5. Выбор и расчёт тягово – скоростных характеристик.

В рабочем процессе автогрейдера доминирует тяговый режим, т.к. эти машины ведут разработку и перемещение грунта при использовании свободной силы тяги на ведущих осях в тяжёлых условиях бездорожья.

При выполнении тягового расчёта необходимо выявить все основные сопротивления, возникающие при работе автогрейдера, их суммировать, затем либо сопоставить с усилием, развиваемой ходовым оборудованием по мощности двигателя или по сцеплению, либо определить основные параметры стружки.

При выполнении тягового расчёта используют следующие основные параметры:

-конструктивную массу;

-колёсную схему;

-нагрузки на оси;

-номинальную мощность двигателя;

-минимально-возможную рабочую скорость на низшей передаче;

-максимальную расчётную транспортную скорость;

-число передач и ряд передаточных отношений трансмиссии;

-размеры отвала;

-координаты центра тяжести , продольную базу и вылет отвала относительно передней оси.

Главным параметром автогрейдера принято считать сцепную массу (вес), поскольку они определяют тяговые качества машины.

Сцепной вес машины связан с конструктивной массой в снаряжённом состоянии посредством соотношения:

G_сц = ζ×М×g, кН (1)

где: ζ - коэффициент использования конструктивной массы приводными осями, определяемый колёсной формулой или по данным «развесовки» машины. Развесовка машины производится при статических испытаниях на весах, когда сначала определяется полная масса машины в снаряжённом состоянии, а затем, поочерёдно, нагрузка на оси (тандем), что позволяет также определить центр тяжести машины.

М – конструктивная масса машины в снаряжённом состоянии, приводимая в технических характеристиках машин (см. приложение 1), т.

Сцепной вес существенно зависит от вертикального усилия на отвале (см. табл.1).

Таблица 1. Значения сцепного веса и коэффициента его использования в зависимости от вертикального усилия на отвале для различных колёсных формул

Колёс-ная форму-ла	Сцепнойвес при режиме			Коэф.использо- вания конструк-тивной массы
	рабочем	транспортном
1×1×2	G2=Gсц=(G×L0 ±P2× L4)/L0	Gсц=G×L 2/L0	ζ = (L2 ± L4× P2/G)/ L0
1×2×3
1×2×2	Gсц=G ± P2	Gсц=G	ζ =1,0
1×3×3

Анализ коэффициента ζ для колёсных формул 1×1×2, 1×2×3 показывает, что при сохранении геометрических параметров только сила P₂ влияет на его вариацию, например, при P₂=0, ζ_макс = L₂/L_0, а при P₂=G, ζ =( L₂- l₄)/L₀, что при существющих соотношениях размеров, определяет ζ =0,5× ζ_макс.

Сила вертикального давления на нож Р₂ является одним из важнейших параметров и определяется усилием, создаваемым гидроцилиндрами подъёма-опускания отвала, распределением массы по осям и геометрическими размерами. Она характеризует возможности машины работать без «вывешивания» в тяжёлых грунтовых условиях и определяется с учётом положения ножа отвала относительно осей ходового оборудования.

Вывешивание машины имеет место при условии:

ζ_мин = L₂/L₀ -P₂× L₄/L₀×G = 0 (2)

Решение уравнения относительно P₂ даёт выражение для подсчёта предельной силы для данной машины в этом случае:

P₂=G× L₂/L₄ (3)

Поскольку L₂>L₄ (на практике в 1,6-1,8 раза), то для устранения вывешивания при работе на грунтах I-III группы по трудности разработки (область применения автогрейдера), это усилие не должно превышать веса машины.

Абсолютное значение этой силы определяется из эмпирического выражения:

P₂=(0,7-1,3) ×0,67×N_дв, кН (4 )

где: N_дв - установленная мощность двигателя, кВт.

В статическом горизонтальном положении при незаглубленном отвале коэффициент ζ = 1 –для колёсных формул 1×3×3 и 1×2×2 и ζ =О,7 -0,75–для колёсных формул 1×1×2 и 1×2×3. Ясно, что при заглублённом отвале этот коэффициент уменьшается и может достигнуть нулевого значения при вывешенном тандеме или задней оси.

Общее тяговое усилие автогрейдера по сцеплению определяется из выражения:

Т_сц = ζ×М×g×φ, кН (5)

где:φ - коэффициент использования сцепной массы или коэффициент сцепления.

Величина этого коэффициента зависит от буксования колёсного движителя, которое всегда имеет место при передвижении машины в силу особенностей кинематики качения пневматического колеса. В реальных условиях использования машины всегда имеет место неравенство:

0 <φ_опт.<φ_макс. (6)

где: φ_опт.- оптимальный коэффициент тяги автогрейдера соответствующий номинальной мощности машины, т.е. когда двигатель имеет минимальный удельный часовой расход топлива на единицу мощности.

Значение этого коэффициента по данным экспериментальных исследований для современных автогрейдеров варьирует в пределах 0,45 – 0,55, чему соответствуют коэффициенты буксования δ = 18 – 22% ( приложение 3).

Таким образом, при наиболее эффективном режиме с точки зрения использования топлива оптимальная сила тяги составит:

Т_сц.опт = 9,8×М_сц×φ = ζ×М×g×φ_опт., кН (7)

Касательная составляющая сопротивлению копанию:

P₀₁ = Т_сц.опт = k×ω_опт (8)

где: k – расчётный коэффициент, сопротивления грунта копанию, учитывающий как отделение грунта от массива, так и его перемещение вперёд (по грунту) и в бок (по грунту и отвалу) (см. приложение 3).

Оптимальное сечение стружки, срезаемой при одном проходе автогрейдера:

ω_опт. = Т_сц.опт/ k, м² (9)

На основании (5) необходимое число проходов машины при выработке заданного сечения земляного сооружения:

n = m×Ω/ω_опт (10)

где : m -1,25 – 1,35- коэффициент, учитывающий неравномерность сечения стружки при последовательном их срезании и возможную вариацию свойств грунта.

Ω - общая площадь поперечного сечения земляного сооружения (кювет, выемка, канал).

Подставляя выражение 7 в 10, получаем:

n = m×Ω×к/ ζ×М×g×φ_опт., (11)

Выражение 11 позволяет при заданном типе автогрейдера найти необходимое количество проходов, либо при заданном количестве проходов подобрать необходимую массу, а тем самым тип машины.