Основные параметры кинематики поворота погрузчика с шарнирно - сочлененной рамой Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

РАЗДЕЛ I

ТРАНСПОРТ.

ТРАНСПОРТНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

УДК 621.828

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КИНЕМАТИКИ ПОВОРОТА ПОГРУЗЧИКА С ШАРНИРНО-СОЧЛЕНЕННОЙ РАМОЙ

И. В. Бояркина

Аннотация. Выполнен кинематический анализ погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой, который является основой проектирования одноковшовых фронтальных погрузчиков. Получены корреляционные функции радиусов поворота от грузоподъемности погрузчика.

Ключевые слова: режим поворота, кинематика, основные параметры, шарнирно-сочлененная рама, радиусы поворота.

Введение

Для фронтального погрузчика режимы маневрирования передним и задним ходом с минимальными радиусами поворота являются основными.

Основные параметры режима поворота

Максимальная производительность фронтального погрузчика достигается при минимальном значении времени цикла Тц . На

практике в условиях эксплуатации уменьшение времени цикла погрузчика достигается путем уменьшения или полного исключения из траектории движения погрузчика в рабочем цикле прямых отрезков траектории. Таким образом, для фронтального погрузчика режимы маневрирования передним и задним ходом с минимальными радиусами поворота являются основными. Теория поворота транспортных средств получила развитие в теории автомобиля [1]. При повороте автомобиля управляемые колеса обычно поворачиваются на углы, не превышающие 15 ^ 20°, а по времени криволинейные движения составляют малую долю от времени работы автомобиля.

В теории автомобиля хорошо изучена теория кинематики поворота автомобиля с управляемыми поворотными колесами. Средний радиус R поворота автомобиля с управляемыми колесами определяется по формуле:

1 = Ьс^впов ■ (1)

где вПОВ - средний угол поворота колес автомобиля; Ь - база автомобиля.

В базовой формуле (1) отсутствуют углы увода и боковые деформации шин. Рассмотрим с этих позиций кинематику поворота шарнирно-сочлененной рамы. Кинематикой называют раздел механики, в котором исследуются движения тел без учета действующих на них внешних сил [2]. Для машин с шарнирно-сочлененной рамой рассматривается кинематика движения для минимальных радиусов поворота при максимальных углах поворота 35 - 40°.

Поворачиваемость погрузчика - это свойство фронтального погрузчика совершать повороты с заданной кривизной движения на местности, которое обеспечивает движение в плане по траектории, заданной водителем. Чем меньше радиус поворота погрузчика, тем больше кривизна траектории и лучше повора-чиваемость погрузчика при условии обеспечения его устойчивости. Основным показателем оценки устойчивости погрузчика является радиус поворота. Для повышения устойчивости некоторые фирмы ограничивают угол складывания полурам фронтального погрузчика.

На рис. 1 показана схема кинематики поворота фронтального погрузчика на горизонтальной поверхности.

Поворот погрузчика ограничивается продольной устойчивостью машины при движении с грузом в ковше. Ширина колеи ВкоЛ

влияет на показатели устойчивости погрузчика.

Ширину колеи ВКоЛ (м) можно определять по корреляционной функции:

ВКОЛ = -0,00004бП + 0,0895QП +1,6444 , (2)

где Qп - грузоподъемность погрузчика, т.

У погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой имеется несколько радиусов поворота при перемещении в плоскости дороги. Точка О1 задней полурамы, являющаяся серединой

колеи, перемещается со скоростью V , аналогично точка О2, являющаяся серединой колеи передней полурамы погрузчика, перемещается со скоростью V2. Мгновенный центр скоро-

стеи механическом системы находится на пересечении перпендикуляров, построенных к

векторам V и V, в точке О, которая является полюсом поворота погрузчика. Вокруг центра О вращаются все точки механической системы. Скорости движения точек О1 и 02 -середины колеи задней и передней полурам зависят от положения вертикального шарнира С в базе L погрузчика.

На рис. 1 показаны три основных радиуса поворота погрузчика: Я1 - радиус поворота точки О1 середины колеи задней полурамы; Я2 - радиус поворота точки О2 середины

колеи передней полурамы; R3 - габаритный радиус поворота точки 03 ковша относительно центра поворота О.

При повороте погрузчика угловая скорость и углы складывания полурам являются постоянными величинами, поэтому скорости движения передней и задней полурам пропорциональны расстояниям до мгновенного центра скоростей:

- V — ^ _ Ц

Фпогр- ^ R2 Rз '

где (опогр - угловая скорость погрузчика при

повороте; V, У2, V - скорости соответствующих точек погрузчика.

Эксцентриситет шарнира полурам еБАЗЫ

равен отношению расстояния /^ от шарнира до оси заднего моста к базе погрузчика:

БАЗЫ

L

(3)

диус R1 уменьшается. Задние колеса движутся на меньшем радиусе R1 рядом с передними колесами, в результате чего грунт деформируется меньше, т.е. не образуется глубокая колея в грунте.

При движении колес по деформируемому грунту по одной колее можно уменьшить коэффициент сопротивления качению машины на 20-30% за счет уплотнения грунта и образования колеи в грунте. Однако, на влажных грунтах и песках этот эффект отсутствует, поэтому при движении по ним желательно, чтобы колеи задних и передних колес не совпадали.

