Строительные и дорожные машины_ Шепелина_учебное пособие

5.ГРЕЙДЕР-ЭЛЕВАТОРЫ

Грейдер-элеваторы предназначены для копания немерзлых грунтов в материковом залегании на горизонтах выше уровня грунтовых вод и отсыпки его в насыпи, отвалы или в транспортные средства. Их используют для возведения насыпей из боковых резервов, образования продольных выемок, устройства каналов в полувыемках-полунасыпях и других подобных сооружений.

5.1 Классификация и основные узлы

Грейдер-элеваторы выполняют как полуприцепные машиныорудия, агрегатируемые с тракторами (гусеничными или колесными) или одноосными тягачами. Реже их выполняют как сменное навесное оборудование на автогрейдере. У полуприцепных грейдер-элеваторов основная рама (рис. 5.1) опирается на два пневмоколеса 10. У машин с большим вылетом отвального конвейера одно из колес – левое – в транспортном положении устанавливают симметрично со вторым колесом относительно продольной оси машины, а в рабочем положении для повышения устойчивости его отодвигают, устанавливая на специальной откидной оси. Передней частью основная рама соединена с тягачом по схеме универсального шарнира сцепным устройством 6. Рабочий орган в виде дискового плуга 8 подвешен на кронштейне Р к плужной балке 7. Он ориентирован так, что при движении машины вперед вырезает из грунта стружку с поперечным сечением в форме эллиптического сегмента. Отделенный от массива грунт, поднявшись по внутренней сферической поверхности плуга, отваливается на ленточный конвейер 5, расположенный поперек основной рамы, которым он отсыпается в насыпь, отвал или транспортное средство. В зависимости от прочности разрабатываемых грунтов глубину стружки регулируют подъемомопусканием плужной рамы с помощью гидроцилиндра 3.

Угол наклона ленточного конвейера и, следовательно, высоту подъема грунта для разгрузки регулируют гидроцилиндром 4. Для перемещения грунта на большие расстояния ленточный конвейер наращивают вставками. Гидравлические цилиндры питаются рабочей жидкостью от насосной установки, расположенной на тягаче или на грейдер-элеваторе. В первом случае она приводится в движение от двигателя тягача, а во втором — от собственного двигателя 2, управляемого дистанционно из кабины машиниста тягача.

- 90 -

5.3Основные параметры

Косновным параметрам наиболее распространенного землеройного рабочего органа-дискового сферического ножа относятся размеры и углы установки дискового ножа, вылет и высота установки конвейера. Дисковые ножи имеют dн = 60 – 120 см. Для конкретного случая диаметр – в м.

где По – теоретическая производительность, м3/ч;

kп – коэффициент, учитывающий потери грунта при подаче дисковым ножом на конвейер; kп =0,85 – 0,95;

vд – действительная скорость движения, м/ч.

Дисковый нож вогнут по сфере, и его режущая кромка образуется конусной заточкой. Радиус кривизны ножа:

С увеличением радиуса кривизны r энергоемкость снижается, но ухудшается подача грунта на конвейер.

Дисковый нож устанавливается под углом φ' = 45 – 70° к горизонтальной поверхности и углом захвата = 35 – 55° в зависимости

где φ' – угол установки (рис. 5.1,б), град; β – угол заострения, град. Задний угол дискового ножа в плоскости горизонтального диаметра

γ'=φ''–0,5ω, где φ''– угол между рабочей плоскостью дискового ножа и вертикальной плоскостью, параллельной плоскости движения.

Дисковый нож должен заглубляться на (0,4– 0,5) dн. Площадь сечения срезаемой стружки:

в среднем S= 0,2dн2.

Указанные параметры ножа обеспечивают минимальные удельные сопротивления при вырезании стружки грунта. Минимальные потери грунта при подаче его с дискового ножа на ленту конвейера шириной bк получаются при расстоянии дискового ножа от ленты lд = 0,03– 0,06 м и bо=2/3bк (рис. 5.2,б). В этом случае при vр = 2÷ 3 км/ч грунт будет попадать в середину ленты.

