2065

производить при максимально допустимой по тягово-сцепным свойствам площади сечения стружки с тем, чтобы уменьшить число рабочих проходов и таким образом обеспечить максимальную производительность [20,21,93].

При выполнении тягового расчета автогрейдера необходимо задать исходные данные. Исходными данными для проектирования автогрейдера могут служить грунтовые условия, требуемая производительность и колесная схема.

Конструкция автогрейдера характеризуется прежде всего принятой для его ходовой части колесной схемой. Выбор колесной схемы имеет большое значение, так как она в значительной степени влияет на тяговые свойства автогрейдера, его устойчивость, маневренность и планирующую способность.

Автогрейдеры колесной формулой 1x2x3 отличаются постоянной величиной сцепного веса и силой тяги по сцеплению, лучшей планирующей способностью, лучшей конструктивной развеской но мостам, в связи с чем обеспечивается более устойчивое выдерживание прямолинейного движения. Автогрейдеры с колесной схемой по формуле 2x2x2 получаются более маневренными за счет меньшего радиуса поворота, проще по конструкции, достаточная сила тяги, однако они обладают худшей планирующей способностью. Колесные схемы 1x3x3 и 3x3x3 обеспечивают автогрейдеру высокие тяговые качества и проходимость, а также хорошую маневренность. Легкие автогрейдеры, предназначенные для работ по содержанию и ремонту дорог, могут быть с колесными схемами 1x1x2 и 1x2x2.

На вооружении Volovo G746B имеются отдельные режимы привода на 2, 4 и 6 колёс. Причём редко применяемый в конструкциях аналогичных машин привод только на 2 передних колеса обеспечивает исключительную точность управления ножом на заключительных планировочных этапах работы.

Производительность автогрейдера, м3/с на рабочем проходе при резании грунта определяется выражением [93]:

П F V , (3.20)

где F - площадь сечения вырезаемой отвалом стружки, м2 ; V — фактическая рабочая скорость движения, м/с.

У современных автогрейдеров значение первой рабочей расчетной скорости V, на которой осуществляется резание грунта составляет 0,9—1,6 м/с. Необходимо задать величину этой скорости.

100

Тогда из формулы (3.20) при требуемой производительности П и заданной скорости V:

Площадь сечения стружки, которая может быть вырезана за один проход автогрейдера, определяется выражением [57]:

k

У автогрейдеров главным параметром принято считать массу m, поскольку она определяет тяговые качества.

Из формулы (3.22) с учетом числа проходов:

0 сц g n

где z = 1,25-1,35 - коэффициент, учитывающий неравномерность сечения стружки при последовательных проходах и возможное уменьшение силы сцепного веса из-за реакции разрабатываемого грунта на рабочий орган, 0 - коэффициент сцепного веса автогрейдера, учитывающий использование силы веса автогрейдера при различных колесных формулах (для автогрейдеров с колесными формулами 1x2x3 и 1x1x2 0 = 0,7-0,75, для автогрейдеров со всеми ведущими колесами 0 = 1; φсц - коэффициент сцепления ведущих колес с грунтом, зависящий от дорожных условий и вида шин (табл. 3.15, 3.16); m – масса автогрейдера, кг; g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2 ; k = 20000-24000 Н/м2 - расчетный коэффициент сопротивления копанию грунта.

Величина силы тяги автогрейдера зависит от распределения массы по мостам. Оптимальное распределение массы по мостам обеспечивает наибольшую устойчивость хода машины.

Распределение массы машины по мостам можно обозначить коэффициентом Km:

где m2 – масса автогрейдера, приходящаяся на задний мост; m – общая масса автогрейдера. В табл. 3.5 представлены средние значения оптимального распределения массы по мостам.

101

Таблица. 3.5

Оптимальное распределение массы по мостам

Наклонная установка колес улучшает восприятие машиной боковых нагрузок и увеличивает ее устойчивость. Практически наклон передних колес имеет значение только для трехосных машин с передним ведомым мостом, где он дает выигрыш в силе тяги до 10%.

