способ повышения несущей способности основания под опорным катком прицепной машины и устройство опорного катка прицепной машины

Формула изобретения

1. Способ повышения несущей способности основания под опорным катком прицепной машины, заключающийся в увеличении габаритов катка по ширине (в) при принятом диаметре (D) жесткой опорной поверхности и заданной грузоподъемности (G), определении средних механических параметров проходимости основания - угла ( ) внутреннего трения и удельного сцепления (с), отличающийся тем, что опорную поверхности катка выполняют в виде эллипсоида вращения с радиусом поперечного сечения r 0,5в/sin( _max), где для многоразового прохождения бездорожья - угол сектора упругого полуконтакта по радиусу r опорной поверхности катка с грунтовым основанием, - угол сектора упругого полуконтакта с торфяным основанием, для одноразового прохождения бездорожья - для грунтового основания, - для торфяного основания при соответствующих стрелах прогиба основания под центром катка, где - среднее давление под катком, - «критическое» давление под центром катка, Е₀ - модуль общей деформации основания, µ ₀ - коэффициент Пуассона относительной поперечной деформации основания, - давление структурной прочности основания на растяжение.

2. Способ повышения несущей способности основания под опорным катком прицепной машины, заключающийся в увеличении габаритов катка по ширине (в) при принятом диаметре (D) жесткой опорной поверхности и заданной грузоподъемности (G), определении средних механических параметров проходимости основания - угла ( ) внутреннего трения и удельного сцепления (с), отличающийся тем, что каток выполняют в поперечном сечении в виде горизонтальной и симметричных по отношению к нему боковых конусных или только симметричных боковых конусных опорных поверхностей, составляющих угол ( _max) полуконтакта поперечного сечения катка с основанием по среднему радиусу r.

3. Устройство опорного катка прицепной машины, состоящее из горизонтальной центральной цилиндрической опорной поверхности катка и жестко примыкающих к ней с боков симметричных конусных поверхностей, отличающееся тем, что опорная поверхность катка в виде горизонтальной центральной цилиндрической и симметричных по отношению к ней боковых конусных опорных или только симметричных боковых конусных опорных поверхностей, а также в виде эллипсоида вращения выполнена под углом ( _max) полуконтакта поперечного сечения катка шириной в с основанием по среднему радиусу r 0,5в/sin( _max), где для многоразового прохождения бездорожья - угол сектора упругого полуконтакта по радиусу r опорной поверхности катка с грунтовым основанием, - угол сектора упругого полуконтакта с торфяным основанием для одноразового прохождения бездорожья, - для грунтового основания, - для торфяного основания, - угол внутреннего трения и с - удельное сцепление основания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, конкретно к способу и устройствам для повышения несущей способности основания под опорными катками прицепных машин.

Известен способ повышения несущей способности торфяного основания под опорным цилиндрическим жестким катком прицепной машины, заключающийся в увеличении габаритов (диаметра D и ширины в) катка при заданной грузоподъемности G, обеспечивающих условия p [p_cp], S [S], где p, [p_cp] - соответственно расчетное и допускаемое давление под катком на торфяную залежь, S и [S] - расчетная и допускаемая для обеспечения силы тяги Т осадка торфяной залежи, при этом значение р=k·Sⁿ, где коэффициент упругости залежи k 0,2 кгс/см³, показатель политропы n 1, значение S=(1,5G/вk)^2/3·D^-1/3 [кгс, см], максимальное давление под движущимся катком р _mах=k·S, среднее давление р_ср=(2/3) р _mах, а сила сопротивления качению колеса по торфяной залежи f_k=(3/4)(S/D)^0,5 при допускаемых значениях [р_ср] (2/3 3/4)р_A, где р_A-0,4+3,75·П/F [кгс, см], П - периметр и F - площадь отпечатка опорной поверхности катка на низинной залежи, сила тяги на прямой Т=Gf_k и на повороте T_o=(Gf_k+M_o/R _o)(R_o/R_k), где М_о=Gµв/4 - момент сопротивления повороту, µ=0,6, R_o - радиус поворота прицепной машины, R_k - радиус поворота прицепного крюка машины [1].

Недостатком известного способа повышения несущей способности торфяного основания под опорным катком прицепной торфяной машины является повышение площади его опорной поверхности при постоянстве цилиндрической формы по всей ее ширине. При цилиндрической контактной поверхности упругое взаимодействие резко ограничено низким диапазоном действующих контактных давлений, а расчетные зависимости носят эмпирический характер.

Технологический результат по способу повышения несущей способности основания под опорным катком прицепной машины, заключающемуся в увеличении габаритов катка по ширине (в) при принятом диаметре (D) опорной поверхности и заданной грузоподъемности (G), определении средних механических параметров проходимого основания - угла ( ) внутреннего трения и удельного сцепления (с), достигается тем, что опорную поверхность катка выполняют в виде эллипсоида вращения с радиусом поперечного сечения r 0,5в/sin( _max), где для многоразового прохождения бездорожья - угол сектора упругого полуконтакта по радиусу r опорной поверхности катка с грунтовым основанием, - угол сектора упругого полуконтакта с торфяным основанием, для одноразового прохождения бездорожья - для грунтового основания, - для торфяного основания при соответствующих стрелах прогиба основания под центром катка где - среднее давление под катком, - «критическое» давление под центром катка, Е_о - модуль общей деформации основания, µ ₀ - коэффициент Пуассона относительных поперечных деформаций основания, - давление структурной прочности основания на растяжение, причем каток выполняют в поперечном сечении в виде горизонтальной центральной и симметричных по отношению к ней боковых конусных или только симметричных боковых конусных опорных поверхностей, составляющих угол полуконтакта поперечного сечения катка с основанием по среднему радиусу r.

Известно устройство опорного катка прицепных торфяных машин, состоящее из жесткой цилиндрической опорной поверхности диаметром D, шириной в и заданной грузоподъемности G катка, при этом при заданном диаметре D ширина катка в = F/l, где l - длина контактной площади катка на основании, F = G/[p _cp] - площадь опорной поверхности катка, [р_ср ]=(2/3 3/4)(0,4+3,75 П/F) - среднее допускаемое давление катка на основание, П=2(в+1) [кгс, см] - периметр отпечатка катка на основании [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство опорного жесткого катка прицепной машины МТП-22А, состоящее из центральной цилиндрической опорной поверхности диаметром D и шириной в и жестко примыкающих к ней с боков симметричных конусных опорных поверхностей, сужающихся к краям колеса для снижения сопротивления основания повороту машины, при этом площадь контакта F=G/[p_cp], где G - грузоподъемность катка, [р_ср]=(2/3 3/4) (0,4+3,75 П/F) [кгс, см] - среднее допускаемое давление катка на основание при периметре П опорной поверхности отпечатка катка на основании [2].

Недостатком известных устройств опорного катка прицепной машины является пониженная несущая способность подстилающих торфяных оснований под цилиндрической опорной поверхностью катка и эмпиричность известных расчетных зависимостей по определению среднего давления под цилиндром катка.

Технический результат по устройству опорного катка прицепной машины, состоящему из горизонтальной центральной цилиндрической опорной поверхности и жестко примыкающих к ней с боков симметричных конусных поверхностей, достигается тем, что опорная поверхность катка в виде горизонтальной центральной цилиндрической или симметричных по отношению к ней боковых конусных или только симметричных боковых конусных опорных поверхностей, а также в виде эллипсоида вращения выполнена под углом полуконтакта поперечного сечения катка шириной в с основанием по среднему радиусу r 0,5в/sin , где для многоразового прохождения бездорожья - угол сектора упругого полуконтакта по радиусу r опорной поверхности катка с грунтовым основанием, - угол сектора упругого полуконтакта с торфяным основанием, для одноразового прохождения бездорожья - для грунтового основания, - для торфяного основания.

