книги / Устройство автогрейдера и расчёт рабочего оборудования
..pdfследующие допущения: вертикальная составляющая реакции грунта пре пятствует подъему отвала; вес отвала с ножом, вес поворотного круга и всей тяговой рамы сосредоточены в центре тяжести системы, нагрузка воспринимается одним механизмом подъема.
Величину Sn (в кН) без учета инерционных сил определяют по фор муле:
S n ^iP ih + G p k -P xld /lb
где Р2- сила, прижимающая отвал к грунту, кН, для общего случая можно принять Р 2 = 0,5 Р \\
Gp - сила тяжести поднимаемого оборудования, кН;
Р\ - сила сопротивления грунта, кН, Р \ = \у фсц G (здесь у - коэффи циент, учитывающий колесную формулу автогрейдера, vp = 0,75 при формуле 1x2x3 и 1x1x2, \р = 1,0 для машин со всеми веду щими колесами; (рсц - коэффициент сцепления при буксовании колес 18 ... 22 %, срсц= 0,45 ... 0,55; G - вес автогрейдера, кН).
Кроме указанных на схеме сил, в момент подъема отвала в системе возникают инерционные силы, величины которых будут зависеть от нарас тания скорости подъема отвала. В автогрейдерах при расчете подъемного механизма следует учитывать инерционные силы при скорости подъема отвала свыше 20 см/с.
Так как подъем-опускание отвала производят два гидроцилиндра, то приходящееся на каждый гидроцилиндр максимальное усилие
5п= 5 п/ 2 .
Внутренний диаметр гидроцилиндра определяют из выражения
где Рг - усилие на штоке, кН, Рг = Sn (здесь Sn - усилие, развиваемое гид
роцилиндром); |
|
Р - давление в системе, МПа; |
|
т|г- гидравлический КПД, равный « 1; |
|
Г|м - механический КПД, равный 0,85 |
0,95 (меньшее значение |
выбирать для меньшего давления). |
|
По ГОСТ 12447-80 выбирают стандартный внутренний диаметр гид роцилиндра Dp.
Диаметр штока dmопределяют по табл. 1 [7]. Мощность гидроцилиндра механизма подъёма отвала
Nr =P r V„,
где Vn - скорость движения поршня, м/с.
Механизм поворота отвала
Мощность привода механизма поворота из-за ее небольшой величины требуется определять только в случаях, когда поворот отвала производится от индивидуальных гидромоторов.
При включении механизма поворота вращательное движение совер шают отвал с ножом, поворотный круг с кронштейнами и отдельные части механизма поворота, непосредственно связанные с поворотным кругом.
Механизм поворота отвала рассчитывают для положения, когда отвал вынесен в сторону и к его концу приложена максимально возможная сила Р* (рис. 16):
PK=KF^
где К - удельное сопротивление грунта резанию, величина К при опти мальных значениях углов резания и захвата зависит от физико механических свойств грунта и находится в пределах 12...20 »Ла; FCJ- площадь поперечного сечения вырезаемой стружки грунта, м2 (см.
выше).
Рис. 16. Схема для определения усилия поворота отвала
Тогда, с учётом коэффициента динамичности кд (для расчетов прини мают 1,2), момент на поворотном круге (в кН-м) находят по формуле
А/—кр,Рк
где 1\ - расстояние от конца отвала до центра поворота круга, м.
По моменту сопротивления повороту рассчитывают мощность приво да механизма поворота отвала, кВт:
w . o £ H .
2 V
где со - угловая скорость поворота, со = — 525-, об/с (здесь Кпов - скорость Аэтв
поворота отвала, м/с; - длина отвала, м); Л - КПД механизма поворота отвала.
Механизм изменения угла резания отвала
Механизм изменения угла резания отвала рассчитывают по усилию, равному силе тяжести отвала.
Внутренний диаметр гидроцилиндра определяют по формуле
4 GOTB
D P =
Лм ’
где GQTB- сила тяжести, создаваемая отвалом, кН.
Мощность механизма изменения угла резания отвала определяют по
формуле |
~ |
|
~ |
|
jy |
G |
V |
|
_ WOTB |
Г И |
ил
где Уи~ скорость изменения угла резания отвала, м/с; т| - КПД механизма изменения угла резания отвала.
