MB3.pdf

POLITECHNIKA WARSZAWSKA

INSTYTUT MASZYN ROBOCZYCH CIĘŻKICH

LABORATORIUM MASZYN ROBOCZYCH

ĆWICZENIE MB3

WSPÓŁPRACA MASZYN ROBOCZYCH

Z OŚRODKIEM GRUNTOWYM -

BADANIE UKŁADU GĄSIENICOWEGO

INSTRUKCJA

Opracowanie:

Andrzej Selenta, Jan Maciejewski, Marek Poncyliusz, Sebastian Bąk

Warszawa 2012

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest obserwacja i zrozumienie współpracy gąsienicowego układu jezdnego z

ośrodkiem gruntowym, zapoznanie z najczęściej stosowanymi rodzajami płyt nośnych,

będących podstawowymi elementami wieloogniwowych pasów gąsienicowych, stosowanych w

maszynach budowlanych oraz poznanie wpływu ich wybranych cech konstrukcyjnych na siłę

jazdy generowaną w podłożu. Zasadniczym celem ćwiczenia jest wyznaczenie zależności

pomiędzy siłą jazdy a poślizgiem.

Najczęściej stosowane rodzaje płyt gąsienicowych .

Ze względu na właściwości różnych płyt gąsienicowych producenci oferują szereg rozwiązań

o szerokim lub specjalnym zastosowaniu. Płyty gąsienicowe pasów wieloogniwowych mogą być

wykonane z metalu, bądź z tworzyw sztucznych (zazwyczaj z utwardzonego poliuretanu).

Najczęściej używanym materiałem, z którego wykonuje się stalowe płyty gąsienicowe maszyn

budowlanych (podobnie jak gąsienice czołgów) jest austenityczne manganowe staliwo stopowe

Hadfielda, o zawartości węgla 1,0-1,4% i 12,0-14,0% manganu. Walcowane wzdłużnie

elementy (bądź ostatnio odkuwane) są następnie indukcyjnie hartowane.

Charakterystycznymi cechami części maszyn wykonanych ze staliwa Hadfielda są:

− duża odporność na zużycie przy wysokich naciskach i naprężeniach;

− twardość rosnąca wraz ze wzrostem temperatury elementu.

Należy w tym miejscu stwierdzić, że podczas pracy gąsienicowych maszyn na podłożach

charakteryzujących się wysoką wartością współczynnika tarcia zewnętrznego (tarcia

występującego dla pary ciernej: stal-podłoże ), jakimi są np. rozkruszone bryły skał

metamorficznych i wulkanicznych, temperatura występująca na powierzchni kontaktu płyt

gąsienicowych z tymi cząstkami przekracza niekiedy poziom 600°C. W związku z tym, rosnąca

wraz z temperaturą twardość powierzchni płyty jest bardzo istotną cechą zwiększającą jej

żywotność.

Rys. 1. Spycharka CAT D11R (bez lemiesza)

Wśród rozwiązań konstrukcyjnych stalowych płyt gąsienicowych, stosowanych w maszynach

budowlanych, możemy wyróżnić trzy podstawowe:

− płyty jednoostrogowe (stosowane głównie w spycharkach-zrywarkach); na rys. 1

przedstawiono spycharkę firmy CAT, wyposażoną w płyty z pojedynczą, wysoką ostrogą

o prostopadłościennym kształcie, zapewniającą dobrą penetrację w grunt i dużą wartość

dodatkowej siły jazdy, wywołanej jej obecnością, lecz wywołującą istotne opory podczas

skrętu maszyny (rys. 4a);

−

płyty dwuostrogowe, stosowane najczęściej w ładowarkach gąsienicowych oraz

opcjonalnie w koparkach; na rys. 2 przedstawiono płyty z dwiema średniej wysokości

ostrogami, zapewniającymi mniejszą wartość dodatkowej siły jazdy, ale powodującymi

słabsze opory skrętu i mniejsze zniszczenie sztywnej nawierzchni (rys. 4b);

−

płyty trójostrogowe (stosowane zasadniczo w koparkach gąsienicowych - rys. 3) - z

trzema niskimi ostrogami, zapewniającymi najmniejszą penetrację ostróg w podłoże, a co

za tym idzie najmniejsze opory skrętu i stopień zniszczenia sztywnego podłoża, jednakże

przy najmniejszej wartości dodatkowej siły jazdy wywołanej ich obecnością (rys. 4c).