Изобретения поясняются чертежами, где на фиг.1 - общий вид прицепной машины с опорным жестким катком с центральной цилиндрической и боковыми конусными поверхностями, фиг.2 - вид А фиг.1, фиг.3 - общий вид опорного катка с конусными боковыми поверхностями, фиг.4 - жесткий каток с эллипсоидной опорной поверхностью, фиг.5 - расчетная схема НДС (напряженно-деформированного состояния) совокупной контактной поверхности под опорным катком прицепной машины в максимально упругом фазовом состоянии основания; фиг.6 - параллелограмм разложения сил в краевых точках пятна контакта; фиг.7 - графики зависимости угла максимально упругого полуконтакта с основанием от его угла внутреннего трения; фиг.8 - схема развития линий сдвига и под центром и краями контактной поверхности основания, нагруженного «первой критической» нагрузкой; фиг.8 - расчетная схема НДС контактной поверхности основания под действием «первой критической» нагрузки, совмещенная с параллелограммами разложения сил в точке А и В на границах развития зон сдвиговых (пластических) деформаций (СПД) под и за краями пятна контакта; фиг.9 - графики зависимости угла полуконтакта с основанием, нагруженного «первой критической» нагрузкой.

Устройство опорного катка прицепной машины состоит из горизонтальной центральной цилиндрической опорной поверхности 1 катка и жестко примыкающих к ней с боков симметричных конусных поверхностей 2 (фиг.1, 2) или только симметричных боковых конусных опорных поверхностей 3 (фиг.3), а также в виде эллипсоида 4 вращения (фиг.4), выполненных под углом полуконтакта поперечного сечения катка шириной в с основанием 5 по среднему радиусу r 0,5в/sin( _max), где для многоразового прохождения бездорожья - угол сектора упругого полуконтакта по радиусу r опорной поверхности катка с грунтовым основанием (фиг.5-7), - угол сектора упругого полуконтакта с торфяным основанием (фиг.7), для одноразового прохождения бездорожья - для грунтового основания (фиг.8-10), - для торфяного основания (фиг.10), ( - угол внутреннего трения и с -удельное сцепления основания.

Пример реализации способа. Основанием для катка принимаем заболоченную местность, сложенную торфом естественной влажностью =88%-93%, модулем общей деформации Е_о=1,0 МПа, =36°, с=0,02 МПа, µ₀=0,3. Наружный диаметр опорного катка прицепной машины составляет D =0,9 м, усилие на ось G=15кН. Рассчитаем при ширине в=0,7м катка радиус r его поперечного сечения и осадку. Для этого определяются параметры ( =18° и с=0,02 МПа преодолеваемой заболоченной местности. Угол сектора полуконтакта эллипсной поверхности катка в упругом и «первом критическом» для торфяной залежи фазовом состоянии составляет ,

4776, а величина соответствующих радиусов поперечного сечении катка будет равна , r_kp.I,T 2,097м. Величина среднего давления под катком составляет p_кp.I,т=0,1031 кг/см² при его соответствующей осадке S_кp.I,т=5,2626 см, где «критическое» давление под центром катка . В целях упрощения технологии изготовления эллипсоидной поверхности каток выполняют с центральной горизонтальной опорной поверхностью (фиг.1) и симметричными боковыми конусными поверхностями или с боковыми конусными поверхностями (фиг.3), являющимися осредненным радиусом r поверхности.

Предлагаемый способ повышения несущей способности грунтового и торфяного основания и устройства катков с предлагаемой опорной поверхностью повышает грузоподъемность проектируемых машин на 15%-25% при прежних габаритах опорных катков только при изменении их опорной поверхности на эллипсоидную или приближенную к ней поверхность, при этом уточнены условия одно- или многоразовой проходимости рассматриваемой местности.

Источники информации

1. Солопов С.Г., Мурашов М.В. и др. Торфяные машины (теория, расчет и конструирование). - М.: Высшая школа, 1962. - С.63-68. (Прототип по способу, аналог по устройству).

2. Лазарев А.В., Корчунов С.С. Справочник по торфу. - М.: Недра, 1982. - С.180 (Прототип по устройству).