Расчет конструктивных и основных силовых и эксплуатационных параметров автогрейдера

Тяговый расчет [2,5,6]

Таблица 3.1 – коэффициенты f и φ

Вид опорной поверхности	Шинноколесный движитель
шины высокого давления	шины низкого давления
f	φ	f	φ
Грунт:
рыхлый свежеотсыпанный	0,2...0,3	0,3... 0,4	0,1...0,2	0,4...0,6
слежавшийся уплотненный	0,1...0,2	0,4... 0,6	0,1...0,15	0,5...0,7

Таблица 3.2- значения коэффициентов k (при α = 45…60°) и k_n

Категория грунта	k, кг/м^2	Грунты	kn
I		связные	0,025…0,032
II		несвязные	0,06…0,07
III		--------	--------

Таблица 3.3 – величины необходимые для расчета

G, кH	Р х, кВт	Η х	пд, б/мин.	и	λ, м	δ
	95,6	0,73…0,76	1575…1800	0,98	Плотный грунт	Рыхлый грунт	0,1	0,2	0,3
0,12... 0,15	0,08... 0,1

Установлено, что при δ = 0,1 колесный движитель работает с максимальным КПД, при δ = 0,2 достигается максимальная тяговая мощность, при δ = 0,3 развивается наибольшая устойчивая сила тяги.

Движение машины возможно, если максимальное тяговое усилие Т_mах (Н) будет не меньше суммарного сопротивления движению W(Н):

Т _mах ≥ W.

Усилие Т _mах ограничено двумя факторами - мощностью привода ходового устрой­ства и условиями сцепления движителя с опорным основанием, с которыми оно связа­но зависимостями:

Т _mах(Р _х) = 1000 Р _х η_х / v; Т _mах(φ) = G φ

где Р _х- суммарная мощность двигателей механизма передвижения

(Вт);
η_х - общий КПД меха­низма передвижения (табл. 3.3);

φ - коэффициент сцепления движителя с основанием (табл. 3.1).

v - скорость передвижения (м/с);

Для шинноколесных движителей v - теоретическая скорость (м/с):

v =

где r _c- силовой радиус, м;

п_д - номинальная частота вращения вала двигателя ходового механизма (об/мин);

и - передаточное число трансмиссии.

Силовой радиус определяется как радиус недеформированного колеса r _о за выче­том наибольшей радиальной деформации шины (в центральной зоне контактной по­верхности) λ(м):

r _c = r _о – λВ.

Приближенно при движении по плотному грунту λ = (0,12…0,15) В; по рыхлому грунту - λ = (0,08...0,1) В (В - ширина профиля шины).

Фактическую скорость передвижения шинноколесной машины определяют с учетом буксования по формуле (м/с):

v _ф = v (1 - δ),

где δ - коэффициент буксования.

Совместив необходимые формулы, рассчитываем v_ф:

Полученное значение соответствует Iпередаче автогрейдера (табл. 3.6).

Имея необходимые показатели рассчитываем усилие (Т _mах(Р _х)) мощности привода ходового устрой­ства и усилие (Т _mах(φ)) сцепления движителя с опорным основанием;

Для дальнейших расчетов берем меньшее из полученных значений.

Сопротивление передвижению W (Н)складывает­ся из сопротивлений на рабочем органе машины W _p(Н), передвижению (перекатыва­нию) движителей W _пep(H) по горизонтальному пути, повороту машины W _noв(H), движению на уклоне местности W _у(Н), инерции при разгоне и торможении W _и(H) и ве­трового давления W _B(H):

W = W _p+ W _пep + W _noв ± W _у ± W _и + W _B

Из этого набора сопротивлений удерживаются только те сопротивления, которые имеют место в конкретном транспортном режиме работы машины.

Сопротивление повороту колесных машин, (рыхлый грунт);

W _noв = (0,25... 0,5) W _пep

Сопротивление движению от уклона местности;

W _у = ± тg sin α

где т - масса машины, кг;

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

α - угол подъема пути машины, (+) на подъем, (-) под уклон.

Сопротивление сил инерции при разгоне и торможении:

W _и = ± m v / t _р(т),

где v - скорость в конце разгона или начале торможения (м/с):

t _р(т) - продолжительность разгона (торможения) (с).

Сопротивление ветрового давления:

W _B = S q_B

где S - площадь, воспринимающая давление ветра (м²);

q_B = 125 – 500 - распределенная ветровая нагрузка на 1 м² (Па).

Сопротивления W _noв, W _у, W _Bи W _ив данном тяговом расчете не учитываются, так как по условию участок горизонтальный, автогрейдер движется с равномерной скоростью, а разворот совершается после выполнения операций (резание, транспортировании, укладке), а сопротивление ветрового давления незначительно при данной скорости.

Сопротивление резанью:

где k – коэффициент сопротивления резанью (табл. 3.2);

В – ширина отвала (м);

h₁ – глубина резания во время перемещения призмы грунта (м²).

где k_n – коэффициент потерь грунта при перемещении (табл. 3.2)

V_пр – объем призмы волочения(м³).

Вычисляем объем призмы волочения;

Вычисляем глубину резания во время перемещения призмы грунта;

Вычислив необходимые величины находим сопротивление резанью;

Сопротивление перекатыванию:

W _пep ≈ fG,

где f - коэффициент сопротивления передвижению движителей (табл. 3.1);

G - вертикальная составляющая внешней нагрузки на движители (Н) (табл. 3.2).

