4. Расчетная методика Карасева-Живейнова
В расчетной модели (рис.2) принимается, что нагрузки приложены в центре тяжести элементов. На ковш при произвольном положении экскаватора действуют следующие нагрузки:
- сила тяжести G;
- центробежная сила Рцп от поворота платформы;
- касательная сила инерции + Рип от торможения ( - РИП от разгона) платформы;
- центробежная сила Рцс от поворота стрелы;
- касательная сила инерции +Рис от торможения опускающейся стрелы;
( -РИС от разгона поднимающейся стрелы);
- центробежная сила Рцр от поворота рукояти;
касательная сила инерции +Рир от торможения опускающейся рукояти;
( -Рир от разгона поднимающейся рукояти);
- составляющая силы Кориолиса Ркс, возникающая при совмещении поворотов платформы и стрелы;
- составляющая силы Кориолиса Р кр, возникающая при совмещении поворотов платформы и рукояти;
- сила ветра Рв.
Разработчики данной методики исходили из того, что проверка условий устойчивости должна захватывать всю область возможных положений экскаватора и рабочего оборудования, чтобы учесть наиболее опасные сочетания нагрузок, соответствующие наибольшей вероятности потери устойчивости. Согласно тому, что взаимное положение элементов экскаватора носит случайный характер, то необходимо вести раздельный расчет нагрузок, действующих на каждый элемент конструкции.
Если предположить, что в силу обстоятельств начнется процесс опрокидывания, то к перечисленным добавляются нагрузки, сопутствующие повороту экскаватора относительно ребра опрокидывания:
- центробежная сила Рцо от поворота экскаватора относительно ребра опрокидывания;
- касательная сила инерции Рио от неравномерного движения опрокидывания экскаватора;
- составляющая силы Кориолиса Ркпо, возникающая при совмещении поворотов платформы и экскаватора;
- составляющая силы Кориолиса Рксо, возникающая при совмещении поворотов стрелы и экскаватора;
- составляющая силы Кориолиса Ркро, возникающая при совмещении поворотов рукояти и экскаватора.
Аналогичные нагрузки действуют и на другие элементы экскаватора.
Коэффициент запаса устойчивости K определяется с учетом сил тяжести, центробежных сил, сил инерции, включая силы Кориолиса ,а также сил ветра, действующих на элементы конструкции при совместном повороте платформы и рабочего оборудования.
Авторы статьи [ ] – Карасев-Степанов провели расчет коэффициента запаса устойчивости К, согласно предложенной выше методики, на примере экскаватора ЭО-4124. Результаты оказались очень интересными. Если придерживаться методик Вниистройдормаша и заводской , то К больше1 – устойчивость обеспечивается, а по расчетной методике К меньше 1 и опрокидывания не происходит. Возникает вопрос, а как это может быть.
На самом деле все объясняется просто, при максимально нагруженном рабочем органе и в сочетании с наиболее неблагоприятным взаимным положением элементов экскаватора, может произойти кратковременный отрыв опоры. При этом не нарушается технологический процесс работы. На основании вышеизложенного авторы сделали выводы, которые можно оценить и как задачи:
… Необходимо исследовать динамику потери устойчивости при длительном воздействии опрокидывающих нагрузок.
… определение наихудшего варианта совмещения движений, допускаемых гидросистемой и системой управления экскаватором, с учетом углов наклона…
От себя позволю добавить, что предложенный способ наиболее близкий к расчету динамической устойчивости экскаватора, хотя возможно и не является совершенным.
5. Методика оценки устойчивости и определение грузоподъемности гидравлических экскаваторов по нормам Германии (стандарты DIN).
Стандарт DIN 24087-79 ''Землеройные машины. Устойчивость гидравлических экскаваторов. Требования техники безопасности'', относится к экскаваторам, выполняющим земляные работы, но не для подъема груза. Критерием устойчивости является неравенство:
УСТОЙЧИВОСТЬ = удерживающий момент = G2·s – 1,10 · E · e ³ 1
опрокидывающий момент 1,25 · N · n
где G2– реакция опор, удаленных от рабочего оборудования и определенных при снятом рабочем оборудовании; E – вес рабочего оборудования; e – расстояние от центра тяжести рабочего оборудования до ребра опрокидывания; N – вес полезного груза; n – наибольший вылет, измеренный от ребра опрокидывания; S – расстояние между ребром опрокидывания и задней опорой.
Устойчивость проверяется в одном расчетном положении, расположение экскаватора на горизонтальной площадке, при этом выбирается наиболее неблагоприятное ребро опрокидывания. Деформации грунтовой поверхности, конструктивные особенности экскаватора, а также динамические нагрузки (поворота, передвижения, подъема и т.д.) учитываются введением коэффициентов 1,10 и 1,25. Вес грунта рассчитывается по номинальной вместимости ковша при плотности грунта 1,8 т / м3.
Имеется также документ TUUV ‘’ Землеройные машины'' VBG 40, что гидравлические экскаваторы могут применяться для подъема грузов. Представление данных о грузоподъемности регламентируется стандартом DIN 24083-78 '' Экскаваторы гидравлические. Данные о грузоподъемности''.
В стандарте указано, что грузоподъемность ограничена, во-первых устойчивостью и во-вторых подъемной силой, реализуемой механизмом подъема. Также оценивается влияние параметров рабочей зоны, вид рабочего оборудования, угол поворота платформы, грунт опорной поверхности. Показания грузоподъемности должны быть получены по всей рабочей зоне, с наибольшим значением для каждого участка. Пример оформления показан на рис.( ).
Итак, подводя итог проведенному краткому обзору устойчивости экскаваторов и крановможно сделать следующие общие выводы по вступительной части работы.
ВЫВОДЫ :
1. При оценке устойчивости экскаватора необходимо учитывать влияние некоторых центробежных и инерционных сил, а также сил Кориолиса. Ветровую нагрузку можно учитывать в тех случаях, где это необходимо. Но в целом, применительно к экскаваторам, ею можно пренебречь.
2. При проверке устойчивости экскаватора необходимо исследовать всю область возможных положений платформы и рабочего оборудования.
3. Необходимо регламентировать допустимые углы наклона опорной поверхности, влияние грунта и поправочных коэффициентов, если это необходимо.
4. Оценка устойчивости экскаватора против опрокидывания коэффициентами Квс, Кс и К несостоятельна, так как эти коэффициенты определяют только возможность отрыва опор от поверхности и не дают информации о процессе опрокидывания экскаватора. Для оценки устойчивости необходим анализ динамики процесса поворота экскаватора относительно ребра опрокидывания.
5. Существующие методики оценки устойчивости экскаваторов против опрокидывания приводят к завышенным (или неверным) значениям коэффициента устойчивости. Это приводит к переоценке способностей машины или неэффективному ее использованию, с потерей в производительности.
Список литературы
Павлов В.П., Живейнов Н.Н., Карасев Г.Н. Проектирование одноковшовых экскаваторов с применением ЭВМ и САПР: Уч. пособ./ Под ред. Павлова В.П. Красноярск : Изд- во Краснояр. Ун-та, 1988. 184 с.
Живейнов Н.Н., Карасев Г.Н. Устойчивость экскаватора // Вестник машиностроения, 1997. N , c.
Карасев Г.Н., Степанов А.А. Анализ устойчивостиэкскаваора / журн. Строительные и Дорожные машины №10, 1997г.
Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. М Металлургия, 1984. –173с.
Справочник по кранам: в 2-х т. Т.1/ Под ред. М.М. Гохберга.-Л. Машиностроение. 1988.- 536с.
ЭО-4124.Экскаватор одноковшовый универсальный гусеничный гидравлический. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.- М. Машиноэкспорт.-148 с.
Расчет Эо-4124. Ковровский экскаваторный завод . - Ковров, 1975.
| 