Устойчивость одноковшовых погрузчиков

Для одноковшовых погрузчиков определяют собственную и грузовую устойчивость, т.е. без груза и с грузом в ковше при полностью заправленном погрузчике и с водителем на своем рабочем месте. Расчет устойчивости рассматривают при трех положениях стрелы: в транспортном на максимальном вылете ковша и наибольшем подъеме (см. Рис.1.3., Рис. 1.4.), когда погрузчик стоит на месте.

Продольную устойчивость колесных и гусеничных одноковшовых погрузчиков рассчитывают одинаково относительно передней и задней оси опрокидывания. Погрузчик располагают так, чтобы его продольная ось была перпендикулярна линии наибольшего склона (линииII-II Рис.5.1..). Продольная статическая устойчивость характеризуется предельными углами подъема a_п и уклона a_у, на которых может находиться заторможенный погрузчик, не опрокидываясь под действием сил тяжести (Рис.5.2.).

Вертикальная плоскость, проведенная через центр тяжести при расположении погрузчика под уклон, проходит через точки А и В контакта передних или А’ и В’ направляющих колес; при установке на подъеме она проходит через точки C и D контакта задних колес или C’ и D’ задних опорных катков гусеничного хода.

Зная положения центров тяжести порожнего и груженого погрузчика для трех основных положений стрелы, определяют предельные углы продольной статической устойчивости при движении на подъем по формулам:

для колесного погрузчика

(5.1)

и для гусеничного погрузчика

(5.2)

 

3

 

Рис.5.2. Схемы расчета продольной устойчивости погрузчиков

 

 

Предельные углы продольной устойчивости под уклон составят:

для колесного погрузчика

(5.3)

и для гусеничного погрузчика

(5.4)

где х, х_п, h - соответствующие координаты центров тяжести; l_т - продольная база; с_т - межосевое расстояние от ведущей звездочки до заднего опорного катка, с_т=0 при опорных задних звездочках.

Для колесных погрузчиков при определении предельных углов продольной устойчивости деформации шин не учитывают, что идет в запас. Для гусеничных погрузчиков с поднятыми ведущими звездочками полученные углы характеризуют первичную устойчивость, так как при наклоне назад погрузчик опирается на задние наклонные ветви гусеничных цепей.

Для погрузчиков с шарнирно-сочлененными рамами кроме углов устойчивости при соосном положении полурам определяют так же углы продольной устойчивости при максимальном угле складывания полурам (Рис.5.3.). Для этого первоначально определяют положения центров тяжести передней (грузовой) и задней (моторой) частей погрузчика; затем находят координаты центра тяжести для соосного положения полурам погрузчика (точка О) для трех положений стрелы (транспортного, максимального вылета и наибольшего подъема).

Горизонтальная координата центра тяжести погрузчика от передней оси

(5.5)

где G₁, G₂ - веса соответственно грузовой и моторной частей погрузчика; L - продольная база; х₁ и х₂ - расстояние от осей ведущих мостов до центров тяжести грузовой и моторной частей погрузчика.

 

 

 

Рис.5.3.Схема расчета устойчивости колесного погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой

 

Вертикальная координата центра тяжести погрузчика

(5.6)

где h₁, h₂ - вертикальные коодинаты соответственно грузовой и моторной частей погрузчика; х - горизонтальная координата центра тяжести от передней оси.

Затем определяют положения центров тяжести (точка О’) для полностью повернутых на угол b полурам погрузчика.

Расстояние между центрами (между точками k и l) тяжести грузовой и моторной частей погрузчика в плане

(5.7)

где L₁, L₂ - расстояние от центра поворота соответственно до передней и задней осей; х₁, х₂ - кооринаты от осей ведущих мостов до центров тяжести грузовой и моторной частей погрузчика.

Расстояния

(5.8)

Минимальные расстояния от общего центра тяжести до передней оси опрокидывания х’ и до задней х₃ составят (обозначения см. на Рис.5.3.)

(5.9)

Вертикальная координата центра тяжести погрузчика при сложенном положении полурам

 

(5.10)

 

где h₁ и h₂ - вертикальные координаты грузовой и моторной частей погрузчика; kl’, O’l’ - расстояния (см. Рис.5.3.).