- 92 -

Рис. 5.2 Грейдер-элеватор с дисковым сферическим ножом и поперечным конвейером (а) и дисковый сферический нож (б)

Диаметр ножа, производительность грейдер-элеватора и размеры конвейера уточняются при тяговом расчете в соответствии с режимом максимальной тяговой мощности тягача.

5.4 Тяговый расчет

Для полуприцепного и самоходного грейдер-элеваторов его выполняют аналогично. Общее тяговое сопротивление грейдер-элеватора:

перемещение грейдер-элеватора с тягачом и грунтом на конвейере и резание грунта, кH (сопротивлением трения грунта о землеройный рабочий орган и при переходе на конвейер вследствие малости пренебрегаем).

Для самоходного и полуприцепного грейдер-элеватора тяговое сопротивление на перемещение:

- 93 -

где G – суммарная сила тяжести грейдер-элеватора с грунтом, кН;

FZ – вертикальная составляющая реакции грунта на рабочий орган, кН;

FZ – (0,3 – 0,4)Fx (рис. 5.2,б);

Fx=Fp=k1S – составляющая реакции грунта в плоскости движения, кН; k1 – коэффициент удельного сопротивления грунта резанию

дисковым сферическим ножом, кН/м2; k1 = 100, 110 – 130 и 140 – 170 кН/м2 для грунтов соответственно I, II и III категорий;

S – в м2;

fо – коэффициент сопротивления качению колес; fо=0,l и 0,2 при движении соответственно по свежесрезанному и рыхлому грунту;

GT, GГЭ, GГК – силы тяжести соответственно тягача, грейдерэлеватора и грунта на конвейере, кН; так как на данном этапе расчета размеры конвейера и толщина слоя грунта на ленте неизвестны, то предварительно можно принять

GГЭ + GГК GT для самоходного грейдер-элеватора,

GГЭ + GГК (0,6 – 0,7) GT для полуприцепного грейдер-элеватора; i – уклон поверхности движения.

При непрерывном резании грунта грейдер-элеватором максимальная производительность получится при работе тягача на режиме максимальной тяговой мощности.

За расчетную силу тяги следует принимать максимальную силу тяги по сцеплению с учетом буксования:

Приравнивая F и FK, уточняют возможную площадь проекции сечения стружки S в условиях максимальной тяговой мощности и по

где S – в м2; vд, vp – действительная и расчетная рабочие скорости движения грейдер-элеватора, м/ч;

δ – коэффициент буксования колесного движителя при работе одноосного тягача на режиме максимальной тяговой мощности, %; δ =20%.

По значению По уточняют диаметр дискового ножа. Производительность конвейера:

где По определяют при минимальном расчетном коэффициенте удельного сопротивления грунта резанию k1 = 100 кН/м2, чтобы получить

- 94 -

максимальную производительность конвейера; kP – коэффициент

разрыхления.

На участке установившегося движения производительность

где Sк – площадь поперечного сечения грунта на ленте, м2; vк – скорость ленты конвейера, м/с; vк =2,2 ÷ 3,6 м/с;

ск – коэффициент, учитывающий влияние угла подъема конвейера на его производительность:

Таблица 5.1

х' – коэффициент, учитывающий форму ленты, х'=0,0416 и 0,0833 для плоской и желобчатой ленты;

bл – ширина ленты конвейера, м; стандартная ширина bл=0,3; 0,4; 0,5; 0,65; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 м.

Сила тяжести грунта на конвейере:

где Пк – м3/ч; γг– удельный вес грунта нарушенной структуры, H/м3; L – длина ленточного конвейера, м;

vк – м/с.

5.5 Баланс мощности

Для полуприцепного или самоходного однодвигательного грейдер-элеватора с электроприводом конвейера и гидронасосов

где Nп, Nк, Nоч, Nнас – соответственно мощности, необходимые для передвижения грейдер-элеватора с рабочей скоростью, привода ленточного конвейера, очистителя ленты и гидравлических насосов управления плужной балкой с рабочим органом, кВт;

η1– КПД привода движения; η1 = 0,80 ÷ 0,85; η2 – КПД генератора и электродвигателей; η2 = 0,75 ÷ 0,85.

