6.1 Последовательность выполнения задания

Главный параметр автогрейдера (полныйконструктивный вес)– можно определить по заданным площади поперечного сеченияS кювета автодороги и необходимому для создания профиля земляного полотна числу проходов n:

кН, (6.1)

где К_с – коэффициент, учитывающий неравномерность сечений стружки при последовательных проходах; S – площадь cечения треугольного кювета автодороги, м² (S = 2,25h², где h – глубина кювета, м);

К_рез – удельное сопротивление грунта резанию, кПа (табл. 6.2);

ε – коэффициент, учитывающий колесную формулу автогрейдера (развеску колес по осям), (при формуле 112, 123, 133 значение ε = 0,7÷0,75, для машин со всеми ведущими колесами ε = 1, это 333, 133, 222);

_сц – коэффициент сцепления колес автогрейдера с грунтом при буксовании 18÷22%, (при котором тяговая мощность близка к максимальной), (табл. 6.3);

n – число проходов машины при устройстве земляного полотна в нулевых отметках.

Длина отвала (рис. 6.1) рассчитывается по формуле

м, (6.2)

гдеm_а– масса автогрейдера, т (m_а= G_А/g).

Рис. 6.1 Ходовое устройство автогрейдера

Высота отвала (рис. 6.2)

м. (6.3)

База двухосного автогрейдера выбирается из условия возможности разворота отвала

м, (6.4)

где D–внешний диаметр шины (колеса) в статическом положении, м;

В– длина отвала, м;

b– колея автогрейдера,м;

Δ – минимальный зазор между отвалом и шиной, Δ = 50÷60 мм.

Колея автогрейдера рассчитывается по формуле

м. (6.5)

База трехосного автогрейдера

м, (6.6)

Рис. 6.2 Поперечный профиль отвала автогрейдера

В поперечном сечении профиль отвала обычно очерчивается по дуге окружности (рис. 1). При таком профиле стружка вырезаемого грунта, перемещаясь по отвалу вверх, поворачивается на нем в направлении его движения и, дойдя до верхней кромки отвала, рассыпается или опрокидывается перед ним, образуя призму грунта.

Отвалы изготавливают с постоянным радиусом кривизны

м, (6.7)

где  – угол резания, град.;

ψ₁– угол опрокидывания отвала, град.

Конструктивный радиус кривизны отвала

м. (6.8)

Окончательно принимаем меньший радиус кривизны отвала.

Центральный угол отвала

град. (6.9)

На первой рабочей скорости, для режима максимальной тяговой мощности, с учетом коэффициента буксования δ, двигатель автогрейдера должен развивать максимальну мощность необходимую для копания

кВт, (6.10)

гдеv_ф –фактическая скорость перемещения машины на первой передаче, км/ч;

δ – коэффициент буксования;

ω–коэффициент сопротивления качению колес при передвижении, (табл. 6.3).

ψ–коэффициент, учитывающий уменьшение мощности, двигателя в условиях неустановившейся нагрузки;

η–КПД трансмиссии (η= 0,83÷0,86).

Мощность двигателя для транспортного режима

кВт, (6.11)

где v_макс–заданная максимальная скорость движения автогрейдера, составляющая 35÷50 км/ч.

По большему из полученных значений мощности N_коп или N_тр с учетом коэффициента запаса k_зап = 1,2÷1,4 подбирают двигатель, (табл. 6.4)

N_дв = k_запN кВт. (6.12)

Размеры шин подбирают по статическим нагрузкам на колесо.

Нагрузка на колесо переднего моста двухосной машины может быть до 0,2G_A, трехосной–до 0,15G_A, на заднее колесо двухосной машины–(0,3÷0,35)G_A, на колесо среднего и заднего мостов трехосных машин –(0,17÷0,2)G_A.

Тяговый расчёт автогрейдера позволяет оценить возможности тягача при транспортировании грунта с подрезанием стружки. Для нормального протекания процессов резания, перемещения грунта или планирования поверхности необходимыми являются условия:

и , (6.13)

где Р_д – номинальная величина тягового усилия по мощности двигателя, кН;

Т_сц – номинальная сила тяги автогрейдера по сцеплению колес с грунтом (соответствующая 20% коэффициента буксования, при котором тяговая мощность близка к максимальной), кН;

ΣW_i – общее тяговое сопротивление автогрейдеру, кН.