Подставив значения необходимых усилий находим сопротивление перемещению W (H);

Проверяем соответствие условию Т _mах ≥ W:

Тяговый расчет автогрейдера с модернизированным отвалом:

Вычисляем объем призмы волочения;

V '_пр =

Вычисляем глубину резания во время перемещения призмы грунта;

h₁= (0.065×0.624) ÷ 5.2 =0.0078, м²

Вычислив необходимые величины находим сопротивление резанью;

W_p= 11000×5.2×0.0078 = 446, H

Сопротивление перекатыванию:

W _пep ≈ fG,

где f - коэффициент сопротивления передвижению движителей (табл. 3.1);

G - вертикальная составляющая внешней нагрузки на движители (Н) (табл. 3.2).

Подставив значения необходимых усилий находим сопротивление перемещению W (H);

W= W_p+W_пер= 446 +20300 = 20.8 кH

Проверяем соответствие условию Т _mах ≥ W:

Условие соблюдено, тяговые характеристики автогрейдера подходят для работы в заданных условиях. Неудовлетворение указанному выше условию по тяговому усилию Т _mах(Р _х) озна­чает недостаток мощности для движения машины с заданной скоростью v. Если то же условие не удовлетворяется по усилию Т _mах(φ), то это означает, что машина не может двигаться из-за буксования движителей.

Расчет производительности автогрейдера [6]

Производительность является важнейшей выходной характеристикой машины. Ее определяют количеством продукции, произведенной машиной в едини­цу времени. Различают расчетную (теоретическая или конструктивная), техни­ческую и эксплуатационную производительность. Под расчетной (теоретической, конструктивной) производительностью по­нимают производительность за 1 ч непрерывной работы при расчетных скоростях рабо­чих движений, расчетных нагрузках на рабочем органе и расчетных условиях работы. Теоретическую производительность рассчитывают на стадии разработки конст­рукторской документации на машину, используя для этого нормативные значения рас­четных параметров и расчетных условий. Под технической производительностью понимают максимально возможную в данных производственных условиях производительность при непрерывной работе машины. Под эксплуатационной производительностью понимают фактичес­кую производительность машины в данных производственных условиях с учетом ее простоев и неполного использования ее технологических возможностей.

Таблица 3.4 - средние значения коэффициента разрыхления k _p

Категория породы по трудности разработки	Разновидность горной породы	k p
I	Песок, супесок, растительный грунт, торф	1,05...1,12
II	Легкий и лессовидный суглинок, влажный рыхлый лёсс, мягкий солончак, гравий мелкий и средний, песок, супесок и растительный грунт, смешанные со щебнем и галькой, насыпной слежавшийся грунт с примесью щебня или гальки	1,12....1,20
III	Жирная мягкая глина, тяжелый суглинок, гравий крупный, галька мелкая, щебень крупностью 15...40 мм, суглинок со щебнем пли галькой	1,20...1,25

Таблица 3.5 - коэффициент призмы k _пр

Грунты	Значение k пр при отношении H / B
0,15	0,3	0,45
Связные	0,75	0,78	0,85
Несвязные	1,15	1,20	1,50

Таблица 3.6 – параметры автогрейдера ДЗ-143

Скорости движения, м/с	Ширина отвала, мм	Высота отвала, мм
u I	u II	u III	u IV	u max	В	Н
1,9	3,5	6,4	11,7	11,7

Производительность определяем по формуле (м³/ч):

П = 3600 V _пp × k _y × k _и /(t _ц k _p),

где V _пp – объем грунта в разрыхленном состоянии (объем призмы волочения), находящийся перед отвалом в конце транспортирования, м³;

t _ц – продолжительность цикла, с;

k _y – коэффициент уклона (k _у=1, так как участок горизонтальный);

k _и – коэффициент использования автогрейдера во времени(k _и =0,85);

k _p – коэффициент разрыхления грунта, т.е. отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта такой же массы в естественно плотном состоянии (k _p =1,085 табл. 3.4).

Объем призмы волочения (м³):

V '_пр = BH ²/(2 k _пр),

где В и Н – ширина и высота отвала, м;

k _пр – коэффициент призмы, установленный экспериментально и зависящий от свойств грунта и соотношения размеров отвала (табл.2.5).

k _пр = ,

V '_пр =

Продолжительность цикла:

t _ц = l ₁/u₁ + l ₂/u₂ + l ₃/u₃ + l ₄/u₄ + n _п t _п + n _о t _о + n _пов t _пов,

где l ₁, l ₂, l ₃, l ₄ – длины пути резания, перемещения, укладки грунта и обратного хода, м;

l ₄= l ₁+ l ₂+ l ₃=10+40+15=65 м

u ₁=1,9, u ₂= u ₃=3,5, u₄=u_мах=11,7 – скорости движения на соответствующих участках пути, м/с (табл. 3.6);

t _п – время на переключение передач (t _п ≈2,5с);

t _о – время опускания и подъема отвала (t _о ≈ 4,5с);

t _пов – время разворота автогрейдера на 180° (t _пов ≈ 12,5с);

n _п=3, n _о=5, n _пов=2 – соответственно количество переключений передач, подъемов и опусканий отвала и разворотов на 180°.

t _ц= ≈81,5 с,

П = 3600 V _пp × k _y × k _и /(t _ц k _p)= 17,3 м³/ч

Дата добавления: 2015-08-20