2.2. Основы расчета дорожной грунтовой фрезы

Мощность, необходимая для работы фрезы, затрачивается на резание грунта, отбрасывание его в сторону, на передвижение фрезы, подталкивание фрезы и на преодоление сил трения.

Основная часть мощности расходуется на резание грунта, кВт:

, (2.1)

где b – ширина фрезеруемой полосы, м;

h – глубина рыхления, м;

s – толщина стружки, м;

z – количество лопастей на роторе;

n_р – частота вращения ротора, мин^–1;

k₀ – удельное сопротивление грунта резанию в кПа.

Удельное сопротивление грунта резанию зависит от размеров стружки, скорости резания, а также от вида и состояния грунта. При расчетах можно принимать следующие значения этого сопротивления:

для грунтов I категории k₀ = 70 ... 80 кПа;

II категории k₀ = 130 ... 140 кПа;

III категории k₀ = 200 ... 220 кПа.

При фрезеровании предварительно разрыхленного грунта эти значения уменьшаются на 15 … 20 %.

Мощность, расходуемая на отбрасывание разрыхленного грунта, кВт:

, (2.2)

где k_от – коэффициент отбрасывания, принимаемый равным 0,75 для

узких лопаток и 1,0 – для широких;

ρ – плотность (объемная масса) грунта (ρ = 1400 …1800 кг/ м³), кг/ м³;

v_тр – скорость поступательного движения машины, м/с;

v_peз – скорость резания, м/с.

Скорость резания равна, м/с:

v_peз = v_окр ± v_mp, (2.3)

где v _окp – окружная скорость на концах лопастей, м/с (v_окp = 10 ...14 м/с).

При фрезах, режущих сверху вниз, принимается знак минус.

Мощность на передвижение фрезы, кВт:

N₃ = G_м v_тр (f + i), (2.4)

где G_м – сила тяжести машины, кН;

 – коэффициент сопротивления качению,  ≈ 0,02;

i – уклон пути, i ≈ 0,07...0,09;

Мощность, расходуемая на подталкивание фрезы, находится по следующей эмпирической формуле:

, (2.5)

где k₁ – коэффициент, равный 0,15–0,20.

Знак минус – при резании сверху вниз, и плюс – при резании снизу вверх.

Мощность на преодоление сил трения в передачах, кВт:

, (2.6)

где _тр – КПД передач трансмиссии (_тр  0,87).

Полная мощность фрезерной машины равна, кВт:

N_дв = N₁ + N₂ + N₃ + N₄ + N₅. (2.7)

Технологические параметры дорожной фрезы определяются по следующим зависимостям.

Ширина ротора фрезы, м:

, (2.8)

где В^/ – ширина обрабатываемой полосы дороги, м;

К^/ – количество полос обработки;

Δb – перекрытие полос, м.

Частота вращения ротора, мин ^–1:

, (2.9)

где D_Р – диаметр ротора, м.

Минимальная рабочая поступательная скорость фрезы, м/с:

, (2.10)

где b_l – ширина лопатки, м.

Для эффективного измельчения грунта толщина стружки, срезаемой каждой лопаткой, должна быть s = 2 …5 мм (0,002 …0,005 м). Меньшие значения толщины стружки принимают при резании связных грунтов.

На легких грунтах, за счет увеличения толщины стружки, рабочая скорсть фрезы может быть повышена.

Производительность фрезы определяется по следующей фор­муле, м²/ч:

, (2.11)

где а – коэффициент перекрытия проходов, принимаемый равным 0,1;

к_в – коэффициент использования во времени; к_в = 0,80 … 0,85;

п_с – число проходов по одному следу; обычно п_с = 4 … 6.

Основным агрегатом дорожной фрезы, от надежности которого зависит ее работоспособность, является рабочий орган с приводом. Для расчета его элементов на прочность необходимо определить величины крутящего момента на валу ротора и окружного усилия на лопатках.

Крутящий момент на валу ротора, кН·м:

. (2.12)

Расчет элементов ротора и его привода производится на максимальный крутящий момент с учетом динамических перегрузок по формуле, кН·м:

Т_Мр = k_д Т_р, (2.13)

где k_д = 1,5 …2 – коэффициент динамичности.

Окружное усилие, по величине которого рассчитывается прочность лопаток и других элементов ротора, равно, кН:

. (2.14)