Расчет толкающих брусьев бульдозера

Бульдозер представляет собой навесное оборудование на базовый гусеничный или пневмоколесный трактор, включающее отвал с ножами (рисунок 4.10), толкающие брусья или раму с подкосами и раскосами, а также систему управления.

Современные бульдозеры являются конструктивно подобными машинами, базовые тракторы и навесное оборудование которых широко унифи­цированы (таблица 4.6).

1 - отвал бульдозера; 2 - нож; 3 - толкающий брус; 4 - раскос; 5 - упряжной шарнир; 6 - гидроцилиндр управления отвалом; 7 - тру­бопровод; 8 - золотник; 9 - предохранительный клапан; 10 - насос; 11 - фильтр; 12 -бак

Рисунок 4.10 - Бульдозерное оборудование с системой управления

Для проектного расчета деталей и узлов бульдозерного оборудова­ния следует определить максимальные нагрузки, возникающие во время работы машины. Выбор расчетных положений позволяет изучить характер их изменения по всему рабочему циклу (рисунок 4.11) и произвести расчет на прочность деталей и узлов машин, подверженных критическим нагружениям. При этом вертикальная и горизонтальная составляющие реакции ножа с грунтом определяются как

; , (4.40)

где - коэффициент несущей способности грунта. (50...60), кН/м²; С =1,5-2;

- ширина нижней площадки ножа, трущейся о грунт, =1,0...1.5 см.

Для бульдозеров с канатно-блочной системой управления необходи­мо, чтобы вес рабочего оборудования обеспечивал заглубление ножа в грунт. Величина может быть определена из условия равновесия си­стемы относительно точки 0 (рисунок 4.11):

. (4.41)

Силу сопротивления копанию представляют ее горизонтальная и вертикальная составляющие. При этом для расчетов толкающих брусьев и отвала бульдозера предполагается, что точка приложения этих сил находится на высоте .

Максимальное значение силы может рассматриваться как сумма статической силы , соответствующей условию буксования движителя, и динамической силы , зависящей от инерции масс жесткости пре­пятствия и элементов конструкции.

, (4.42)

где - коэффициент динамичности, =1.5...2,5;

- коэффициент сцепления движителя с грунтом, = 0,8...1.

При заглублении отвала в грунт сила () на штоке гидроцилиндра должна быть достаточной для преодоления сопротивления грунта . Зна­чение силы () определяется из условия равновесия системы относи­тельно задней опорной точки гусениц В.

Рисунок 4.11 - Схема сил, действующих в элементах рабочего оборудования бульдозера

а - круглое сечение; б - сечение из швеллера и пластины; в - сечение из двух неравнополочных уголков; г - сечение из четырех неравнополочных уголков, сваренных угловой сваркой; д - сечение из двух швел­леров; е – сечение, составленное из пластин, усиленное накладками

Рисунок 4. 12 - Варианты возможных сечений толкающих брусьев бульдозеров

Рисунок 4.13 - Схема сил, действующих в сечении толкающего бруса бульдозера

Значение реакций в упряжных шарнирах определяется из условия равновесия сил, действующих на рабочее оборудование. Так, при усло­вии . Аналогично определяется реакция .

Одной из основных задач при расчете толкающих брусьев является выбор их сечения в месте наибольшего нагружения (точка креп­ления подкосов и раскосов) различные модификации (рисунок 4.11).

В каждом варианте рассматриваемых сечений действуют следующие нагрузки (рисунок 4.13):

изгибающий момент в плоскости Х0Z, ;

изгибающий момент в плоскости ХОY, ;

сжимающая сила, ,

где - расстояние от упряжного шарнира до опасного сечения;

- величина смещения продольной оси сечения бруса от оси кре­пления упряжного шарнира.

Уравнением прочности рассматриваемого сечения является:

, (4.43)

где - допускаемые напряжения в сечении, мПа;

- момент сопротивления сечения относительно оси Z;

- момент сопротивления сечения относительно оси Y;

- площадь поперечного сечения толкающего бруса.

После выбора размеров сечения бруса, удовлетворяющих условию прочности, проектант должен выбрать тот исходный материал, который имеет минимальный вес, меньшую стоимость проката и наилучшую техно­логичность при изготовлении конструкции.