Rys. 2. Ładowarka gąsienicowa CAT 973C

Rys. 3. Koparka hydrauliczna LIEBHERR R900

Rys. 4. Standardowe typy płyt gąsienicowych maszyn budowlanych, produkowane w wielu

rozmiarach przez włoską firmę BERCO: (a) płyta spycharkowa; (b) płyta ładowarkowa; (c) płyta

koparkowa

Rys. 6. Gąsienica koparki LIEBHERR 994D

Rys. 5. Pas z przyciętymi ostrogami włoskiej firmy

Berco

Jak widać na powyższych rysunkach, w większości stosowanych maszyn roboczych płyty

pasów gąsienicowych posiadają ostrogi przeciwślizgowe. Ich głównym zadaniem jest

zwiększanie rozwijanej na danym podłożu siły jazdy, czyli reakcji tego ośrodka na ich ścinające

działanie. Ostrogi te posiadają najczęściej formy trapezoidalne i umieszczane są poprzecznie w

stosunku do pasa gąsienicy. Najprostszą i najtańszą w produkcji formę trapezoidu wzbogaca

się czasami przez np. skośne ścięcia (pod kątem 30 ÷ 50° - rys. 5), bądź promieniowe

zaokrąglenia bocznych wierzchołków (w celu przeciwdziałania wyłamywaniu się wierzchołków

w zwartych, bądź kamienistych ośrodkach).

W większości przypadków płyty gąsienicowe powstają na drodze walcowania dłużyc

stalowych, które następnie tnie się w poprzek otrzymując płyty dowolnej szerokości (z

identyczną ostrogą). Niektóre płyty są odkuwane, w szczególności te, które mają mieć

poprzeczną fałdę, równoległą do ostrogi (ostróg).

W ostatnich latach coraz większą popularność zdobywają płyty odlewane. Początkowo

wykonywano w ten sposób jedynie płyty gładkie, przeznaczone do koparek wielonaczyniowych

lub żurawi samojezdnych. Specjalizująca się w wytwarzaniu elementów podwozi gąsienicowych

włoska firma BERCO, zaprezentowała płyty odlane wraz z krzywoliniowymi ostrogami,

utrudniającymi boczny wypływ spod obciążonej płyty śniegu, bądź mało zwięzłego gruntu (rys.

6). Tego rodzaju pasy gąsienicowe są przeznaczane głównie dla największych maszyn, ze

względu na wysoki koszt wytwarzania płyt

Siła jazdy generowana przez płyty płaskie.

Przez siłę jazdy rozumie się reakcję podłoża na niszczące działanie elementów układu

jezdnego przesuwających się po podłożu, natomiast przez siłę uciągu - siłę będącą nadwyżką

siły jazdy nad wspomnianymi oporami toczenia. W ogólnym przypadku prawdziwym jest zapis

wektorowy wspomnianej różnicy sił (1), tj.

P u =P j -P f .

(1)

W przypadku prostoliniowej jazdy maszyny po płaskim podłożu można założyć, że skalarny

zapis równania (1) także będzie prawdziwy.

Załóżmy, że maksymalna wartość siły jazdy, generowanej przez płaski pas gąsienicowy

oznaczona będzie jako P jmax , a dodatkowa siła powstającą wskutek istnienia ostróg będzie

miała nazwę ∆P jmax .

Określenie maksymalnej wartości siły jazdy otrzymywanej w konkretnym podłożu, przez

znany układ jezdny, związane jest z przyjętym stopniem uproszczenia tego układu. Układ

jezdny wolnobieżnej maszyny gąsienicowej, zastosowany w badaniach J.Y.Wonga (będących

nadal najlepiej opisującymi rzeczywistość) został przedstawiony na rys. 7.

Pas gąsienicy stanowi łańcuch połączonych ze sobą sztywnych, bezostrogowych płyt

przenoszących w głąb odkształcalnego podłoża nacisk pojazdu. W przedstawionej na rysunku

maszynie, stosunek podziałki rolek nośnych t k (odległości pomiędzy rolkami, przy założeniu

równomiernego ich rozstawienia) do podziałki łańcucha gąsienicy t g jest większy niż 2,5.

Rys. 7. Model wolnobieżnej maszyny gąsienicowej wg Wonga [1]

W takim przypadku rozkład ciśnień w warstwie kontaktowej podłoża z pasem gąsienicy może

wyglądać jak na rys. 8. Nacisk nie przenosi się równomiernie, lecz przenoszony jest zasadniczo

przez płyty kontaktujące się z rolkami, a w przestrzeniach pomiędzy nimi jest wielokrotnie

mniejszy. Kiedy środek masy maszyny nie leży w połowie długości strefy styku gąsienicy z

gruntem, lecz jest wzdłużnie przesunięty, lokalne wartości szczytowe narastają w takim samym

porządku (przesunięcie poprzeczne, w większości maszyn niewielkie, nie jest zazwyczaj brane

pod uwagę).

W maszynach budowlanych rolki nośne rozstawione są gęściej i przyjmuje się, że jeżeli

t k /t g ≤1,7÷1,9 (a jest tak w większości maszyn - rys. 9), to rozkład nacisków można traktować w

przybliżeniu jako rozkład równomierny, trapezowy lub trójkątny (w zależności od wartości

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: