесных машин: 1. Статические нагрузки на оси незагруженной и груженой машины на горизонтальном участке пути (  ).2. Нагрузка на оси колесных машин при движении с грузом на руководящем подъеме с заданной скоростью. З. Углы продольной и поперечной устойчивости, угол сползания для машин с грузом. 4. Анализ устойчивости машины и распределения нагрузок по осям. Вопросы общей динамики гусеничной машины, подлежащие разработке в курсовом проекте, приведены в пункте 5.4. 5.2. Двухосные колесные машины типа 4х2 и 4х4 Для проведения расчетов по определению нагрузок на оси машины выбираются расчетная схема согласно заданию на курсовой проект (работу) и геометрические параметры машины, исходя из табл. 5 Приложений. Расчетные схемы приведены на рис. 10. Следует учитывать конкретное назначение машины, колесную формулу, наличие крюковой силы и технологического оборудования и при необходимости вносить коррективы в расчетную схему. Статические нагрузки на оси машины определяются на горизонтальном участке пути из схемы на рис. 10а. Для определения нагрузки на оси незагруженной (груженой) машины, расположенной неподвижно на горизонтальной поверхности ( ), необходимо взять сумму моментов сил, действующих в данном режиме на машину, относительно соответствующих точек. Рис. 10. Расчетные схемы для определения нагрузок на оси машины Так, для определения нагрузки на переднюю ось машины  берется сумма моментов сил относительно проекции на грунт точки В (рис. 10а), а на заднюю ось  – относительно проекции на грунт точки А (для загруженной машины учитывается вес груза, приходящийся на машину).При движении машины на руководящем подъеме с углом α при наличии крюковой силы тяги, окружного усилия на ведущих колесах и реактивного момента на балках мостов происходит перераспределение нагрузок на оси. Для определения нагрузки на заднюю (переднюю) ось движущейся машины необходимо взять сумму моментов действующих сил относительно точки А (для передней оси – относительно точки В), учитывая моменты сил сопротивления качению  всех колес1: , откуда Z2 =… или  , откуда Z1 =… (5.1)Моменты сил сопротивления качению равны произведению нормальной реакции на коэффициент сопротивления качению и радиуса колеса.   , (5.2)где  .Подставляя значения  и  из (5.2) в уравнение (5.1), окончательно получают выражение для определения Z2 или Z1.Нагрузку на переднюю (заднюю) ось определяют, спроектировав все силы на плоскость, перпендикулярную поверхности движения.  , откуда Z1 =… или Z2 =… (5.3)Оценка неравномерности нагрузки на одно колесо в статике и динамике производится через коэффициент неравномерности  , (5.4)где  и  – максимальная и минимальная нагрузки на шины груженой машины.При превышении  допустимого предела следует пересчитать значения Z1 и Z2, изменив значение bгр.Потеря продольной устойчивости машины наиболее вероятна при движении на подъем, когда нагрузка на переднюю ось равна нулю. Предельный угол определяется из уравнения моментов сил относительно точки В при Z1 = 0 и равен: для незагруженной машины  , (5.5)для груженой машины  . (5.6)Статический угол поперечной устойчивости по опрокидыванию  и боковому сползанию машины определяется из расчетной схемы на рис. 11.Статические углы продольной и поперечной устойчивости грузовых автомобилей должны быть не менее 300. 5.3. Трехосные машины На рис. 9б приведена расчетная схема определения нагрузок на оси трехосных автомобилей типа 6х2, 6х4, 6х6. Для автомобилей с колесной формулой 6х4 и 6х2 на расчетной схеме соответственно не учитываются силы  и ,  . Наличие в конструкции ходовой части машины балансирной подвески среднего и заднего мостов вносит коррективы в порядок расчета нагрузок.