Статическая устойчивость шарнирно-сочлененного фронтального погрузчика на косогоре

Аннотация

Оценивается статическая устойчивость по опрокидыванию шарнирно-сочлененного колесного погрузчика в зависимости от его положения на косогоре.

Полный текст

Грузоподъемность фронтального погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой определяется как доля предельной нагрузки по опрокидыванию [1]. Предельная нагрузка по опрокидыванию на горизонтальной плоскости определяется углом складывания γ [2-4]. При работе на косогоре [5] предельная нагрузка по опрокидыванию машины может быть значительно ниже, так как она зависит от угла наклона косогора и положения машины на нем. Для характеристики положения машины на косогоре введем угол β, отмеряемый от поперечного положения склона (рис. 1). Таким образом, статическая устойчивость погрузчика на косогоре определяется тремя углами: углом α наклона косогора, углом β положения машины (β = 0° - машина поперек склона) и углом g поворота передней части относительно задней. Рассмотрим подробнее зависимость предельной опрокидывающей нагрузки от каждого из этих углов. Для этого рассмотрим равновесие неподвижного погрузчика. Введем следующие системы координат: X0Y0Z0 - горизонтальная система координат, связанная с плоскостью π0; XYZ - система координат, связанная с плоскостью косогора π; X1Y1Z1 - система координат, связанная с машиной. На косогоре на неподвижный погрузчик с расторможенными колесами действуют силы: - веса , направленные перпендикулярно плоскости π0; - нормальных реакций на колесах , направленные перпендикулярно плоскости косогора π; - поперечные силы сдвига , направленные поперек колес. Выбор системы координат определяется количеством преобразований векторов сил и координат точек приложения этих сил. При записи уравнений равновесия в горизонтальной системе X0Y0Z0 или наклонной системе косогора XYZ необходимо выполнить шестнадцать преобразований: - восемь для векторов нормальных и касательных реакций сил и ; - восемь для координат точек приложения сил (четыре точки опоры колес и четыре точки приложения сил веса). При записи уравнений равновесия в системе координат X1Y1Z1, связанной с машиной, таких преобразований остается четыре, поскольку в этом случае преобразованию подвергаются только координаты векторов сил веса . Запишем условия равновесия в системе X1Y1Z1. При переходе от системы X0Y0Z0 к системе X1Y1Z1 векторы сил веса преобразуются пo формулам [6]: , (1) где - вектор силы веса в системе X1Y1Z1; - вектор силы веса в системе X0Y0Z0; - матрица перехода от системы X0Y0Z0 к системе X1Y1Z1. Матрица A представляет собой произведение матрицы A1, описывающей поворот вокруг оси Z на угол β в плоскости косогора, и матрицы A0, описывающей наклон вокруг оси Y на угол α [7]: ; (2) ; (3) . (4) Момент силы веса относительно центра имеет вид [8]: , (5) где - радиус-вектор точки приложения силы веса; - сила веса. Координаты момента силы относительно центра (5) - это моменты силы относительно осей: (6) Тогда условия равновесия машины в системе машины X1Y1Z1 можно записать в виде семи уравнений равновесия [4] с учетом уравнений (1) и (6): - три уравнения равновесия в виде равенства нулю суммы проекций всех сил на оси X1Y1Z1; - три уравнения равновесия в виде равенства нулю суммы моментов всех сил относительно осей X1Y1Z1; - одно уравнение равновесия балансирной части в виде равенства нулю момента в шарнире. В условиях предельного опрокидывания (начало отрыва наружного заднего колеса, P2 = 0 и T2 = 0) в качестве неизвестных выступают: - три неизвестные вертикальные реакции на оставшихся колесах ; - три неизвестные сдвигающие касательные реакции на оставшихся колесах ; - одна неизвестная величина предельной опрокидывающей нагрузки в ковше. Для анализа влияния угла косогора α и положения машины на нем (угла β) проведены расчеты на примере погрузчика ПК-5 с задним балансиром производства ООО «ЧТЗ-Уралтрак». Результаты представлены на рис. 2. Из графика на рис. 2, а видно, что зависимость опрокидывающей нагрузки в ковше от угла складывания g сохраняется при любом угле α наклона косогора. Значение предельной по опрокидыванию нагрузки с ростом угла α наклона косогора падает (см. рис. 2, б). При работе на площадке с наклоном к горизонту α = 5о предельная опрокидывающая нагрузка при полном угле складывания g снижается почти в 3 раза. Из представленных данных следует, что расположение машины поперек склона (β = 0°) не самое опасное. При малых углах складывания предельная опрокидывающая нагрузка значительно уменьшается с увеличением угла поворота в плоскости косогора. С ростом угла β предельная опрокидывающая нагрузка снижается. Таким образом, работа погрузчика должна быть организована так, чтобы в процессе движения машины с грузом в ковше остановка на косогоре осуществлялась в положении отрицательного угла β (траектория положений направлена выпуклостью вниз).