Предельные углы продольной устойчивости шарнирно-сочлененного погркзчика при расположении под уклон:

для соосного положения полурам

 

для повернутого положения полурам

(5.11)

Предельные углы продольной устойчивости шарнирно-сочлененного погрузчика в статическом состоянии на подъеме:

для соосного положения

(5.12)

где х - горизонтальная координата центра тяжести от передней оси;

для сложенного положения полурам

(5.13)

Полученные предельные углы статической продольной устойчивости на подъеме и уклоне сравнивают с наибольшими углами подъездных путей и рабочих площадок.

При оценке собственной устойчивости колесных и гусеничных погрузчиков должны проверяться углы подъема и уклона при транспортном положении стрелы без груза в ковше

(5.14)

где к_б=1,5 - коэффициент безопасности, учитывающий влияние динамических нагрузок (торможение на уклоне, наезд на препятствие и др.); [a_д] - наибольший угол уклона подъездных путей, град, [a_д]=25°.

При расчете грузовой устойчивости погрузчиков на наибольшем вылете и максимальном подъеме стрелы должно соблюдаться условие

(5.15)

где a_у.г, a_п.г - предельные углы статической продольной устойчивости с грузом в ковше на уклоне и подъеме соответственно; к_б - коэффициент безопасности, к_б=2,0; a_р - допустимый угол рабочей площадки, град, a_р=5°.

Боковую устойчивость погрузчиков рассчитывают в соответствии с типом и конструкцией ходовой части и принятым опорным контуром по предельным углам в боковом направлении. При этом погрузчик располагают на наклонной поверхности таким образом, чтобы боковые грани опорного контура были перпендикулярны основной линии склона I-I (Рис.5.1.).

Общий центр тяжести погрузчика может быть смещен в поперечном направлении относительно продольной оси. Поэтому углы боковой устойчивости необходимо определять в направлении смещения центра тяжести, так как они будут наименьшими. Боковая статическая устойчивость определяется предельными углами g склона, на которых колесный или гусеничный погрузчик, установленный боком, сохраняет равновесие под действием сил тяжести (Рис.5.4.). Вертикальная плоскость, проведенная через центр тяжести, проходит через боковую грань контура опрокидывания.

Для колесных погрузчиков с поворотными колесами и жесткой рамой и гусеничных погрузчиков с балансирной балкой предельные углы боковой статической устойчивости для порожнего и груженого состояния и трех положений стрелы (см. Рис.5.4., а)

(5.16)

где В - ширина колеи погрузчика; е - боковое смещение центра тяжести относительно плоскости продольной оси порузчика; х - координата центра тяжести от оси передних колес в продольном направлении; h - высота центра тяжести; e - угол треугольного опорного контура, образованный его боковыми сторонами.

Для колесных и гусеничных погрузчиков с жесткой ходовой частью предельные углы боковой статической устойчивости находят в соответствии со схемой, представленной на Рис.5.4., по формулам:

для колесных погрузчиков (грань опрокидывания FF проходит по колее ходовой части)

(5.17)

для гусеничных погрузчиков (грань опрокидывания ЕЕ проходит по наружному обрезу гусениц)

(5.18)

где В - ширина колеи ходовой части; b - ширина гусеницы; е - боковое смещение центра тяжести от плоскости продольной оси погрузчика; h - высота центра тяжести.

 

 

Рис.5.4.Схемы расчета боковой устойчивости погрузчиков

а — колесного; б — гусеничного.

Наименьшие углы боковой статической устойчивости имеют место при наибольшем подъеме стрелы с грузом в ковше g_min.

Для колесных погрузчиков с шарнирно-сочлененной рамой при определении углов боковой устойчивости в статическом состоянии рассматривается устойчивость частей погрузчика, соединенных горизонтальным балансиром. В расчетах углов боковой устойчивости существенное значение имеет положение горизонтального шарнира для обеспечения трехточечной подвески ходовой части. Наиболее широко в конструкциях шарнирно-сочлененных одноковшовых погрузчиков применяется схема с балансирной подвеской заднего моста, который может качаться относительно рамы погрузчика в поперечной плоскости на угол ±8-12°.

Рассмотрим последовательность определения угла боковой устойчивости для шарнирно-сочлененных погрузчиков с балансирной подвеской заднего моста при угле b складывания грузовой и моторной полурам погрузчика (Рис.5.5.).

