3. Расчет машин на устойчивость

Показателем устойчивости машины является коэффициент устойчивости, представляющий отношение моментов удержи­вающих к моментам опрокидывающим,

.

Кроме этого возможны случаи утраты способности рабо­тать — протаскивание машины, потеря способности передвигать­ся.

Бульдозер

Рассмотрим транспортный режим машины в двух случаях:

— движение на подъем,

— движение на площадке с углом крена.

В первом случае (рис. 7,а) силы веса машины раскладываем на вертикальную составляющую G_B = G_MСosα и на горизонталь­ную составляющуюG_Г = G_MSincα.

Сила G_Г содействует опрокидыванию машины относительно точки А, а силаG_В удерживает ее в равновесии.

Определим критический угол подъема площадки, т. е. такое его значение, когда.

,

;

.

Аналогично, при движении на площадке с углом крена βоп­ределяем критическое значение угла крена:

; ;

;

; .

Одноковшовый экскаватор

Рассмотрим три случая:

• опрокидывание относительно ребра Т,

• опрокидывание относительно ребра U; .

• протаскивание.

Для первого случая , (Рис. 8).

Для второго случая .

Для случая протаскивания граничная величина силы Ропре­деляется из условия:

Р ≥ G∙F,

где F— коэффициент сопротивления перемещению заторможенного экскаватора.

Следовательно,

Р = G∙F.

Рис. 7. Схема к расчету устойчивости машин;

а - при движении на подъем; б - на площадке с углом крена

Рис. 8. Схема к расчету устойчивости одноковшового экскаватора

Рис. 9. Схема к тяговому расчету

4. Тяговый расчет и определение мощности двигателя

4.1. Тяговый расчет

Определим силы сопротивления, возникающие при работе машин.

Рассмотрим случай работы бульдозера и скрепера на гори­зонтальном участке (Рис. 9).

При этом на машину действуют силы:

• веса машины G_M;

• сопротивления на рабочем органе Р_р.о;

• сопротивления передвижению машины P_f;

• тяги Т;

• реакции грунта на ходовом оборудовании R. На основании уравнений статики:

; P_f + Р_ро - Т = 0; P_f + Р_ро = Т < Т_φ;(1)

; G_M - R = 0; R = G_M(2)

В уравнении (1) написано условие движения машины, т. е. все силы сопротивления меньше силы тяги по сцеплению Т_φ.

Значения величин определяются по зависимостям P_f =G_M∙f,

где f — коэффициент сопротивления перемещению (табл. 12).

Таблица 12

Вид поверхности движения	Гусеничный ход		Колёсный ход
	f	φ	f	φ
Асфальт	0,06	------	0,02	0,7
Сухая грунтовая дорога	0,07	0,9	0,05	0,6
Сухой песок	0,15	0,4	0,05	0,3
Укатанная снежная дорога	0,06	0,6	0,03	0,3
Влажный песок	0,1	0,5	0,16	0,4
Взрыхлённый грунт	0,1	0,7	0,18	0,4

Сила тяги по сцеплению Т_φ = G_M ∙φ,

где φ — коэффициент сцепления движителя с грунтом (табл. 12).

Для бульдозера сила сопротивления на рабочем органе равна силе сопротивления копанию:

Р_ро = Р_к = К∙В∙h, МН,

где К — удельный коэффициент сопротивления копанию, за висит от вида разрабатываемого грунта (меньшие значения принимают при расчете скреперов);

К = 0,07...0,1 МПа — для грунтов I категории;

К = 0,15...0,2 МПа — для грунтов II категории;

К = 0,22...0,25 МПа — для грунтов III категории;

В — ширина резания (рабочего органа), м;

h— глубина резания, м.

Для скрепера сила сопротивления на рабочем органе состоит из сил сопротивления копанию, перемещения призмы и заполне­ния,

Р_ро = Р_к + P_f + P_н +P_П ,

где P_н — сопротивление наполнению;

P_П — сопротивление перемещению призмы волочения;

P_f — сопротивление передвижению машины;

P_f = (G_С + G_Г)f,

где G_С — сила тяжести скрепера, Н;

G_Г — сила тяжести грунта в ковше скрепера, Н;

;

γ_Г—средняя плотность грунта в естественном залегании, Н/м³(табл. 13).

Таблица 13

Грунт	γ, Н/м3
Сухой песок	15 000-16 000
Влажный песок	16 000-17 000
Легкая супесь	15 000-17 000
Супеси и суглинки	16 000-18 000
Средний суглинок	16 000-18 000 _J
Сухой пылеватый суглинок	16 000-18 000
Тяжелый суглинок	16 500-18 000
Сухая глина	17 000-18 000

Сила сопротивления наполнению ,

где — сопротивление силы тяжести поднимаемого столба грунта, Н;

= B∙h∙H∙γ_Г;

—сопротивление трению грунта о грунт в ковше, Н;

= X∙В∙Н∙ γ_Г,

; φ₂ — угол внутреннего трения грунта (Табл. 14).

Таблица 14

Грунт	Угол внутреннего трения φ2, град	X
Глина	14-19	0,24-0,31
Суглинок	24-30	0,37-0,44
Песок	35-45	0,46-0,50

Сопротивление перемещению призмы волочения, Н,

Р_Н = Y∙В∙Н²∙ γ_Г∙μ₂,

где Y — коэффициент объема призмы волочения перед заслонкой;Y= 0,5...0,7;

μ₂ — коэффициент трения грунта о грунт,μ₂ = 0,3...0,5.

Для нормальной работы скреперов необходимо соблюдение условия (1) (см. с.31).

В случае работы с толкачом

(T + T_T)∙K₀ ,

где Т_Т— толкающее усилие толкача, Н;

К₀— коэффициент одновременности работ толкача и тягача,К₀= 0,85...0,90.

Для экскаваторов одноковшовых и многоковшовых на рабо­чем органе возникают силы сопротивления копанию, которые определяются так же, как и для бульдозеров.