CC BY
12
И 3 В Е С Т И 51
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 146
1966
К РАСЧЕТУ МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА БАРА ЗЕМЛЕРЕЗНОЙ МАШИНЫ
И. Г. БАСОВ
Механизм поворота бара землерезной машины предназначен для создания необходимого усилия при заглублении бара или удержания его под нужным углом наклона к почве во время прорезания щели в мерзлом грунте и в транспортном положении.
У землерезных машин, нарезающих щели в мерзлом грунте при совмещенных движениях режущей цепи и всей установки, наибольшее
распространение получили механизмы поворота бара, принципиальные схемы которых изображены на рис. I, а, б, в.
Прежде чем перейти к рассмотрению работы механизмов, представленных на рис. 1, примем следующие условные обозначения:
0t02 ~ a — расстояние от центра вращения бара до точки подвески
гидродомкрата; 0203 = b — гидродомкрат;
0203 = с — коромысло, жестко связанное с баром и шарнирно с гидродомкратом; ¿6 — длина бара;
Н — расстояние от почвы до центра вращения бара; //щ — глубина врубовой щели; /ц — расстояние от центра поворота до центра тяжести бара; G6 — вес бара;
Fn — активная площадь поршня; р — давление масла; Рп— усилие подачи; у — постоянный для каждой конструкции угол между осями
бара и коромысла; а — угол между осью коромысла и линией, соединяющей точки подвески домкрата и бара. Этот угол постоянен для данной конструкции механизма поворота бара, если последний находится в вертикальном заглубленном положении и при наиболее полном сокращении гидродомкрата. Изменяется а с изменением угла наклона бара; t j * j P — угол наклона бара к вертикали; h — плечо действия усилия гидродомкрата; Lрус — длина гусеницы; ат — продольная координата центра тяжести землерезной машины относительно середины гусеницы; GM — вес землерезной машины. Рассмотрим три наиболее характерных случая в работе поворотного механизма бара (рис. 1, а): I — подъем бара в транспортное положение; II — начало заглубления бара; III — работа бара, установленного под углом р.
Положение I. Гидродомкрат должен развивать усилие на штоке
р - _____Ga^sinP + Мтр m
'lot — ' п И — ~ > \ * /
h
где Мтр — момент трения в поворотных цапфах подвески барового исполнительного органа. Момент сопротивления от трения в поворотных цапфах может быть найден из выражения
/Итр - (Ршт + Об)-/-Гц,
где /—коэффициент трения в поворотных цапфах;
гц—радиус сопротивления трущихся поверхностей, Ршт, G(y — составляющие сил, представляющие касательное окружное усилие в сфере трущихся поверхностей. Выразим h через постоянные а, b, с.
h = sin (а ± Р)
По теореме косинусов
b = У аг с2 — 2а-с-cos (а ± р),
тогда
, с-а$\п (а + 3) /оч
/? = — - г/ =- . (2) \ аг + сг — 2ас сое (а ±
Знаки -{■■ и — в выражении (2) ставятся в сл/чаях расчетов схем механизмов поворота бара, изображенных соответственно, на рис. 1, а и рис. 1, б.
Подставив (2) в уравнение (1), получим
р _ (Oñ/usin ¡3 Ч- Мур) У а' + — 2а-с-cos (а ± Р) /дч шт"~ с-а-sin (а ± р)
Из уравнения (3) следует, что усилие на штоке гидродомкрата при подъеме бара из щели зависит от веса и длины бара и конструктивных параметров механизма поворота. Расчет необходимо вести на случай, когда момент сопротивления повороту бара будет максимальным, т. е. при ¡3 = 9Э°.
Положение II соответствует началу разрушения мерзлого грунта режущей цепью (рис. 1, а), когда землерезная машина не движется. На конце бара возникает сила сопротивления его повороту
р = Pmt'h + c-6lu sin в — мтр ^
¿6
Превышение скорости поворота бара над возможной скоростью внедрения его в грунт может привести к тому, что составляющая Рсп sin ¡3 будет стремиться опрокинуть машину вокруг точки А (рис.1, а). Для предотвращения такого случая необходимо соблюдать условие
Рсп sin р (Z,ñ sin р ± /, -]-- 1гус) С GM (0,5Лгус ± ат)..............(5)
Решая совместно (4) и (5), найдем, что для предотвращения случая опрокидывания землерезной машины при заглублении бара усилие на штоке гидродомкрата не должно превышать величины, которая может быть найдена из выражения
< . ч + Mrp - G6/usin p. (6)
sin P (¿6 Sin P О T ¿rye)
При известных размерах гидроцилиндра для данной конструкции механизма поворота бара можно из (6) найти максимально допустимое давление масла р при заглублении.
Положение И1а соответствует случаю, когда бар заглубляется. Землерезная машина неподвижна. Величина заглубления близка к максимальной. Сопротивление повороту бара в данном случае будет складываться из сопротивления от трений в поворотной цапфе и сопротивления внедрения режущих зубков в мерзлый грунт. Если допустить, что равнодействующая от сил сопротивления внедрению режущих зубков Р,i проходит посредине заглубленной части бара, то из уравнения суммы моментов относительно точки Oí можно найти усилие на штоке гидродомкрата
р = Рп (¿6 cos В + Н) + 2AfTP + 2(/6/fi sin р (7)
2 h '
необходимое для преодоления сил сопротивления повороту бара.
Положение II16 соотвествует случаю, когда бар установлен под углом р и прорезает щель в мерзлом грунте глубиной Нщ при непрерывном перемещении землерезной машины.
В этом случае усилие на штоке гидродомкрата, необходимое для удержания бара в нужном положении,
о _Ри (U COS (3 + Н) - 2УИтр c^s в - <хуц sin р cos 3
шт--771—:-• W
zh, cos р
Из уравнения (8) -может быть найдено максимальное р, по которому должен настраиваться предохранительный клапан гидросистемы. Но при этом все узлы механизма поворота бара и их крепления необходимо проверить из условия прочности с учетом действия сил, методика расчета которых приведена выше.
Расчет усилий, возникающих при работе в поворотном механизме бара, схема которого представлена на рис. 1, в, ведется аналогично, за
исключением лишь того, что в этом случае h— —- = const. Максималь-
2
ный ход поршня гидродомкрата определяется величиной принятого угла 6 между крайними возможными положениями бара (рабочим и транспортным) может быть найден из уравнения
К = ^ 0,00872 D¿0. 360
Достоинством данной схемы по сравнению с вышерассмотренными является то, что при сравнительно небольших размерах механизма поворота бара МОЖ1НО получить угол б равным даже 180°. Последнее желательно иметь для уменьшения продольных габаритов машины и снижения динамических нагрузок на детали крепления редуктора исполнительного органа при холостых перегонах землерезной машины.