В принятой схеме в точке К расположен центр тяжести грузовой части погрузчика, в точке D - моторной части; в точке С - общий центр тяжести погрузчика, а в точке S подвешен балансирно задний мост погрузчика.

Для расчета боковой устойчивости рассматривают воздействие сил на передний мост погрузчика в точке Р. Первоначально определяют геометрические размеры элементов, указанных на схеме. Наименьшее расстояние между центрами тяжести грузовой и моторной частей погрузчика

(5.19)

Тогда расстояние до общего центра тяжести от центра тяжести грузовой части погрузчика в плоскости, проходящей через центр тяжести грузовой и моторной частей

(5.20)

где G₁, G’₂ - веса соответственно грузовой и моторной (без балансирного моста) частей погрузчика.

Из веса моторной части погрузчика исключают вес заднего балансирного моста, так как он не оказывает существенного стабилизирующего воздействия и составляет около 10-13% веса всего погрузчика, что повышает устойчивость погрузчика по сравнению с расчетным значением.

Затем находим угол w между плоскостью, проходящей через центры тяжести грузовой и моторной частей погрузчика, и плоскостью, проведенной через ось симметрии моторной части,

(5.21)

Вспомогательный угол q=180^о-w.

Расстояние от общего центра тяжести до балансирной подвески

(5.22)

где

Далее определяют углы x и y:

, (5.23)

Перпендикулятор OF, опущенный из центра поворота полурам на линию, проходящую через центр балансирной подвески и общий центр тяжести

(5.24)

 

 

 

Рис.5.5. Схема расчета боковой устойчивости колесного погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой

 

Тогда расстояние (5.25)

Затем в треугольнике NPM определяют расстояния

(5.26)

Далее в треугольнике FON находят сторону и в треугольнике SON сторону

Расстояние от общего центра тяжести С до точки Р пересечения оси переднего моста с проекцией плоскости, проходящей через центр балансирной подвески и общий центр тяжести погрузчика,

(5.27)

Высотная координата общего центра тяжести может быть выражена формулой (см. сеч. А-А на Рис.5.5.)

(5.28)

где h₁, h₂ - высотные координаты, соответственно, грузовой и моторной частей погрузчика.

Далее определяют высоту точки приложения составляющей G’ силы G_o, приведенной к оси переднего моста в плоскости, проходящей через центр S балансирной подвески и общий центр G’_п тяжести (сеч. Б-Б)

(5.29)

Тогда углы боковой устойчивости при лпрокидывании в правую и левую стороны находят по формулам (вид Г на рис.5.5)

(5.30)

где

Наименьший из полученных углов устойчивости сравнивается с наибольшими возможными по условиям эксплуатации погрузчика углом наклона рабочей площадки.

Для безопасности эксплуатации погрузчика должно соблюдаться равенство

где к_б - коэффициент безопсности, учитывающий одновременность действия статических и динамических нагрузок, торможение погрузчика и оборудования, переезд препятствий и др., к_б=2,0; [a_p] - допустимый угол наклона рабочей площадки, град, [a_p]=5°.

Чем больше превышение полученных углов продольной и боковой устойчивости по сравнению с допускаемыми, тем безопаснее работа погрузчика, который в меньшей степени реагирует на динамические воздействия, возникающие при наезде на неровности и местные препятствия, торможении и поворотах на уклонах.

 

Контрольные вопросы.

1. Какие критерии приняты для оценки устойчивости погрузчика?

2. Какие существуют схемы опорных контуров самоходных погрузчиков?

3. Какими показателями характеризуется продольная устойчивость погрузчиков?

4. Как определить предельные углы продольной статической устойчивости погрузчика?

5. Особенности расчета продольной устойчивости колесных погрузчиков с шарнирно-сочлененной рамой?

6. Как определить вертикальную координату центра тяжести погрузчика?

7. Как определяется горизонтальная координата центра тяжести погрузчика?

8. Как определяется боковая устойчивость погрузчика?

9. Как определить предельные углы боковой статической устойчивости колесного погрузчика с колесной рамой и гусеничного погрузчика?

10. Какие особенности расчета предельных углов боковой статической устойчивости колесных погрузчиков с шарнирно-сочлененной рамой?