2. Основы расчета асфальтоукладчиков

Исходными данными для расчета и проверки правильности выбора параметров основных механизмов и двигателей асфальтоукладчика являются производительность П, т/ч; ширина укладки В, м; толщина укладываемого слоя h, м; масса укладчика m_M, т, и некоторые другие характеристики приведенные в прил. П. 1.

Расчет основных технологических параметров

В технологическом расчете сначала определяется необходимое количество смеси, загружаемой в приемный бункер укладчика, т:

, (1.1)

где П – производительность асфальтоукладчика, т/ч;

t_o – время от момента освобождения от смеси предыдущего автосамосвала до начала разгрузки следующего при "подпоре" самосвалов (при хорошей организации работ) (t_o = 2,0...2,5 мин).

Требуемая геометрическая вместимость приемного бункера, м³:

, (1.2)

где k_n – коэффициент наполнения бункера (k_n = 0,6 ... 0,7);

γ_н – насыпная объемная масса асфальтобетонной смеси (γ_н = 1,8 т/м³).

Рабочая скорость передвижения асфальтоукладчика при непрерывном движении, необходимая для обеспечения заявленной производительности, м/мин:

, (1.3)

где В_max – максимальная ширина укладки, м;

h_max – максимальная толщина укладываемого слоя, м;

γ_у – объемная масса уложенной смеси, γ_у = 2,0 т/м³.

Полученное значение рабочей скорости необходимо сравнить с максимальной рабочей скоростью υ_р, приведенной в технической характеристике (табл. П.1.1).

На самоходных асфальтоукладчиках наибольшее распространение получили двухсекционные питатели, работающие по принципу погруженных скребков. Суммарная производительность питателей должна быть равна 1,5 П. Из этого условия выбирается скорость движения скребков, м/мин:

, (1.4)

где l_c – длина скребков, м;

h_n3 – высота подъёма заслонки, м;

k_v – коэффициент скорости, k_v = 0,8;

k_уп – коэффициент, учитывающий уплотнение смеси скребками питателя,

k_уп = 1,05.

Длина скребков в зависимости от типоразмера асфальтоукладчика составляет 0,45 … 0,76 м. Максимальная высота подъема заслонки принимается равной h_n3 = 0,33 l_c. Скорость движения скребков питателей современных асфальтоукладчиков составляет 30 … 45 м/мин.

Для распределения асфальтобетонной смеси по ширине укладываемой полосы применяют в основном шнековые распределители, состоящие из двух шнеков, производительность которых должна быть на менее производительности питателя. Для обеспечения этого условия их частота вращения должна быть равна, мин ^–1:

, (1.5)

где D_w – диаметр шнека, м;

t_w – шаг шнека, м;

k_np – коэффициент снижения производительности из-за проскальзывания и прессования материала, k_np = 0,9...0,95;

k_3c – коэффициент заполнения сечения, k_3c = 0,7.

Размеры шнеков обычно принимают D_w = 0,3 … 0,4 (м) и D_w = t_w. Частота вращения шнеков современных асфальтоукладчиков регулируется в пределах 30 … 142 мин ^–1.

Тяговый расчет асфальтоукладчика

Тяговый расчет асфальтоукладчика заключается в проверке возможности движения машины по тяговым возможностям движителя:

(1.6)

где – сила тяги по сцеплению движителя машины с опорной поверхностью, кН;

– сумма всех сопротивлений, возникающих при работе укладчика, кН:

Т_сц = G_сц, (1.7)

где – коэффициент сцепления движителя машины с опорной поверхностью ( ~ 0,65 для колесного движителя, ~ 0,8 для гусеничного движителя);

G_сц – сцепной вес асфальтоукладчика, кН:

G_сц = θ_сц m_o g, (1.8)

где θ_сц – коэффициент использования веса в качестве сцепного (θ_сц ≈ 0,8 для колесного укладчика, θ_сц = 1,0 для гусеничного укладчика);

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

m_o – общая масса машины, т,

m_o = m_м – для колесного укладчика, т;

m_o = m_м + m_сб – для гусеничного укладчика,

где m_м – масса асфальтоукладчика, т:

m_сб – вместимость бункера, т.

При работе асфальтоукладчиков возникают следующие сопротивления: сопротивление перемещению асфальтоукладчика и призмы смеси груженого автосамосвала; сопротивление сил трения рабочих органов по поверхности смеси; сопротивление от сил инерции автосамосвала и асфальтоукладчика при движении после их остановок; сопротивления перерезыванию потока смеси.

Сопротивление перемещению асфальтоукладчика, кН:

(1.9)

где f_к – коэффициент сопротивления перемещению асфальтоукладчика (f_к = 0,02 … 0,03 для колесного укладчика и f_к = 0,06 … 0,07 для гусеничного укладчика);

i – наибольший продольный уклон покрытия; i = 0,03…0,07.

Сопротивление сил трения рабочих органов по поверхности укладываемой смеси, кН:

(1.10)

где m_p – масса рабочих органов (m_p ≈ 0,25 m_м), т;

– коэффициент трения скольжения рабочих органов по смеси ( = 0,5 …0,6).

Сопротивление перемещению призмы смеси, увлекаемой уплотняющим брусом, кН:

(1.11)

где - коэффициент внутреннего трения смеси ( = 0,7…0,8);

m_пp – масса призмы смеси, т,

m_пр = В_max (h_max – h_min)² q_см, (1.12)

где h_min – минимальная толщина укладываемого слоя (по условиям технологии укладки смеси h_min = 0,03 м), м;

q_см – плотность неуплотненной смеси (q_см = 1,8 т/м³), т/м³.

Сопротивление перемещению груженого автосамосвала, кН:

(1.13)

где m_а – масса груженого автосамосвала (m_а ≈ 1,8 m_сб), т.

Сопротивление от сил груженого автосамосвала и асфальтоукладчика при возобновлении движения после вынужденных остановок, кН:

, (1.14)

где υ_р – рабочая скорость движения, м/мин;

t_p – время разгона; t_p = 1…2 с.

W = W₁ + W₂ + W₃ + W₄ + W₅. (1.15)

Мощностной баланс асфальтоукладчика

При определении мощности двигателя асфальтоукладчика необходимо учитывать мощность на перемещение асфальтоукладчика, привода питателя, шнека, уплотняющего бруса, вспомогательных механизмов и механизмов управления.

Мощность, затрачиваемая на перемещение асфальтоукладчика, кВт:

(1.16)

где – КПД трансмиссии привода движителя ( ≈ 0,85).

Мощность привода скребкового питателя N_п расходуется на перемещение и подъем материала, на преодоление сил трения, возникающих между слоем смеси, находящейся на питателе и в бункере. При горизонтальном расположении питателя мощность, кВт:

(1.17)

где L – максимальный путь перемещения смеси, (L ≈ 0,7 В_min) м;

В_min – минимальная ширина укладки, м;

k – коэффициент, учитывающий расход смеси через распределитель (для скребкового питателя k = 1);

ω – коэффициент, характеризующий свойства смеси (для асфальтобетонной смеси ω = 2…3);

– КПД привода питателя (  0,87).

Мощность привода двух распределительных шнеков N_ш подсчитывают по формуле (1.17). При этом принимают k_ш = 0,6; L_ш = 0,5 (В_max – 0,6); ω_ш = 5.

Мощность привода трамбующего бруса N_бр расходуется на преодоление сил трения бруса о выглаживающую плиту под действием давления, оказываемого пружиной S_пр, и сопротивлением перемещению призмы смеси W₃, а также на преодоление сил сопротивления среды Р при ее уплотнении (рис. 1.2).

Сила трения трамбующего бруса о выглаживающую плиту

(1.18)

где – усилие поджатия пружины ( = 0,5 …0,7 кН), кН;

W₃ – сопротивление перемещению призмы смеси перед трамбующим брусом, определяемое по формуле (1.11);

f₃ – коэффициент трения трамбующего бруса о плиту ( f₃ = 0,2 …0,3).

Рис. 1.2. Схема сил, действующих на трамбующий

брус асфальтоукладчика

Сила трения трамбующего бруса о смесь при его возвратно-поступательном движении

. (1.19)

Суммарное сопротивление силам трения

(1.20)

При движении бруса вниз удельное сопротивление со стороны смеси при малой ширине бруса можно принять постоянным и равным р₁. Тогда суммарная сила давления бруса на смесь при движении вниз

(1.21)

где А_бр – площадь контакта трамбующего бруса со смесью, м²:

А_бр = В_max b_б, (1.22)

где b_б – ширина кромки бруса (b_б = 0,013 …0,015), м.

Для горячего асфальтобетона в начале уплотнения р₁ = 10 кПа.

Работа суммарной силы трения при уплотнении материала, кДж, за один оборот вала привода

(1.23)

где е – эксцентриситет вала привода бруса (е = 0,003 … 0,005 м), м.

Мощность привода трамбующего бруса, кВт:

(1.24)

где п – частота колебаний трамбующего бруса (п = 25 … 30 Гц), Гц;

– КПД трансмиссии привода ( ≈ 0,87);

β – коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки вследствие сил инерции и собственного веса бруса (β = 1, 3…1,4).

Мощность привода вспомогательных механизмов (топливного насоса, воздуходувки, мешалки и пр.) составляет N_всп = 2,0…2,5 кВт.

Общая мощность двигателя асфальтоукладчика равна сумме мощностей, расходуемых на передвижение машины и работу его рабочих органов:

(1.25)

Общая расчетная мощность двигателя N должна быть не меньше мощности установленного двигателя N_дв:

N_дв  N. (1.26)

После проверки мощности двигателя на рабочем режиме проверяют возможность перемещения укладчика с максимальной транспортной скоростью v_тр (м/мин) на горизонтальном участке:

. (1.27)