_кН, (6.14)

где N_дв – мощность двигателя автогрейдера, кВт;

v_ф – скорость движения автогрейдера на первой передаче, м/с.

∙кН, (6.15)

где G_сц = εG_А – сцепной вес автогрейдера (сила сцепления), кН.

Различают два режима работы автогрейдера: рабочий и транспортный.

При рабочем режиме суммарное тяговое сопротивление равно

ΣW_i = W_коп + W_пер + W_и кН, (6.16)

где W_коп – сопротивление копанию грунта, кН:

W_коп = W₁ + W₂ + W₃ + W₄+ W₅, (6.17)

где W₁ – сопротивление резанию грунта, кН:

W₁ = К_резF_с, (6.18)

где F_с – площадь поперечного сечения (стружки) срезаемого отвалом валика грунта, м²:

F_с = Вh_р = 0,25ВН,

где h_р – наибольшая глубина резания (толщина стружки h_р = 0,25Н), м.

W₂ – сопротивление трению ножа о грунт, кН:

W₂ = f_сР_в, (6.19)

где f_с – коэффициент трения грунта по стали, (табл. 6.4);

Р_в – вертикальная составляющая усилия, действующего на нож отвала, кН.

Считая, что автогрейдер реализует полное усилие тяги по сцеплению, горизонтальная и вертикальная составляющиесуммарного усилия, действующего на нож отвала будут равны

кН, кН. (6.14)

W₃ – сопротивление перемещению призмы волочения, кН:

, (6.20)

где G_пр – вес призмы волочения, кН (G_пр = V_прγ_гg);

f_г – коэффициент трения грунта по грунту, (табл. 6.4);

α – угол захвата отвала, град;

γ_г – плотность грунта, кг/м³, (табл. 6.2);

 – угол трения грунта о грунт (угол естественного откоса грунта  = 30÷40^о), град.;

В – длина отвала, м;

Н – высота отвала, м;

h_р – глубина резания, м;

K_р – коэффициент разрыхления грунта, (табл. 6.2).

W₄ – сопротивление перемещению грунта вдоль отвала, кН:

W₄ = G_пр f_с f_г cos α, (6.21)

где f_с – коэффициент трения грунта по стали, (табл. 6.4).

W₅ – сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу, кН:

W₅ = G_пр∙f_с cos² sin α, (6.22)

где  – угол резания, град .

W_пер – сопротивление передвижению автогрейдера, кН:

W_пер = G_А(ω ± i), (6.23)

где ω – коэффициент сопротивления качению колес при передвижении; i – уклон пути, рад., (i = tg α_у; α_у – угол наклона поверхности движения к горизонту, град.).

W_и – сопротивление сил инерции при трогании с места (при разгоне автогрейдера до установившейся рабочей скорости), кН:

, (6.24)

где m_А, m_пр – масса автогрейдера и грунта в призме волочения, кг;

v_р – рабочая скорость движения, м/с (v_р = v_ф);

t_р – время разгона, с (t_р = 3÷5 с).

Масса грунта в призме волочения, кг:

m_пр = V_прγ_г. (6.25)

где V_пр – объем грунта, перемещаемого за один проход, м³:

, (6.26)

где K_н = 1,8÷2,0 – коэффициент наполнения.

При транспортном режиме суммарное тяговое сопротивление автогрейдеру складывается, кН:

ΣW_i = W_пер + W_и + W_в, (6.27)

где W_в – сопротивление воздуха передвижению автогрейдера, кН.

, (6.28)

где k_o – коэффициент обтекаемости автогрейдера, (k_o = 0,6÷0,9 Нс²/м⁴);

v_т – установившаяся транспортная скорость, км/ч (4-5 передача, ≈ 40 км/ч);

S_л – лобовая площадь автогрейдера, м²:

S_л ≈ bН_а, (6.29)

где b – колея колес автогрейдера, м;

Н_а – высота автогрейдера, м.

В процессе работы потеря устойчивости и опрокидывание автогрейдера могут произойти при его движении по наклонной поверхности и при повороте. Автогрейдер – длиннобазовая машина, поэтому его продольная устойчивость (рис. 6.4) против опрокидывания должна быть обеспечена на уклонах, являющихся предельными по условию сцепления движителя с дорогой.

Рассчитывают предельный угол подъёма, преодолеваемый автогрейдером по условию сцепления движителя с дорогой

(6.30)

Тогда предельный угол подъёма α_п = arctg х_рад. = у°.

