|
|
На роторное колесо действуют
нагрузки:
— сопротивление грунта копанию;
— силы тяжести роторного колеса и поднимаемого
ковшами грунта;
— инерционные силы, возникающие вследствие разгона
грунта.
Силы тяжести и силы инерции малы по сравнению с
сопротивлением грунта копанию, а поэтому в практических расчетах они не
учитываются.
Сопротивление грунта копанию зависит от
физико-механических свойств грунта, его гранулометрического состава, объемной
массы, связности, сцепления, внутреннего и внешнего трения, влажности,
пластичности, трещиноватости, слоистости, разрыхляемости, а также от
характера воздействия на него рабочего органа землеройной машины.
Изучение взаимодействия рабочего органа с грунтом удобно
начинать с предположения, что грунт обладает одинаковыми свойствами во всех
направлениях. В этом случае точное определение сопротивления грунта копанию
можно получить на основе теории Ю. А. Ветрова [4], учитывающей
пространственность процесса разрушения грунта. Однако применение этого метода
потребует громоздких вычислений, особенно при определении геометрических
размеров стружки с учетом различных вариантов расстановок зубьев на ковшах.
Этот метод незаменим при расчете зубьев и ковшей на прочность. В практических
же расчетах, связанных с определением усилий, передаваемых ковшами на кольца
роторного колеса, а также с определением мощностных показателей, схему
взаимодействия ковша с грунтом идеализируют. В основе этих идеализаций лежит
известное из теории упругости положение о том, что распределение внешней
нагрузки слабо влияет на напряженное состояние в элементах рассчитываемой
системы, удаленных на значительные расстояния от места ее приложения. На
основании изложенного допускаем, что силы сопротивления грунта копанию
распределяются равномерно по ширине траншеи и что все ковши работают в
одинаковых условиях, независимо от количества установленных на них зубьев и
характера их расположения. При такой идеализации действительный экскаватор
отождествляется с экскаватором, разрабатывающим грунт сплошными режущими
кромками ковшей. В этих условиях для определения касательной составляющей
сопротивления грунта копанию применяют формулу Н. Г. Домбровского [14]
Ширина стружки в этой расчетной схеме принимается равной
ширине траншеи, а для определения толщины стружки можно использовать формулы
(2.3) и (2.4) с тем, однако, отличием, что в первой из них вместо шагового
угла зубьев в ряду ф3 следует принять шаговый угол ковшей
Удельное сопротивление грунта копанию зависит от прочности
разрабатываемого грунта, геометрии зубьев, ширины и толщины срезаемой
стружки. С увеличением последней значение удельного сопротивления падает. Это
можно объяснить главным образом тем, что с изменением толщины стружки силы
трения по задней грани практически не изменяются и, кроме того, с ростом
площади поперечного сечения стружки уменьшается работа на деформацию и
разрыхление грунта. Для учета этих факторов Н. Г. Домбровский предложил
определять удельное сопротивление копанию по формуле
Все выкладки о характере касательной и нормальной
составляющих сопротивления грунта копанию справедливы, как было указано
ранее, для идеализированного роторного колеса со сплошными режущими кромками
на ковшах. Аналогичным образом нагружаются и центральные зубья реальных
ковшей, у которых режущие кромки образуют прямой угол с направлением
разработки грунта (плоскостью вращения роторного колеса). По мере удаления
зубьев от срединной плоскости их режущие кромки все больше отклоняются от
плоскости вращения, а следовательно, от направления разработки грунта.
Взаимодействие зубьев с грунтом в этом случае принято называть косым
резанием. Этот процесс отличается от обычного, лобового, резания наличием
элемента пиления. Другими словами, косое резание можно представить как
процесс отделения грунта от массива ножом, движущимся в направлении,
перпендикулярном к режущей кромке, и вдоль нее. Последнее вызывается силами,
направленными вдоль режущей
кромки и преодолевающими силы сопротивления обратного
направления. Таким образом, говоря о сопротивлении грунта копанию
нецентральными зубьями, к прежним касательной Poi и нормальной Рог следует
добавить еще одну составляющую Роз. направленную вдоль режущей кромки зуба. В
общем случае сочетания Poi, Р02 и Р0з направление вектора силы сопротивления
грунта копанию может и не совпадать с плоскостью вращения роторного колеса.
Это значит, что даже в случае однородных грунтов на нецентральном зубе
появляются боковые силы, которые стремятся сместить ротор из плоскости его
вращения.
Боковые силы влияют на прочность зубьев, карманов для их
установки, ковшей и поперечных связей роторного колеса. При симметричном
расположении зубьев на ковшах боковые силы взаимно уравновешиваются, и
роторное колесо не передает нагрузок на реборды поддерживающих и направляющих
роликов. В случае несимметричного расположения зубьев реборды роликов
воспринимают нагрузки, соответствующие векторной сумме боковых сил на каждом
зубе, взаимодействующем с грунтом.
Грунт представляет собой неоднородную по всем трем направлениям
массу в смысле указанных ранее его характеристик. Поэтому все три
составляющие сопротивления грунта копанию на каждом зубе следует
рассматривать как некоторые функции, изменяющиеся во времени по произвольным
законам и колеблющиеся относительно некоторых средних значений, которые для
касательной и нормальной составляющей представлены формулами (2.6а) и (2.8).
Отклонение случайной величины от ее среднего значения в сторону увеличения
или уменьшения последнего называется амплитудой. Динамичность нагрузки
оценивают отношением амплитуды к ее среднему значению и частотой колебаний —
количеством колебаний в единицу времени. Чем выше эти показатели, тем большие
перегрузки испытывает конструкция элементов рабочего органа, что в свою
очередь приводит к необходимости усиления прочностных характеристик этих
элементов.
|