Расчетная схема кинематики фронтального погрузчика представляет собой систему прямоугольных треугольников. Используя метод кинематических треугольников, установим

связь радиусов поворота R1 и R2 (см. рис.1).

Из треугольника ООС выразим ОС,

ОС = . (4)

где L - база машины.

Эксцентриситет еБАЗЫ имеет пределы

изменения 0 < еБАЗЫ < 1. При еБАЗЫ =0 имеем машину с управляемым задним мостом; если еБАЗЫ =1 имеем машину с управляемым передним мостом. Рассмотренные предельные случаи являются реальными и используются в технике.

Для современных погрузчиков эксцентриситет шарнира полурам находится в пределах

еБАЗЫ — 0,5 “ 0,65 .

На рис. 1 пунктиром показана точка С(0) шарнира полурам в базе погрузчика L для случая, когда /1 = /2, т.е. когда эксцентриситет базы еБАЗЫ — 0,5, при этом радиусы R1, R2

одинаковые, поэтому передние и задние колеса при повороте погрузчика движутся по одной колее. Если эксцентриситет базы еБАЗЫ > 0,5, то при повороте погрузчика

R1 < R2, передние колеса будут двигаться по круговой траектории большего радиуса R2, а задние колеса по траектории R1 меньшего радиуса, т.е. рядом. Этому случаю соответствует точка С (см. рис. 1). При увеличении размера /1, ось задней полурамы приближается к мгновенному центру скоростей, т.е. ра-

cos^

Из треугольника OCO2 найдем

R

R2 - OCcosа2 - —— cos^

-cosа2.

(5)

Таким образом, уравнение кинематики, связывающее радиусы поворота погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой имеет вид:

R1 _ cos а1

R 2 cos а 2

(6)

Аналогичным образом получена зависимость, связывающая длины и углы складывания полурам,

L cos 2 а , sin а п

cos 2 а 2 sin а

1

Радиусы поворота R1, R2 полурам погрузчика по формуле (6) пропорциональны косинусам углов а1, а2 складывания полурам, составляющих угол поворота полурам погрузчика

аПОВ - а1 +а2

(7)

Используя рис. і определим радиусы поворота R1, R2. Проецируя векторные отрезки контура O1CO2o на ось O2y получим

R sin апoв - /1 cos апoв + /2. (8)

Из (8) найдем

R - /1 cos а noB + /2 . (9)

1 sm a noB

Проецируя векторный контур O1CO2O на

ось x системы координат O2xy можно определить

R2 - R1 cos аnoB + /1 sin а

noB ■

Используя (9) найдем:

/1+/2 ^а

noB

sma

(і0)

noB

Qn, T

Рис. 2. Графическая зависимость радиусов поворота пневмоколесных фронтальных погрузчиков для размерного ряда грузоподъемностей.

Корреляционные функции связи радиусов поворота фронтальных погрузчиков с грузоподъемностью имеют вид:

R1 --0,0014Q2 + 0,2585Qn + 3,5742 ; R2 --0,0015Qn + 0,2754Qn + 3,7348 ; R3 --0,0023Q2 + 0,3884Qn + 5,2692.

(і2)

Определим габаритный радиус поворота Я3 точки ковша О3 относительно центра поворота О (рис. 1)

Д3 (Д2 + 0,5ВГ)2 +132 . (11)

На рис. 2 показаны графические зависимости радиусов поворота пневмоколесных фронтальных погрузчиков для размерного ряда грузоподъемностей.

КьКъКз, м

В таблице 1 приведены кинематические параметры режима поворота для типоразмерного ряда пневмоколесных фронтальных погрузчиков. Эти результаты можно использовать при проектировании и определении производительности погрузчиков. Получены корреляционные функции радиусов поворота Rl, R2, R3 для фронтальных погрузчиков.

Заключение

Предложены аналитические зависимости исследования кинематики поворота погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой. Появилась возможность на этапе проектирования погрузчика рассматривать кинематические параметры всего типоразмерного ряда одноковшовых фронтальных погрузчиков с шарнирно-сочлененной рамой.

Библиографический список

1. Вахламов В. К. Автомобили: Конструкции и эксплуатационные свойства:. -М.: Изд-во «Академия»,2009.-480 с.

2. Тарасов В. Н., Бояркина И. В., Коваленко М. В., Федорченко Н. П., Фисенко Н. И. Теоретическая механика. - М.: Изд-во Транс-Лит,2010. -560 с.

THE MAIN PARAMETERS OF THE KINEMATICS OF THE TURNING TRUCK WITH A HINGED - ARTICULATED TRUCKS

I. V. Boyarkina

Kinematic analysis performed with the truck articulated, which is the basis for design of single-bucket loaders. Correlation functions of the radii of rotation of the lift truck.

Бояркина Ирина Владимировна - к.т.н., доцент Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное

направление научных исследований - аналитическое проектирование энергосберегающего рабочего оборудования стреловых погрузочно-транспортных машин. Имеет 51 опубликованную работу.