Рис. 6.4 Схема к определению устойчивости автогрейдера

Наибольший угол подъёма, преодолеваемый по условию реализации 100% мощности двигателя, устанавливается по соотношению:

(6.31)

Тогда наибольший угол подъёма α_п = arcsin х_рад. = у°.

Предельный уклон по условию сцепления тормозящих колёс с дорогой находят из равенства:

, (6.32)

где h_ц = м;l_ц = (l – (0,25÷0,30))В₂ м.

Тогда предельный уклон α_п = arctg х_рад. = у°.

По условию опрокидывания допускаемый угол поперечной устойчивости (уклона)

(6.33)

где b – ширина колеи автогрейдера, м.

Тогда допускаемый угол поперечного уклона

α_п = arctg х_рад. = у°.

Определяем максимальную скорость движения автогрейдера на поворотах из условия его не опрокидывания

(6.34)

где К_уст = 1,2 – коэффициент устойчивости;

ρ – радиус поворота автогрейдера, м (10÷12 м);

е = 0,1 м – эксцентриситет центра тяжести относительно продольной оси машины.

м/с.

Из условия сцепления движителя с дорогой определяем допускаемый угол поперечного уклона

(6.35)

Тогда допускаемый угол поперечного уклона α_п = arctg х_рад. = у°.

Максимальная скорость движения на поворотах по условию сцепления движителя с дорогой

(6.36)

м/с.

_{Производительность автогрейдера при постройке насыпи из боковых резервов}

м³/ч, (6.37)

где V_пр – объем грунта в призме волочения, перемещаемого за один проход (цикл), м³;

_{Кр – коэффициент разрыхления грунта, (табл. 6.2);}

_{Тц – продолжительность цикла, с:}

_{Тц = lр/vр + lп/vп + lх/vх + tс + tо +2tп, (6.38)}

_{где lр, lп, lх и vр, vп, vх – длина пути (м) и скорость (м/с) соответственно резания, перемещения и обратного (холостого) хода (vр – 1 передача, vр ≈ 1,1 м/с, lп, lх = lр+ lп – 4; 5 передача vп ≈ vх ≈ 5 м/с);}

_{tс – время на переключение передач, с (tс = 5 с);}

_{tо – время на опускание и подъем отвала, с (tо = 1,5÷2,5 с);}

_{tп – время на поворот автогрейдера в конце и начале рабочего участка, с (tп = 8÷12 с).}

_{Сменная производительность автогрейдера}

м³/смену, (6.39)

где k_в – коэффициент использования машины по времени (k_в = 0,85÷0,95);

t_см – время рабочей смены, ч (t_см = 7-8 ч.).

Производительность автогрейдера при производстве планировочных работ

м²/смену, (6.40)

где В – ширина захвата (полосы планирования) отвалом, установленным перпендикулярно или под углом в плане к оси движения, м;

b – ширина перекрытия смежных полос планирования, м (b = 0,1÷0,5 м);

v_с – средняя скорость движения при планировании, км/ч (v_с = 4÷6 км/ч);

