Расчет рам автогрейдеров

Рисунок 14.42. Основная рама автогрейдера: с горизонтальной хвостовой частью; б — с на клонной хвостовой частью

Рама автогрейдера является основным несущим элементом ма­шины, на котором монтируют все силовые агрегаты, рабочее и ходовое оборудование. Рамы изготовляют из профильного проката или из отдельных листов, свариваемых между собой. На рисунок 14.42 показаны основные конструктивные схемы рам автогрейдеров. В передней части рамы укреплен продольный цилиндрический шарнир, с помощью которого рама опирается на переднюю ось. Здесь же установлен шаровой шарнир для тяговой рамы. В средней части рамы размещены кронштейны для крепления цилиндров подъема тяговой рамы или тяг механизма подъема тяговой рамы. Позади этих кронштейнов установлены кронштейны механизма выноса тяговой рамы в сторону.

Передняя часть рамы выполнена в виде изогнутой балки, хво­стовая часть — в виде замкнутой рамы с поперечными связями. На эту часть монтируют двигатель, трансмиссию, кабину и механизмы управления. Хвостовую часть делают обычно горизон­тальной (рисунок 14.42, а), в этом случае передняя часть должна иметь большую кривизну для размещения тяговой рамы с отвалом. При наклонном расположении хвостовой части рамы (рисунок 14.42,б) кривизна передней части значительно меньше. Хвостовая часть рамы опирается на два поперечных цилиндрических шарнира, которые являются осями правого и левого балансиров.

Такая конструкция рам характерна для трехосных автогрей­деров, которые наиболее распространены. У двухосных автогрейдеров хвостовая часть опирается на задний ведущий мост.

Многообразие операций, выполняемых автогрейдером, обуслов­ливает и многообразие нагрузок, действующих на основную раму. Поэтому при определении этих нагрузок устанавливают ряд расчетных положений. В общем случае сила сопротивления может быть представлена в виде трех составляющих, точку приложения которых находят при тяговом расчете. В дальнейшем будем считать, что величина и место приложения составляющих сил сопро­тивления известны.

Прежде чем перейти непосредственно к расчету основной рамы, необходимо рассмотреть систему сил, действующих на автогрейдер в процессе работы.

Анализируя систему сил, действующих на работающий авто­грейдер (рисунок 14.42), можно отметить следующее. Известными на­грузками являются составляющие Р_х, Р_у, Р_г силы сопротивления копанию, известны также координаты точки приложения этой силы. Кроме того, известны вес автогрейдера G и точка его при­ложения и инерционная сила Р_j, которая приложена в центре тяжести автогрейдера.

Неизвестными являются реакции на всех колесах автогрей­дера, т. е. 18 неизвестных усилий. Учитывая, что рассматриваемая система является пространственной, можно записать 6 уравне­ний статики. Кроме указанных уравнений статики, исходя из конструктивных и технологических условий, можно записать еще ряд уравнений:

из-за наличия горизонтального шарнира крепления передней оси;

где f — коэффициент сопротивления перекатыванию;

из-за наличия балансирной подвески задних колес;

вследствие равенства вертикальных реакций на колесах.

Рисунок 14.43 - Схема сил, действующих на автогрейдер

Ниже предлагается порядок определения всех указанных неизвестных.

Рассмотрим вначале схему нагрузок, изображенную на рисунке 14.43, и составим уравнение равновесия относительно оси Y:

где G' — вес автогрейдера без веса передней оси и

веса балансиров с задними колесами;

х₁, х, z и х_A — координаты точек приложения соответству­ющих сил в системе координат, показанной на схеме.

Инерционная сила не включена в уравнение. Если же рассматривать случай, когда эта сила действует, то она должна быть учтена. Если автогрейдер расположен на наклонной площадке, необходимо брать не полный вес G', атолько его проекцию на плоскость, в которой расположены силы R_п, R₃₁,R₃₂.

Тогда из полученного уравнения

Учитывая, что R_п = R`_п + R^II_п - G_п и R^I_n =R^II_n (см. рисунок 19.2),

находим

(14.130)

где G_n — вес передней оси.

Рисунок 14.44 Схема сил, действующих на раму и отвал автогрейдера

Проведенное решение позволяет записать еще две зависимости:

(14.131)

Обратимся к общей схеме, изображенной на рисунок 14.42, и составим уравнение моментов относительно оси О₁ - О₁:

откуда

или, учтя, что , имеем

Зная, что , где G_б – вес балансира с колесами, находим R_з2

Проделав аналогичную операцию, составим

Рисунок 14.45 – Схема сил, действующих на грейдер в горизонтальной плоскости

Откуда

В этом выражении координаты берутся относительно системы

О₂Х₂ - О₂Z₂ - О₂Y₂.

Учитывая, что

получим

(14.132)

И затем

Зная вертикальные реакции на задних колесах, можно найти моменты

Таким же образом, зная и

найдем

Наибольшие затруднения вызывает определение боковых горизонтальных реакций на колеса автогрейдера. Для этого рассмотрим действие сил в горизонтальной плоскости. В этой плоскости внеш­ней силой является геометрическая сумма двух составляющих сил сопротивления Р_х и Р_y обозначенная на рисунке 19.4 через Р_R. Это усилие создает момент, стремящийся повернуть всю машину. Можно считать, что поворот будет происходить относительно точки О, которая является центром давления и координаты ко­торой могут быть легко определены после нахождения вертикаль­ных реакций, действующих на всех колесах, что было выполнено ранее. Перенесем силу Р_R в точку О. Тогда автогрейдер можно рас­сматривать нагруженным в точке О силой Р_R и поворачивающим моментом М_п = Р_Rr.