Теоретические положения и терминология

 

Способность машины противостоять опрокидыванию характеризует ее устойчивость против опрокидывания, которая зависит от конструктивных параметров машины (собственная устойчивость) и действий оператора (управляемая устойчивость).

Устойчивость машины по отношению к статической нагрузке (силе веса) характеризует ее статическую устойчивость, а устойчивость машины при действии динамических нагрузок (создающими ускорения постоянные по знаку и величине – силы инерции, переменные – колебания и резонансный эффект, импульсные – ударное нагружение) характеризует ее динамическую устойчивость. В некоторых случаях при проявлении действия динамических нагрузок может происходить отрыв опор машины, не приводящий к ее опрокидыванию – основное отличие динамической устойчивости от статической.

Расчет устойчивости предусматривает определение предельной устойчивости (границы устойчивости и неустойчивости при статическом нагружении) и необходимого запаса устойчивости машины, обеспечивающего сохранение ее устойчивости при характерных нагрузочных и дорожных условиях работы.

Опрокидывание машины сопровождается ее поворотом вокруг некоторой неподвижной оси – оси опрокидывания, положение которой постоянно (в статике) и зависит от конструкции машины.

 

2.3 Определение опорного контура и угла устойчивости α_уст машины

 

1. Вычерчиваем контур машины, принятой согласно варианту индивидуального задания. Обозначаем опорный контур.

В шарнирно-сочлененных машинах условно различают балансирную часть (там, где расположена ось горизонтального шарнира) и небалансирную (там, где расположен корпус шарнира). Каждая из частей машины имеет свой опорный контур. У машины, показанной на рисунке 2.1а, балансирной является грузовая секция с технологическим оборудованием, а небалансирной – моторная часть с кабиной. Опорный контур балансирной секции представляет собой равнобедренный треугольник АD₂Б с вершиной в точке пересечения продолжения оси балансира с вертикальной плоскостью, проходящей через ось моста небалансирной части, и с основанием, проходящим через центры площадок контакта колес балансирной секции с опорной плоскостью. Опорный контур небалансирной секции представляет собой неправильный треугольник ВО₁Г с вершиной в точке О₁.

У машины с шарнирно-сочлененной рамой, секции которой связаны только шарниром с вертикальной осью, горизонтальный шарнир соединяет задний мост с моторной секцией (рисунок 2.1б). Таким образом, задний мост является балансирной частью машины, а вся остальная ее часть – небалансирной. Опорный контур небалансирной части представляет равнобедренный треугольник ВD₁Г, а балансирной части – неправильный треугольник АО₂Б. Так как масса балансирно подвешенного заднего моста во много раз меньше, чем масса остальной части машины, расчет ее боковой устойчивости ведется только для небалансирной части.

На рисунке 2.1в приведена схема машины, у которой балансирной частью является моторная секция, а небалансирной частью – грузовая секция.

Аналогичным образом строятся опорные контуры для машин с трехсекционной шарнирно-сочлененной рамой (рисунок 2.1г).

У гусеничных машин границы опорного контура проходят через центры гусениц и оси балансиров или направляющего и ведущего колеса.

 

 

Рисунок 2.1 – Схемы опорных контуров машин разных типов

 

2. Определяем угол устойчивости α_уст.

К примеру, на рисунке 2.2 показана схема ходовой части колесной машины с балансирной подвеской передних колес А и Б и с жесткой подвеской задних колес В и Г. Обозначаем опорный контур – равнобедренный треугольник ВОГ, образованный осями бокового опрокидывания ОВ и ОГ, которые проходят через балансир переднего моста (точка О) и средние точки площадок контакта задних колес В и Г с основаниями.

 

 

Рисунок 2.2 – Схема опорного контура колесной машины

 

Далее из центра масс машины – точки С – опускаем вертикаль до пересечения с опорным контуром (заштрихованной областью) в точке С₁. Восстанавливаем из точки С₁ перпендикуляр к линии ОВ и обозначаем на пересечении точку К.

Заметим, что отрезок КС₁ = e_s соответствует плечу равнодействующей статических нагрузок (линия действия этой равнодействующей совпадает с вертикалью СС₁) относительно оси опрокидывания ОВ. Так как отношением e_s/h_с определяется тангенс угла боковой устойчивости машины, то угол при вершине С треугольника КСС₁ – есть угол устойчивости α_уст. В основу расчета следует принимать не опорный контур ВОГ, а его проекцию на горизонтальную плоскость ВО`Г (или на плоскость основания).

Таким образом, зная координаты центра масс машины относительно плоскости опорного контура, угол устойчивости машины против продольного или поперечного опрокидывания можно найти путем описанного геометрического построения.

 

Пример 1. Используя графический метод, необходимо определить угол боковой устойчивости тягача с балансирной подвеской передних колес А и Б (рисунок 2.3).

Исходные данные: база ходовой части L, м – 3,2; колея ходовой части В, м – 2,1; координаты центра масс тягача, м – продольная (от задних колес), l_с - 2,2, высотная h_с - 1,2.

Решение. В принятом масштабе (1 см = 0,47 м) вычерчиваем схему тягача и отмечаем точку С центра масс в соответствии с заданными координатами l_с и h_с.

Под схемой тягача вычерчиваем опорный контур, представляющий собой равнобедренный треугольник высотою, равной L и с основанием, равным В.

Проектируем точку С на плоскость опорного контура – точка C`. Из точки С` восстанавливаем перпендикуляр С`К к линии ОВ.

Справа от чертежа опорного контура строим прямоугольный треугольник устойчивости с основанием e_s и высотою h_с. Угол ВpВ` этого треугольника определяет искомое значение угла боковой устойчивости тягача α<sub>sус</sub>. Данный угол определяется либо непосредственным измерением угла ВpВ` «треугольника устойчивости»,либо отношением катетов этого треугольника e_s и h_с.

 

Рисунок 2.3 – Расчетная схема колесного тягача