Порядок расчета автомобиля 6х2 при движении в незагруженном режиме аналогичен расчету автомобиля с колесной формулой 4х2 и 4х4. При движении с грузом (поддерживающая задняя ось опущена) расчет соответствует схеме автомобиля 6х4. Методика определения нагрузок на оси машины аналогична рассмотренной в пункте 5.2. Первоначально определяется статическая нагрузка на оси (при неподвижной машине на горизонтальной поверхности). Особенность определения нагрузок на оси для трехосных машин заключается в том, что при определении нагрузки на переднюю ось  сумма моментов действующих сил берется относительно проекции на грунт точки  , которая лежит на вертикали, проходящей через ось балансирной каретки. Соответственно определяется и нагрузка, приходящаяся на средний и задний мосты ( и  ).Взяв сумму моментов всех сил, действующих на машину, относительно проекции на грунт точки , получим равенство, из которого определяется нагрузка на переднюю ось машины: , откуда  … (5.7) Рис. 11. Расчетная схема для определения статических углов поперечной устойчивости по опрокидыванию и боковому сползанию машины При этом необходимо учитывать, что наличие в подвеске средней и задней оси реактивных штанг и расположение оси тележки примерно на уровне осей колес предотвращает перераспределение нагрузок на оси балансирной тележки. Принимаем, что  , где  – высота оси балансира.Поэтому и  .Следовательно,  . (5.8)Сумма моментов сил сопротивления , и  определяется из выражения (5.2).Нагрузку на ось балансирной каретки  определяем, спроектировав все силы на плоскость, перпендикулярную поверхности движения: , откуда  =… (5.9)Нагрузка на задний и средний мосты определяется из условия равновесия балансирной каретки:  . (5.10)Оценку неравномерности, предельные углы продольной и поперечной устойчивости определяем согласно равенствам (5.4) – (5.6). 5.4. Гусеничные машины В курсовом проекте рассматриваются вопросы общей динамики гусеничных машин с целью определения нагрузок на элементы ходовой системы (катки, балансиры, рессоры). Многокатковые ходовые системы гусеничных машин рассчитываются по методу, предложенному профессором С. Ф. Орловым. Для решения задач по определению нагрузок на оси опорных катков используют следующий порядок расчета. 1. На общей схеме трактора (рис. 12) выделяют корпус (  ) и точки его связи с элементами ходовой системы – оси ведущих звездочек, оси кареток или балансиров и при жесткой подвеске – оси катков.2. Наносят на схему силы и моменты сил, действующие на корпус. 3. Составляют уравнения статики для корпуса трактора. При решении уравнений определяются нормальные и касательные силы, действующие на корпус в точках соединения с ходовой системой. Эти силы численно равны нагрузкам на узлы ходовой системы. 4. Определяют общее воздействие на грунт нагрузок от корпуса и ходовой системы. Расчетные схемы для вычисления нагрузок под катками приведены на рис. 12 и 13. Методика определения нагрузок под катками в принципе мало чем отличается от методики определения нагрузки на оси колес у трехосных машин.   Первоначально определяются нагрузки для неподвижного трактора на горизонтальной поверхности в незагруженном и загруженном режимах, после этого нагрузки под катками у движущегося с грузом трактора на руководящий подъем. Порядок определения нагрузок: 1. Определяем нормальные реакции, действующие на корпус в точках соединения корпуса (рамы) трактора с осями балансиров передней и задней кареток – точках А и В. Взяв сумму моментов действующих на корпус машины сил относительно точки В (или точки А), определим нагрузки (реакции) соответственно на переднюю  или заднюю  опору корпуса. , откуда =… или  , откуда =… (5.11)Спроектировав все силы, действующие на корпус трактора, на плоскость, перпендикулярную поверхности движения, определим нагрузку на заднюю или переднюю опору корпуса., откуда =… (или =…). (5.12)2. После определения и находим нагрузки (реакции грунта) под катками. С этой целью рассматриваем равновесие каретки, приложив реакции или в противоположном направлении (рис. 13). При этом необходимо учитывать вес каретки. Если расчет проводится для одной каретки (левой или правой), то при расчетах необходимо оперировать значениями 0,5 и 0,5. Кроме того, необходимо учитывать, что для подвески трактора типа ТДТ-55 (ТБ-1) вертикальные координаты осей передней  и задней  опоры корпуса одинаковы и принимаются равными радиусу опорного катка «r».Взяв сумму моментов действующих сил относительно точки (передняя каретка), получим равенство, решая которое относительно , определим реакцию под первым катком:, откуда … (5.13)Спроектировав на плоскость, перпендикулярную поверхности движения, все силы, действующие на переднюю каретку, получим равенство, из которого определяем реакцию Z2: , откуда  … (5.14)Аналогично определяются реакции под опорными катками задней каретки. Взяв сумму моментов действующих сил относительно точки  , получим равенство, решая которое относительно  , определим реакцию под третьим катком:   , откуда =… (5.15)Спроектировав на плоскость, перпендикулярную поверхности движения, все силы, действующие на заднюю каретку, получим равенство, из которого определяем реакцию  :, откуда  … (5.16)Расчетная схема для пятикатковой ходовой системы тракторов типа ТТ-4 приведена на рис. 14. Методика определения нагрузок под катками у тракторов с пятикатковой ходовой системой аналогична методике определения нагрузок под катками у тракторов с четырехкатковой ходовой системой. Нормальные реакции и , действующие на корпус (раму), реакции под первым и вторым катками и  определяются теми же равенствами, что и для четырехкатковой ходовой системы.Реакция грунта под третьим катком определяется из условия равновесия промежуточной каретки. Взяв сумму моментов действующих сил относительно точки С, получим равенство, решая которое относительно , определим реакцию под третьим опорным катком (рис. 15). , откуда =… (5.17)Спроектировав на плоскость, перпендикулярную поверхности движения, все силы, действующие на промежуточную каретку, определим реакцию заднего балансира на рычаг промежуточной каретки  :, откуда  … (5.18)Реакции и  определяются из условия равновесия задней каретки.Взяв сумму моментов сил, действующих на заднюю каретку, относительно точки получим равенство, решая которое относительно , определим реакцию под четвертым катком:, откуда =… (5.19)Спроектировав на плоскость, перпендикулярную поверхности движения, все силы, действующие на заднюю каретку, получим равенство, из которого определяем реакцию :, откуда  … (5.20)Необходимые данные для расчетов выбираются по табл. 6 Приложений, исходя из заданного веса машины и схемы подвески.       Степень нагруженности опорных катков определяется из равенства  %, (5.21)где  .Коэффициент неравномерности нагрузок на катки  . (5.22)Для современных конструкций трелевочных тракторов значения нагруженности катков  %.При движении трактора с грузом коэффициент неравномерности нагрузок  = 2 … 3.На проходимость гусеничных машин существенное влияние оказывает координата центра давления – координата точки приложения результирующей нормальной реакции грунта  на опорную поверхность гусеницы. Продольное расстояние от середины опорной поверхности до центра давления называют смещением центра давления и обозначают  .Спроектируем на плоскость, перпендикулярную поверхности движения, все силы, действующие на трактор при установившемся режиме движения (с учетом ):, откуда  … (5.23)Взяв сумму моментов всех сил, действующих на трактор с грузом, относительно точки О – точки контакта заднего опорного катка с грунтом (рис. 16), получим равенство, из которого определим . , откуда  =… (5.24)5.5. Устойчивость автомобиля Наиболее часто потеря устойчивости автомобиля или колесного трактора выражается в поперечном опрокидывании и боковом скольжении. Потеря продольной устойчивости обычно происходит при буксовании на подъеме и в последующем скольжении назад. В практике потеря боковой устойчивости наблюдается, как привило, при движении. Рассмотрим устойчивость автомобиля, движущегося на закруглении постоянного радиуса R со скоростью  на дороге с наклоном полотна β. Наиболее типичен случай движения по внутреннему краю дороги (рис. 17а). На автомобиль действуют сила тяжести  и центробежная сила  , которые могут быть разложены на составляющие ;  ; ;  .Из уравнения моментов сил относительно точки С получим в окончательном виде  , (5.25)где  – максимальная скорость, при которой автомобиль сохраняет устойчивость движения, называемая критической скоростью по условию опрокидывания.