РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАГРУЖЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОЙ
ПОРТАЛЬНОЙ МАШИНЫ
2.1. Обоснование расчетной схемы нагружения несущей системы портальной машины
В основу расчетной схемы портальной подъемно-транспортной машины на
пневмоколесном ходу положен принцип разделения на подсистемы с выделением и
заменой элементарных блоков их динамическими аналогами. Учитывая, что расчетная
схема, какой бы сложной она не была, не может полностью отражать картину
динамического нагруженного состояния портальной подъемно-транспортной машины, а
также специфику эксплуатации, в расчетах используется метод независимого
изучения вертикальных и горизонтальных колебаний, а также напряженного
состояния элементов рамы несущей системы, тем более, что это не противоречит
результатам исследований, полученным другими авторами: Тимошенко С. П., Пановко
Я. Г., Яценко Н. Н. [75,88].
Обобщенные координаты необходимо выбирать таким образом, чтобы получить по
возможности наиболее простую систему дифференциальных уравнений движения. Кроме
того, обобщенные координаты выбираются таким образом, чтобы рассчитываемая
система не имела динамической связи между этими координатами.
Подъемно-транспортная портальная машина может быть представлена механической
системой тел, связанных между собой упругими и упруго-диссипативными связями,
имеющей 6 степеней свободы [73,77]. Независимые координаты выбираем, исходя из
ниже приведенных выкладок.
В продольной вертикальной плоскости портальной машины принимаем 3 степени
свободы (Рис. 2.1), которые определяют вертикальные динамические нагрузки для
случая возмущенного движения портальной машины. В поперечной вертикальной
плоскости – 2 степени свободы, которые определяются колебаниями, вызванными
боковой упругостью шины (обобщенная координата z1) и крутильной жесткостью
лонжерона (обобщенная координата z2). С учетом выше сказанного, в поперечной
вертикальной плоскости не вводится обобщенная координата в виде угла поворота.
При прямолинейном возмущенном движении определяющие нагрузки в продольной
вертикальной плоскости подъемно-транспортной портальной машины зависят от двух
обобщенных координат: координаты центра масс несущей конструкции (y1) и угла
поворота системы в продольной вертикальной плоскости (j). С учетом изгибной
жесткости лонжерона вводится третья обобщенная координата (y2) – обобщенная
координата центра масс поддона с грузом.
На рисунке 2.1 представлена схема полного динамического нагружения несущей
системы подъемно-транспортной портальной машины при преодолении дорожных
препятствий и неровностей технологических дорог предприятий.
С учетом того, что распределение масс машин и жесткостей упругих связей
практически симметрично относительно серединной продольной плоскости [75],
колебательная система (несущая система портальной машины) может представляться
двумя независимыми системами, одна из которых отражает колебания в продольной
вертикальной плоскости, а другая – поперечные колебания его подрессоренных и
неподрессоренных масс. Далее будем рассматривать нагружение портальной несущей
системы в продольной вертикальной плоскости; нагружение несущей системы – в
поперечной вертикальной плоскости и частный случай фронтального наезда колесом
на препятствие. Таким образом, рассматривая механизм формирования внешних
нагрузок на несущую систему портальной машины, выделяем наиболее характерные
режимы движения: движение по неровностям горизонтального участка дороги;
кососимметричное преодоление препятствия; фронтальный наезд передним колесом на
бордюр. Последние определяют расчетные нагрузки для основных силовых элементов
несущей системы.
Рис.2.1. Расчетная схема полного динамического нагружения несущей системы
портальной подъемно-транспортной машины
PP – вертикальная нагрузка на лонжероны; Pд – сила ударного взаимодействия при
фронтальном наезде на бордюр; Pz – боковая сила при кососимметричном наезде на
бордюр; y1 – обобщенная координата центра массы несущей конструкции; y2 –
обобщенная координата центра массы поддона с грузом; j – угол поворота системы
в продольной вертикальной плоскости,; z1 – обобщенная координата колеса в
поперечной плоскости; z2 – обобщенная координата поддона с грузом; x –
обобщенная координата центра массы поддона с грузом в продольной горизонтальной
плоскости.
2.2. Формирование вертикальных нагрузок на несущую систему портальной машины
Основные расчетные нагрузки на несущую систему подъемно-транспортной портальной
машины формируются в процессе возмущенного движения в продольной вертикальной
плоскости. На рис.2.2 представлена расчетная схема этой машины; приняты
следующие обозначения: 1 – шина пневматического колеса; 2 – стойка; 3 –
лонжерон; 4 – направляющая штанга; 5 – грузоподъемная штанга; 6 – поддон с
грузом.
Для некоторых портальных несущих систем наряду с грузоподъемными имеют место
направляющие штанги [55]. Эти конструктивные элементы разгружают грузоподъемные
штанги от изгибающих моментов и существенно влияют на динамическую расчетную
схему. И если в работе [35] рассмотрен общий случай нагружения грузоподъемных
штанг, то в настоящей мы будем придерживаться разграничения функций
направляющих и грузоподъемных штанг.
В этой связи главной особенностью портальной несущей системы с направляющими
штангами является то, что последние позволяют перемещение поддона с грузом в
вертикальном направлении и препятствуют горизонтальным перемещениям в
продольном и поперечном направлениях. Это обстоятельство мы учитываем при
разработке математической модели возмущенного движения машины в продоль