Исходные данные к расчету автогрейдера. Таблица 6.1

Вариант	Грунт	А×Б×В	Кс	h, м	D, м	n	, град.	ψ1, град.	vф, км/ч	δ	ψ	α, град.	На, м	lр, м	lп, м	± i	αу, град.	l, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19
1	Глина	1×2×3	1,25	0,30	1,0	4	30	60	3,0	0,18	0,88	35	3,0	25	75	+	8	5,2
2	Песок	1×3×3	1,30	0,50	1,1	5	35	62	3,2	0,19	0,89	38	3,2	30	80	-	9	5,4
3	Супесь	1×2×3	1,27	0,40	1,2	6	40	65	3,4	0,20	0,90	36	3,4	20	90	+	5	5,3
4	Легк. глина	1×3×3	1,26	0,35	1,3	7	45	67	3,6	0,21	0,88	40	3,5	22	78	-	6	5,5
5	Плотн. суглинок	1×2×3	1,35	0,38	1,0	4	50	70	3,8	0,22	0,89	41	3,1	18	74	+	7	5,6
6	Песок сухой	1×3×3	1,28	0,60	1,1	5	55	72	4,0	0,18	0,90	46	3,3	24	82	-	4	5,8
7	Супесь	1×2×3	1,30	0,36	1,2	6	60	75	4,2	0,19	0,88	50	3,5	19	84	+	6	5,2
8	Суглинок	1×3×3	1,32	0,42	1,3	7	65	60	4,5	0,20	0,89	50	3,4	20	94	-	5	5,4
9	Песок влажный	1×2×3	1,29	0,54	1,0	4	30	62	3,0	0,21	0,90	48	3,2	25	75	+	10	5,3
10	Глина	1×3×3	1,31	0,36	1,1	5	35	65	3,2	0,22	0,88	52	3,3	30	80	-	8	5,5
11	Песок	1×2×3	1,25	0,49	1,2	6	40	67	3,4	0,18	0,89	37	3,0	20	90	+	6	5,6
12	Супесь	1×3×3	1,30	0,41	1,3	7	45	70	3,6	0,19	0,90	39	3,1	22	78	-	5	5,8
13	Легк. глина	1×2×3	1,27	0,38	1,0	4	50	72	3,8	0,20	0,88	36	3,0	18	74	+	8	5,2
14	Плотн. суглинок	1×3×3	1,26	0,36	1,1	5	55	75	4,0	0,21	0,89	40	3,2	24	82	-	7	5,4
15	Песок сухой	1×2×3	1,32	0,52	1,2	6	60	60	4,2	0,22	0,90	43	3,4	19	84	+	9	5,3
16	Супесь	1×3×3	1,28	0,43	1,3	7	55	62	4,5	0,18	0,88	46	3,5	20	94	-	6	5,5
17	Суглинок	1×2×3	1,30	0,46	1,0	4	30	65	3,0	0,19	0,89	50	3,1	25	75	+	9	5,6
18	Песок влажный	1×3×3	1,32	0,50	1,1	5	35	67	3,2	0,20	0,90	53	3,3	30	80	-	5	5,8
19	Глина	1×2×3	1,29	0,37	1,2	6	40	70	3,4	0,21	0,88	56	3,5	20	90	+	10	5,2
20	Песок	1×3×3	1,31	0,56	1,3	7	45	72	3,6	0,22	0,89	50	3,4	22	78	-	6	5,4
21	Супесь	1×2×3	1,25	0,40	1,0	4	50	75	3,8	0,18	0,90	37	3,2	18	74	+	7	5,3
22	Легк. глина	1×3×3	1,30	0,43	1,1	5	55	60	4,0	0,19	0,88	35	3,3	24	82	-	9	5,5
23	Плотн. суглинок	1×2×3	1,27	0,45	1,2	6	60	62	4,2	0,20	0,89	36	3,0	19	84	+	8	5,6
24	Песок сухой	1×3×3	1,26	0,53	1,3	7	45	65	4,5	0,21	0,90	40	3,1	20	94	-	7	5,8
25	Супесь	1×2×3	1,31	0,42	1,1	5	40	67	4,0	0,22	0,88	43	3,4	18	92	+	6	5,4

Значения удельных сопротивлений резанию К_рез для машин с ножевым рабочим органом. Таблица 6.2.

Наименование грунта	Категория грунта	Плотность грунта , т/м3	Коэффициент разрыхления грунта Кр	Удельное сопротивление грунта резанию Крез, кПа
				нож автогрейдера	нож бульдозера	нож скрепера
Песок рыхлый, сухой	I	1,2…1,6	1,05…1,1	11…30	10…30	20…40
Песок влажный, супесь, суглинок разрыхленный	I	1,4…1,7	1,1…1,2	12…65	20…40	50…100
Суглинок, мелкий и средний гравий, легкая глина	II	1,5…1,8	1,15…1,25	58…130	60…80	90…180
Глина, плотный суглинок	III	1,6…1,9	1,2…1,3	120…200	100…160	160…300
Тяжелая глина, сланцы, суглинок со щебнем, гравием	IV	1,9…2,0	1,25…1,3	180…300	150…250	300…400

Среднее значение коэффициентов сопротивления движению и сцепления. Таблица 6.3.

Грунт	Коэффициент сопротивления передвижению ω			Коэффициент сцепления φсц
	Гусеничные машины	Колесные машины	лыжи	Гусеничные машины	Колесные машины
Торфяное болото	0,10 - 0,30	0,20 - 0,30	0,7 - 0,9	0,15 - 0,90	0,1 - 0,6
Песок	0,10 - 0,15	0,16 - 0,20	0,4 - 0,6	0,40 - 0,50	0,3 - 0,4
Супесь	0,07 - 0,12	0,04 - 0,18	0,4 - 0,6	0,60 – 1,00	0,4 - 0,7
Суглинок	0,08 - 0,15	0,12 - 0,20	0,4 - 0,7	0,70 - 0,80	0,5 - 0,7
Суглинок тяжелый	0,07 - 0,15	0,03 - 0,20	0,4 - 0,7	0,90 – 1,00	0,7 - 0,8
Стерня	0,08 - 0,09	0,07 - 0,10	---	0,70 - 0,90	0,6 - 0,7
Луг влажный скошенный	0,07 - 0,08	0,09 - 0,10	---	0,80 - 0,90	0,6 - 0,7
Свежепопаханное поле	0,10 - 0,12	0,17 - 0,18	---	0,60 - 0,80	0,4 - 0,5

Основные свойства грунтов. Таблица 6.4.

Показатели	Обзначение	Грунт
		болотно- торфяный	песок	супесь	суглинок	тяжелый суглинок	глина	тяжелая глина
Коэффициент разрыхления	Кp	1,2 – 1,3	1,08 – 1,17	1,1 – 1,2	1,14 – 1,28	1,24 – 1,32	1,24 – 1,3	1,26 – 1,32
Плотность, кг/м3		600 – 1200	1500 – 1700	1500 – 1900	1600-1750	1750 -1900	1800 -1900	1900 -2000
Коэффициент трения грунта по грунту	fг	0,9 – 1,0	0,4 – 0,7	0,4 – 0,7	0,7 – 0,8	0,7 – 0,8	0,8 – 1,0	0,8 – 1,0
Коэффициент трения грунта по металлу	fс	0,1 – 0,5	0,4 – 0,5	0, 4 – 0,5	0,5 – 0,6	0,5 – 0,6	0,6 – 0,7	0,6 – 0,7

Техническая характеристика автогрейдеров. Таблица 6.5.

Параметры	ДЗ-99А	ДЗ-99-1-4	ДЗ-31-1	ДЗ-31-2	ДЗ-98А	ДЗ-122А	ДЗ-143	ДЗ-140
Тип автогрейдера	Легкий	Легкий	Средний	Средний	Тяжелый	Средний	Средний	Тяжелый
Масса, кг	9800	9500	12400	12800	19500	14700	13500	26600
Двигатель	А41	А41	А-01М	А-01М	У1Д6-250ТК	А-01М	А-01М	У1Д6-250ТК-C4
Мощность, л.с. (кВт)	90 (67)	90 (67)	130 (97)	130 (97)	250 (186)	100	100	184
Колесная формула	1×2×3	1×2×3	1×2×3	1×2×3	1×3×3	1×2×3	1×2×3	1×3×3
Размер шин, мм	320–508	320–508	300–559	300–559	430–610	300–559	300–559	430–610
Высота отвала, мм	500	500	600	600	700	620	620	800
Длина отвала, мм	3040	3040	3700	3700	3700	3724	3740	4800
Скорость движения вперед, км/ч:
1 передача	0–8	4,1	4,0	0–7,45	3,5	7,4	–	–
2 передача	0–13	5,3	5,35	0–11,82	5,51	13,4	–	–
3 передача	0–22	9,9	9,8	0–21	8,57	24,5	–	–
4 передача	0–38	16,0	15,9	0–36	14,1	43	43	40
5 передача	–	20,7	20,7	–	26,0	–	–	–
6 передача	–	38,1	37,7	–	40,0	–	–	–
назад
1 передача	4,2	4,2	6,6	6,6	7	7,7	–	–
2 передача	16,4	16,4	22,0	22,0	47	25,2	25,2	24
Габаоитные размеры, мм
длина	8650	8650	9500	9500	10300	9450	9760	1150
ширина	2300	2300	2650	2650	2800	2500	2500	3220
высота	2985	2985	3475	3475	3570	3500	–	–
База, мм	5200	5200	5800	5800	6000	5830	–	–
Колея, мм	1850	1850	2070	2070	2340	2000	–	–

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 7

РАСЧЕТ ОДНОКОВШОВОГО ЭКСКАВАТОРА

З а д а н и е. Рассчитать основные параметры одноковшового гидравлического экскаватора оснащенного рабочим оборудованием обратная лопата и определить производительность машины.

Д а н н ы е для расчета взять из таблицы 7.7.