При движении на горизонтальной дороге критическая скорость равна  . (5.26)Величина максимального угла поперечного уклона при движении прямолинейно без опасности опрокидывания определяется из выра-жения  . (5.27)Отношение  называется коэффициентом поперечной устойчивости и обозначается  .Действие боковой силы (  + ) может привести к скольжению в поперечном направлении, когда сумма боковых сил равна сумме боковых реакций (рис. 17б). . (5.28)Поэтому в окончательном виде максимальная скорость, при которой возможно движение без бокового скольжения, равна    . (5.29)При отсутствии бокового уклона (β = 0) максимальная скорость равна  . (5.30)Скорость  называется критической скоростью по условиям бокового заноса автомобиля.Для прямолинейного участка дороги определяется значение угла поперечного наклона дороги  . (5.31)В ряде случаев возникает необходимость выяснить, что раньше происходит: опрокидывание или боковое скольжение, для чего сопоставим выражения (5.27) и (5.30)  . (5.32)Отсюда можем сделать вывод: на дороге, где коэффициент сцепления меньше коэффициента боковой устойчивости  , первым будет наблюдаться боковое скольжение. Этот вывод справедлив и для прямолинейного движения по дороге, имеющей поперечный уклон.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Анилович В. Я., Водолажченко Ю. Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов. М.: Машиностроение, 1976. 2. Архангельский В. М. Автомобильные двигатели. М.: Машиностроение, 1973. 3. Барский И. Б. Конструирование и расчет тракторов. М.: Машиностроение, 1973. 4. Гаспарянц Г. А. Конструкция, основы теории и расчета автомобиля. М.: Машинотроение, 1978. 5. Колчин А. И., Демидов В. П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высшая школа, 1971. 6. Лукин П. П. Конструирование и расчет автомобиля. М.: Машиностроение, 1984. 7. Основы теории автомобиля и трактора: Учеб. пособие для вузов / В. В. Иванов и др. 2-е изд. – М.: Высшая школа, 1972. 8. Проектирование трансмиссий автомобиля: Справочник / Под ред. А. И. Гришкевича. М.: Машиностроение, 1984. 9. Теория автомобиля / В. А. Иларионов и др. М.: Автотрансиздат, 1960. 10. Трелевочный трактор ТДТ-55А и его модификации / И. К. Емельянов, В. М. Крашенинников и др. М.: Лесная промышленность, 1981. 11. Трелевочный трактор ТТ-4. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. М.: Машиностроение, 1979. 12. Тягач лесовозный МАЗ-509А. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Минск: Полымя, 1980. 13. Чудаков Д. А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. М.: Колос, 1972. 14. Документы текстовые учебные. Курсовые и дипломные проекты (работы): Стандарт предприятия / ПетрГУ. Петрозаводск, 2006. 15. ГОСТ 7057-2001 «Методы полевых испытаний тракторов» 16. ГОСТ 17461-84 «Технология лесозаготовительной промышленности. Термины и определения». 17. ГОСТ 27141-86 «Тракторы лесопромышленные. Общие технические требования к новым лесопромышленным тракторам». 18. Краткий автомобильный справочник НИИАТ 19. Справочная книга автомобилиста   Таблица 3. Коэффициент сопротивления качению f1 и f2
При трелевке в полупогруженном состоянии коэффициент сопротивления волочащейся части пакета f2:
Таблица 4. Коэффициент сцепления
 Таблица 6. Параметры гусеничных трелевочных тракторов
* для ТБ-1М – hгр = 996 мм. Учебное издание Куликов Михаил Иванович; Скобцов Игорь Геннадьевич; Перский Сергей Николаевич ТЯГОВЫЕ РАСЧЕТЫ ЛЕСНЫХ КОЛЕСНЫХ И ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН Учебное пособие для студентов инженерных специальностей Редактор Т. А. Каракан Подписано в печать 20.07.07. Формат 60841/16. Бумага офсетная. Офсетная печать. 6 уч.-изд. л. Тираж 300 экз. Изд. № 184. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Отпечатано в типографии Издательства ПетрГУ 186910, Петрозаводск, пр. Ленина, 33 1* В данном разделе пособия указывается, какие уравнения и как нужно составлять. Составление уравнений предлагается сделать студенту самостоятельно. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, 
, Н