Для определения силы сцепного веса автогрейдера кроме массы и колесной схемы необходимо знать некоторые геометрические параметры машины, такие как длина базы и расположение отвала в ней.

Длина отвала в метрах рассчитывается по формуле [104]:

Минимальный размер базы определяется возможностью полного поворота отвала между колесами автогрейдера при его симметричном положении относительно продольной оси. Но при этом необходимо учитывать, что чем ближе отвал размещен к задней оси машины, тем лучше планирующая способность автогрейдера (рис. 3.35).

Минимальный размер базы двухосного автогрейдера в метрах

где D — внешний диаметр шины; В — длина отвала, м; b – ширина колеи автогрейдера, м; - минимальный зазор между отвалом и шиной, м.

Ширина колеи автогрейдера в метрах рассчитывается по формуле [104]:

1000

102

Размеры шин подбирают по статическим нагрузкам на колесо. Нагрузка на колесо переднего моста двухосной машины может быть до 0,2∙m∙g, трехосной — до 0,15∙m∙g, на заднее колесо двухосной машины — (0,3...0,35)∙m∙g, на колесо среднего и заднего мостов трехосных машин - (0,17...0,2)∙m∙g.

Исходя из вышеизложенного, определяется расположение отвала в базе.

Сила сцепного веса машины определяет максимальную силу тяги, которую могут развить (по сцеплению) ведущие колеса автогрейдера.

Сила сцепного веса может быть определена исходя из зависимостей, приведенных в табл. 3.6.

Для этого необходимо предварительно определить положение центра тяжести, распределение силы веса по осям и величину силы вертикального давления на нож.

Распределение нагрузок на ходовое оборудование автогрейдера при рабочем режиме может быть определено путем введения в расчет вертикальной составляющей реакции грунта на рабочий орган автогрейдера. При давлении на нож силы Р2 реакции грунта на колеса R1 и R2 (нагрузки на колеса) соответственно изменяются. Определение влияния величины и направления силы Р2 на нагружение осей машины в основных типах современных автогрейдеров можно произвести по зависимостям, данным в табл. 3.6.

103

Для учета направления силы Р2 перед значением силы, действующей на нож, поставлены знаки плюс и минус. При проверке автогрейдеров на величину свободной силы тяги силу Р2 следует принимать направленной вверх. При этом нож, служащий как бы дополнительной опорой, будет разгружать ведущие оси автогрейдера, что должно быть учтено в тяговом расчете.

При определении максимальных нагрузок на ходовое оборудование (для выбора шин и расчета осей) перед силой Р2, действующей на нож в направлении заглубления, ставится знак плюс, т. е. силу Р2 принимают действующей вниз (рис. 3.36, 3.37).

Величина вертикальной силы на нож, создаваемой путем передачи на него части силы веса машины, является одним из основных параметров автогрейдера. Этот параметр определяет способность автогрейдера работать в тяжелых грунтовых условиях. Величина максимально возможной силы на нож зависит от силы веса автогрейдера, распределения силы веса по осям и расположения ножа относительно центра тяжести машины [57].

Величина силы Р2 для автогрейдеров с колесными формулами 1x2x3, 1x1x2 и 1x3x3 при заглублении ножа может колебаться в пределах, указанных втабл.3.7 [57].

Упрощенно сила сцепного веса автогрейдера может быть определена из зависимости [57,93]:

104

P2

Рис 3.37. Распределение нагрузок по осям двухосного автогрейдера

Номинальная сила тяги Тн, соответствующая значению коэффициента буксования σ = 20%, при котором значение тяговой мощности близко к максимальной, может быть определена из выражения [57]:

Величина силы сопротивления качению Рf определяется по формуле [57]:

где f – коэффициент сопротивления качению (табл. 3.15, 3.17).