Механизм выдвижения отвала
Механизм выдвижения отвала рассчитывают по усилию, равному си ле тяжести отвала, принимая скорость выдвижения отвала для гидравличе ского привода равной 0,1 м/с:
дг G QTB • VQTR
где GQTB~ сила тяжести, создаваемая отвалом, кН; Л - КПД механизма выдвижения отвала.
Внутренний диаметр гидроцилиндра определяют так же, как и для ме ханизма изменения угла резания отвала.
Механизм выноса рассчитывают при выглубленном отвале:
^ВЫН ” (^ОТВ ^р) / 2,
где G0TBсила тяжести отвала, кН; Gp - сила тяжести рамы, кН.
Мощность механизма выноса (в кВт)
где Ув~ скорость выноса отвала, м/с; т| - КПД механизма выноса тяговой рамы в сторону.
Внутренний диаметр гидроцилиндра определяют из выражения
Мощность гидропривода определяется мощностью установленного насоса, а мощность насоса складывается из мощностей, работающих от этого насоса гидродвигателей (гидроцилиндров и/или гидромоторов):
NH=KcKy Nr,
где Кс - |
коэффициент запаса по скорости, учитывающий возможные утеч |
|
Ку - |
ки рабочей жидкости в подвижных соединениях, Кс= 1,05 |
1,2; |
коэффициент запаса по усилию (моменту), учитывающий воз |
||
|
можные потери давления на путевые и местные сопротивления, и |
|
|
потери за счет сил трения в гидродвигателях, Ку = 1,05 |
1,2 |
|
(меньшие значения - легкий режим работы гидропривода, боль |
|
|
шее - тяжелый режим); |
|
Nr - наибольшая суммарная мощность гидродвигателей, работающих в одном рабочем цикле, кВт.
РАСЧЕТ АВТОГРЕЙДЕРА НА УСТОЙЧИВОСТЬ
Расчет продольной устойчивости
В процессе работы потеря устойчивости и опрокидывание автогрей дера могут произойти при его движении по наклонной поверхности и при повороте. Автогрейдер - длиннобазовая машина, поэтому его продольная
устойчивость против опрокидывания обеспечена на уклонах, являющихся предельными по условию сцепления движителя с дорогой. Предельный угол подъема, преодолеваемый автогрейдером по условию сцепления дви жителя с дороюй (рис. 17), рассчитывают по формуле
tg ап= ф —у;
где ф - коэффициент сцепления движителя с опорной поверхностью; / - коэффициент сопротивления качению колес.
Рис. 17. Схема для определения продольной
— " устойчивости--------------— — - —
Наибольший угол подъема, преодолеваемый по условию реализации 100 % мощности двигателя, устанавливают по соотношению
sin a„=Nr\ / (G К(1+ Д
где V - скорость автогрейдера, м/с;
N - номинальная мощность двигателя, кВт; G - вес автогрейдера, кН.
Предельный уклон по условию сцепления тормозящих колес с доро гой находят из равенства
_ 1 / ц ( ф - / ) + / ^ gtXy 1,2 1 + ( ф - /) Л ц ’
где /ц - расстояние от оси передних колес до центра тяжести; L - база автогрейдера, м;
Лц - расстояние от опорной поверхности до центра тяжести автогрейде ра, м.
Расчет поперечной устойчивости
Допускаемый угол поперечного уклона по условию опрокидывания (рис. 18) составляет
tg a = 0 ,5 6 /1,2/zu,
где b - ширина колеи автогрейдера, м;
йц - расстояние от опорной поверхности до центра тяжести автогрейде ра, м.
Рис. 18. Схема для определения продольной устойчивости
Максимальную скорость движения на поворотах по условию опроки дывания находят из формулы
(0,5 b - e ) p g
Л.уст |
О |
> |
v
где Куп - коэффициент устойчивости; р - радиус поворота, м.
_ |
(0,56-с )р g |
|
“ ' |
1 >2 Л„ |
• |
По условию сцепления движителя с дорогой допускаемый угол попе речного уклона
tg a = 0,8 ф / 1,2,
где ф - коэффициент сцепления движителя с дорогой.