- 95 -

Вследствие несимметричного приложения внешних нагрузок (реакций на нож и силы тяжести конвейера с грунтом) реакции на правые и левые колеса не равны между собой. Составляющие реакции на передние колеса вертикальные RАХ, RА2 (рис. 5.1, а), горизонтальные

Дополнительными моментами сопротивления вращению колес, вызванными смещением RAl, RА2, RВ1 и RВ2 от оси колеса вследствие деформации шин, можно пренебречь, перенося указанные реакции в вертикальную плоскость, проходящую через ось колеса (возникающая при этом ошибка в 5 – 6% вполне допустима при практических расчетах).

На колеса действуют также горизонтальные боковые реакции, которые складываются вдоль передней оси FА и задней оси FВ (рис. 5.1,а). Они приложены в средних точках контакта колеса с грунтом.

В общем виде уравнения равновесия грейдер-элеватора, когда нож касается препятствия в нижней точке, будут иметь вид (начало координат

вточке О контакта левого заднего колеса):

x FK FX FA1 FA2 FB1 FB2 0;

y Fy FA FB 0;

z GT GГЭ GГК RA1 RА 2 RB1 RB2 0;

M X GГЭ b3 RA1 b' RA 2 (2b b' ) RB2 (b1 b2 ) FA h

GГК b4 GT (b b') 0;

M y GГЭ l1 FZ l2 (RA1 RA2 ) l0 (FA1 FA 2 ) h FK h

GT l3 GГК l4 0;

M Z FK b1 Fy l2 FA1 b' FA 2 (2 b b' ) FB2 (b1 b2 ) FA l0 0.

5.7Пример расчета грейдер-элеватора

Косновным параметрам наиболее распространенного землеройного рабочего органа - дискового сферического ножа относятся размеры и углы установки дискового ножа, вылет и высота установки конвейера. Дисковые ножи имеют dH = 60 ... 120 см. Примем dH = 80 см

Дисковый нож вогнут по сфере, и его режущая кромка образуется конусной заточкой. Радиус кривизны ножа (при заданном dH=0,8м):

С увеличением радиуса кривизны r энергоемкость снижается, но ухудшается подача грунта на конвейер.

Дисковый нож устанавливается под углом ' = 45...70° к

горизонтальной поверхности и углом захвата = 35...55° в зависимости

от свойств грунта. Угол резания (град) в вертикальной плоскости АА

' 0,5 45 15 0,5 10 65

где ' = 45°- угол установки (рис. 5.1,б); =15°- угол заострения.

Задний угол дискового ножа 3 = 3°, угол заострения = 15...20°.

Для глинистых, суглинистых, супесчаных и песчаных грунтов соответственно оптимальные значения = 40, 50, 55, 60° и = 40, 45, 50

и 55°.

Дисковый нож должен заглубляться на величину: h = (0,4...0,5) dH = 0,4dH∙∙0,8=0,32 (м)

Площадь сечения срезаемой стружки

в среднем S = 0,2d2H.

Указанные параметры ножа обеспечивают минимальные удельные сопротивления при вырезании стружки грунта. Минимальные потери грунта при подаче его с дискового ножа на ленту конвейера шириной bк получаются при расстоянии дискового ножа от ленты lд = 0,03 ...0,06 м и

попадать в середину ленты.

Эксплуатационная производительность.

При отсыпке насыпей из двухсторонних резервов эксплуатационная производительность грейдер-элеватора

где Lyч - длина обрабатываемого участка, м;

kП - коэффициент, учитывающий потери грунта при подаче его на конвейер; kП =0,95 для влажных связных грунтов;

kB - коэффициент использования рабочего времени; kB = 0,85 ... 0,90; tП - время на переключение передач и управление рабочим органом,

мин; tП =0,3 мин;

tПОВ - время, затрачиваемое на поворот в конце гона, мин; tПОВ =1,0 мин;

- 98 -