105

Для рационального использования мощности двигателя автогрейдера на первой рабочей передаче целесообразно, чтобы при работе автогрейдера в режиме максимальной тяговой мощности, определяемой значением силы тяги Тmax или близкой к ней по величине номинальной силы тяги ТH с учетом отбора мощности двигателя на привод вспомогательных механизмов Neo.

Тогда мощность двигателя автогрейдера, Вт [57]:

где ηм – коэффициент уменьшения мощности двигателя из-за неустановившейся загрузки, для механической трансмиссии ηм = 0,88- 0,9, для гидродинамической трансмиссии ηм = 1.

В соответствии с вышеизложенным составлен алгоритм определения параметров автогрейдера в соответствии с тяговосцепным расчетом на ЭВМ (рис. 3.38).

3.5. Выбор шин

Тяговые качества, экономичность по расходу топлива и устойчивость землеройных машин в значительной степени зависят от параметров пневматических шин. В связи с этим при проектировании землеройных машин необходимо подбирать шины таких размеров и типов с оптимальным рисунком протектора и давлением воздуха внутри, которые обладали бы совокупностью наиболее высоких эксплуатационных качеств в данных условиях [8,33,56,102].

Пневматические шины классифицируются по назначению, габаритам, конструкции, принципу герметизации, внутреннему давлению, форме профиля и рисунку протектора.

В настоящее время на автогрейдеры в зависимости от назначения устанавливают шины G-2, G-3, L-2 и L-3 по коду TRA(США) (табл. 3.8) [115].

По конструкции пневматические шины делятся на диагональные и радиальные, которые, в свою очередь, по принципу герметизации могут изготавливаться как камерными, так и бескамерными [114].

Радиальные шины имеют более равномерное и лучшее сцепление с дорогой, т.к. пятно контакта у диагональной шины имеет меньшую (эллипсовидного типа), а у радиальной (практически прямоугольного типа) — большую площадь (рис. 3.39) [114].

106

По форме профиля поперечного сечения (в зависимости от соотношения высоты профиля Н к его ширине В) шины классифицируются в соответствии с данными, приведенными в табл. 3.9 [114].

Таблица 3.9

Классификация шин по форме профиля поперечного сечения

В зависимости условий эксплуатации автогрейдера рисунки протектора шин могут быть следующих типов (рис. 3.40) [48]:

универсальный - для эксплуатации на дорогах с усовершенствованным покрытием, на грунтовых дорогах и в условиях бездорожья;

повышенной проходимости - для эксплуатации в условиях бездорожья и на мягких грунтах;

карьерный - для эксплуатации в карьерах, рудниках и шахтах.

3)

Рис. 3.40. Рисунок протектора: 1 - универсальный; 2 - карьерный; 3 - повышенной проходимости

Основой для выбора размеров шин является вертикальная нагрузка на колесо. Поэтому, располагая основными параметрами автогрейдера, необходимо определить наиболее нагруженные колеса машины в статическом состоянии. Причем рекомендуется, чтобы при выборе размера шин расчетная нагрузка, по которой подбирается шина, была больше на 10—20% действительной нагрузки (табл. 3.10 – 3.14).

В соответствии с размером шины и характеристиками грунта устанавливаетсявеличинавнутреннегодавлениявшине(табл.3.10–3.14).

Существуют шины сверхнизкого, низкого и высокого внутреннего давления. На автогрейдерах чаще применяют шины низкого давления, составляющего не более 0,3 МПа. Однако наилучшими сцепными качествами обладают шины переменного давления, что обусловливается двумя обстоятельствами - меньшим коэффициентом сопротивлением качению и более высоким коэффициентом сцепления. Специальная конструкция пневматических шин с регулируемым давлением позволяет при работе в тяжелых грунтовых условиях снижать давление воздуха до 0,05...0,08 МПа и за счет этого повышать

109