Максимальную скорость движения на поворотах (в м/с) по условию сцепления движителя с дорогой определяют по формуле
•^уст ~ ^2
0,8фр g
V 1.2
РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ АВТОГРЕЙДЕРА
Производительность автогрейдера при профилировании дороги опре деляют в километрах спрофилированной дороги в единицу времени. Она зависит от основных параметров автогрейдера и от условий работы.
Когда известна схема проходов автогрейдера по участку и определено число проходов, необходимое для выполнения работ при постройке земля ного полотна или корыта, производительность автогрейдера (м/смена) можно определить по формуле
11 = 60 LnpKBtC}A/T, |
(24) |
где Luр - длина участка профилирования, м; |
|
Кв- коэффициент использования машины по времени, Кй =0,8 |
0,9; |
tCM- число рабочих часов в смене, /см = 8,2 ч; |
|
Т - время профилирования, |
|
Т= 2 1пр(лi/v7+ n^/v2+ w3/v3 + +"2wfi7 |
— ~ |
здесь п\, п2) л3 - число проходов, выполняемых соответственно на первой, второй и третьей передачах коробки скоростей автогрейдера;
vi, V2, v3 - скорости соответственно на первой, второй и третьей пе редачах, м/мин;
п - общее число проходов;
t\ - время, потребное на поворот автогрейдера или поворот его отвала на 90° (1,0 0,5 мин) на концах рабочего уча стка для движения в обратную сторону.
Подставляя значения Г в формулу (24), получают
Yi ________ 30 tCMКв_______
щ |
по |
«з |
2 n t\' |
vi |
v2 |
v3 |
L |
Как видно из формулы, производительность автогрейдера при по стройке земляного полотна или корыта зависит от числа проходов, скоро сти движения и длины рабочего участка.
Число проходов зависит от рода грунта, геометрических размеров земляного полотна, которые определяют объем работ, и мощности авто грейдера.
Обычно проходы по вырезанию грунта выполняются при наименьшей скорости, когда тяговое усилие автогрейдера наибольшее; это позволяет за один проход вырезать максимальное количество грунта, сокращая тем са мым общее число проходов. Проходы, перемещения, разравнивание и пла нировка грунта выполняются на более высоких скоростях.
При выполнении автогрейдером земляных работ но возведению насы пи и устройству выемки путем перемещения грунта из выемки в насыпь отвалом, установленным под углом 90° к направлению поступательного движения, производительность подсчитывают (м3/смена) по формуле:
п = 60VtCMKB
|
|
tK v |
’ |
|
|
где V- объем грунта, перемещаемый за один цикл, м3; |
|
||||
t - время на рабочий цикл, с: |
|
|
|
|
|
Кр- коэффициент рыхления грунта. |
|
|
|
||
Перемещаемый за один цикл объем грунта |
|
||||
у |
ij2 г |
|
!(■ |
|
|
_ д |
отв |
ОТВ |
3 |
|
|
|
|
2 tg(p |
|
|
|
где Яотввысота отвала по хорде, м; |
|
|
|
||
L0TB- длина отвала, м; |
|
|
|
|
|
К3- коэффициент заполнения отвала грунтом, К3= 1,8 |
2,0; |
||||
ср - угол естественного |
откоса |
насыпного грунта, |
для расчетов |
||
принимать ф = 30 ... 40°. |
|
|
|
|
|
Время на рабочий цикл |
|
|
|
|
|
t = — + — + — + tc +10 + 2 tUi |
|
||||
VP |
vn |
v0 |
|
|
|
где /р, /п, /0 - длина пути соответственно резания, перемещения и обратно го хода, м;
VP>vn> vo - скорости при резании, перемещении и обратном ходе, м/с;
tc - |
время на переключение передач, tc= 5 с; |
t0- |
время на опускание и подъем отвала, /0= 1,5 2,5 с; |
*п - время на поворот автогрейдера в начале и конце рабочего участка, tn= 30 50 с; при работе челночным способом, ко гда обратное движение автогрейдера выполняется задним ходом, tn =0;
При рыхлении грунта или гравийно-щебеночных дорожных покрытий и оснований кирковщиком, которым обычно снабжается автогрейдер, его производительность может быть определена по формуле
где L ~ длина рабочего участка, м;
b - ширина захвата кирковщиком, м; h - глубина рыхления, м.
ПРИМЕР РАСЧЕТА КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Определение основных параметров автогрейдера
Берем за основу автогрейдер ДЗ-122. Техническая характеристика автогрейдера ДЗ-122:
Тип автогрейдера....................................................... |
|
средний |
Мощность двигателя, кВт |
|
99 |
Размеры отвала, м:_____ __ |
__ |
|
длина.......................................................................... |
|
3,72 |
высота........................................................................ |
|
0,62 |
Угол наклона отвала, град................................ |
40 ... |
90 (50) |
Угол резания, град............................................ |
30 |
70 (40) |
Угол поворота отвала, град.............................................. |
|
360 |
Вынос отвала в сторону, м |
|
0,81 |
Высота подъема отвала, м ................................................. |
|
0,4 |
Колесная формула.......................................................... |
|
1x2x3 |
Давление в гидроприводе, М Па........................................... |
|
10 |
Колея колес, м: |
|
|
передних....................................................................... |
|
2,0 |
задних............................................................................ |
|
2,0 |
База, м .................................................................................. |
|
5,83 |
Радиус поворота, м................................................................ |
|
14 |
Тип трансмиссии |
гидромеханическая |
|
Дорожный просвет, м .......................................................... |
|
0,4 |
Скорости передвижения, км/ч: |
|
|
вперед |
|
7,4 ... 43 |
назад.................................................................... |
|
7,7; 25,2 |
Габаритные размеры, мм: |
|
|
длина............................................................................ |
|
9450 |
ширина........................................................................ |
|
2500 |
высота......................................................................... |
|
3500 |
Эксплуатационная масса, т |
|
14,7 |
К основным параметрам и размерам автогрейдера (грейдера) относят ся: масса, длина L^ и высота Н отвала, боковой вынос отвала /, дорожный просвет С и заглубление отвала А, угол резания ножа а, углы захвата ср и наклона v отвала, колесная база Z,6, колея передних и задних колес Вп и В3, колесная формула АхВхД.
Определим оптимальную силу тяжести автогрейдера можно по за данным площади поперечного сечения S кювета автодороги и необходи
мому для создания земляного полотна числу проходов п: |
|||
G = J ^ |
, |
1,35-0,81 |
130 = 105>3кН) |
Ф Фсц п |
0,75 0,45 |
4 |
|
где т - коэффициент, учитывающий неравномерность сечений стружки
|
при последовательных проходах, принимают т = 1,35; |
|
||
S - площадь |
сечения треугольного |
кювета, S = 2,25 Ак2 = 2,25*0,62 = |
||
|
2 |
(здесь hK- глубина кювета, Ак= 0,6 м); |
|
|
|
= 0,81 м |
|
||
к - удельное сопротивление грунта резанию, к= 130 кПа; |
|
|||
\\f - |
коэффициент, учитывающий |
колесную формулу автогрейдера, |
||
|
\|/ = 0,75 при формуле 1x2x3; |
|
|
|
Фсц - |
коэффициент сцепления при |
буксовании колес 18 |
22 %, |
|
Фсц =0,45; п - число проходов при устройстве земляного полотна в нулевых от
метках, для грунтов II категории п = 4.
Сила тяжести автогрейдера (в кН), приходящаяся на его задний мост,
Оп = (0,7 0,75) G = 0,7*105,3 = 73,7 кН. где G- вес автогрейдера, G = 105,3 кН.
Сила тяжести автогрейдера (в кН), приходящаяся на его передний
мост,
Gi = G - G2= 105,3 - 73,7 = 31,6 кН.
Сцепной вес автогрейдера (вес, приходящийся на ведущие колеса,
кН):
Gcц= \\f\G =0,75*105,3 = 79 кН,
где ф! - коэффициент, определяемый колесной схемой автогрейдера, для схемы 1x2x3, ф1= 0,7 0,75.
Необходимая при рабочем режиме мощность двигателя
Wp.p = (^пол+ ^ Дв + ^букс) !кхл = (52,7 + 10,5 + 10,5) / 1*0,76 = 97 кВт, где Nn0J1 - полезная мощность, кВт: