Строительные и дорожные машины_ Шепелина_учебное пособие

Методика расчета

Скрепер находится в движении без буксования при условии, что сцепная сила больше тягового усилия трактора по развиваемой мощности и больше общего сопротивления передвижению,

Tсц.с. ≥ ∑Wi

где Тсц.б - сила тяги скрепера по сцеплению, Н;

∑Wi - сумма сил сопротивлений, возникающих при резании и перемещении грунта, Н.

Сила тяги по сцеплению определяется по формуле

Tсц.с = Gсц.с..·φсц. , Н,

где Gсц.с.. - сцепной вес скрепера, Н;

φсц - коэффициент сцепления ходового оборудования трактора с грунтом.

Так как рассчитывается прицепной скрепер, то сцепной вес скрепера принимается равным весу базового трактора

Gсц.с = Gтр. = Мо.тр ∙g , Н

где Gтр. – вес базового трактора, Н

g – ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2 Мо.тр - масса базового трактора, кг

В процессе работы скрепера возникают следующие силы сопротивления

Рисунок 3.3 Расчётная схема.

∑Wi = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 ,

где W1 - сопротивление грунта резанию, Н;

W2 - сопротивление призмы волочения грунта перед ковшом, Н; W3 - сопротивление движению грунта вверх по ковшу, Н

W4 - сопротивление движению грунта во внутрь ковша, Н W5 - сопротивление движению скрепера, Н.

60

Сопротивление грунта резанию определяется по формуле

W1 = kр· Вк·h, Н,

где kр - удельный коэффициент сопротивления грунта резанию, МПа, принимается из таблицы 3.4.

Вк - ширина ковша скрепера, м h - глубина резания, м

Сопротивление волочению грунта перед ковшом определяется по формуле

W2 = γо·Bк·hс2 ·μ1 kо g , Н ,·

где γо - объёмная масса грунта, кг/м³; Bк -ширина ковша, м;

hс - высота слоя грунта в ковше, м;

μ1 - коэффициент трения грунта о грунт, принимают равным μ = (0,5÷0,12), меньшие значения принимаются для влажных и глинистых грунтов;

kо - коэффициент призмы волочения зависит от вместимости ковша qк и типа грунта, принимается kо =(0,5 ÷ 0,7)., большие значения принимаются для сыпучих грунтов.

Таблица 3.5

Значение высоты слоя грунта в ковше .

Сопротивление движению грунта вверх по ковшу

W3 = γ0·Bк·hс h g , Н ,·

где h - глубина резания грунта, м.

Сопротивление движению грунта во внутрь ковша определяется по формуле

W4 = γ0·Bк·hс2 x g , Н ,·

где x - коэффициент учитывающий влияние типа грунта на движение его вовнутрь ковша, принимается x = (0,24 ÷ 0,5), большее значение принимается для песка.

Сопротивление движению скрепера определяется по формуле

W4 =[( Gс + Gгр.) + Gт]·(f + i), Н,

Вес скрепера, Н

Gс = Мс·g ,

Вес грунта в ковше, Н

Gгр. = γ0·qк·g ,

где qк - вместимость ковша, м³.

Проверка условия движения скрепера без буксования

Tсц.с ≥ ∑Wi

В случае невыполнения условия необходимо сделать обоснованные изменения в исходных данных и расчёт повторить. Также возможно применение дополнительного трактора-толкача при резании и наборе грунта, то есть условие движения скрепер будет иметь вид

Tсц.с + Tсц.т.тол. ≥ ∑Wi

где Tсц.т.тол. – дополнительная сила тяги по сцеплению ,развиваемая трактором-толкачем .

Отсюда определим необходимую силу тяги по сцеплению со стороны трактора-толкача

Tсц.т.тол. ≥ ∑Wi - Tсц.с ,Н .

а затем, пользуясь формулой определения силы тяги по сцеплению, подбираем по массе трактор-толкача.

Tсц.т.тол. ≥ Мс тол.·g·φсц., Н,

где Мс тол.· - масса трактора-толкача, кг,

Мс тол.·= Tсц.т.тол./ g·φсц., кг,

По полученному значению Мс тол подбирается трактор-толкач по таблице

3.6.

62

Таблица 3.6 Техническая характеристика базовых тракторов

скрепера (м3/ч)

Пс. = 3600·qк kн kвр. /Тц kразр.

где qк - вместимость ковша скрепера, м³;

kн - коэффициент наполнения ковша, принимается kн =(0,8 ÷ 1,2) ; kвр - коэффициент использования скрепера по времени, принимается

kвр = (0,75 ÷ 0,80);

kразр. - коэффициент разрыхления грунта, принимается kразр. = (1,1

÷1,35)

Тц – время цикла работы, с.

63

Время рабочего цикла работы скрепера (с)

Тц = tр. + tтр. + tразг.+ tх.х. +tо.ц...

где tр - время резания грунта, с

tтр - время транспортировки грунта, с tразг. - время разгрузки ковша, с

tх.х - время холостого хода, с

tо.ц - время обслуживания цикла, с

Время резания грунта (с)

tр . = lр. / vр..,

где lр - длина пути резания грунта до полного набора ковша набора грунта, м;

vр - скорость скрепера при резании грунта, рекомендуется на первой или второй передачи трактора , или принимается vр = (3,5 ÷ 6,0) м/с.

Длина пути резания и набора грунта (м)

lр = qк·kн /Bк h

Время транспортировки грунта (с)

tр . = lтр.. / vтр...

где lтр - дальность транспортировки грунта, принимается по таблице 3.3. vтр - скорость при транспортировании грунта рекомендуется на третьей

передаче трактора , или принимается vтр = (6,5 ÷ 8 )м/с. Время разгрузки ковша (с)

tразг. . = lразг... / vразг.

где lразг - путь полной разгрузки ковша,м;

vразг - скорость при разгрузки ковша, м/с, рекомендуется на второй передаче трактора или принимается vразг = (4,5 ÷8 ) м/с.

Путь разгрузки ковша (м)

lразг = qк·kн / Bк·hу.

где hу - толщина укладываемого слоя грунта, м, рекомендуется hу = (0,2 ÷ 0,4) м.

Время холостого хода (с)

tх.х. . = lх.х.. / vх.х..

Путь холостого хода складывается из пути набора грунта, перемещения и разгрузки (м).

lх.х. = lр + lтр. + lразг., м

vх.х - скорость скрепера при холостом ходе, м/с, рекомендуется на пятой или шестой передачи трактора или принимается vх.х = (8 ÷ 10) м/с

Время затрачиваемое на обслуживание цикла принимается равным tо.ц. = (40 ÷ 60) с.

64

Рекомендуемая литература

[1] стр.271-327, [10] стр.235-263, [15] стр.202-216, [16], [26], [33], [41]

3.10Контрольные задания

1.Перечислите основные параметры скреперов.

2.Назовите области применения и поясните технологию ведения работ.

3.Назовите основные факторы, влияющие на эффективность работы.

4.Перечислите способы повышения производительности.

5.Опишите подробно рабочий процесс скрепера.

6.Перечислите основные марки машин.

7.Определить основные параметры оборудования и мощности по исходным данным табл.3.7

Таблица 3.7

Варианты заданий для расчета параметров

65

4. АВТОГРЕЙДЕРЫ

4.1. Классификация и составные части автогрейдеров.

Автогрейдер является самоходной планировочнопрофилировочной машиной, основным рабочим органом которой служит поворотный отвал с ножами, размещенный между передним и задним мостами пневмоколесного ходового оборудования.

Автогрейдер применяется при отделке земляного полотна дорог, вырезки кюветов и боковых откосов насыпи и профилировании поверхностей с перемещением грунта на расстоянии не более 100 м. Автогрейдер используется при разработке грунтов 1-11 категорий.

Автогрейдеры разделяются по конструктивной массе на легкие (до 9 т), средние (до 13 т) и тяжелые (19 т и выше). Для удобства обозначения количества ведущих осей, имеющих управляемые колеса, применяется колесная схема А х Б х В,

где А – число осей с управляемыми колесами; Б – число ведущих осей; В – общее число осей машины.

Колесные схемы 1 х 2 х 3 получили распространение в автогрейдерах легкого и среднего типов, а 1 х 3 х 3 – в тяжелых.

Современные автогрейдеры выполнены по единому конструктивному подобию и представляют собой самоходную трехосную машину с полноповоротным отвалом и гидравлическим управлением рабочими органами.

Рис.4.1 Автогрейдер:

1, 2, 3- гидродвигатели управления кирковщиком, наклоном и поворотом отвала; 4 - базовый тягач; 5- распределитель; 6- насос; 7- поворотная колонка

66

Отечественная промышленность выпускает легкие автогрейдеры с мощностью силовой установки (65 кВт), средние автогрейдеры с мощностью (100 кВт) и тяжелые автогрейдеры с мощностью двигателя (184 кВт).

4.2. Производительность автогрейдера

где V - объем призмы грунта, вырезанный за один проход, м3;

V=FL, (4.2)

КВ – коэффициент использования машины по времени,

равный 0,8…0,9; t – время цикла, ч;

F – сечение стружки в призме волочения, м2;

L-длина прохода, м.

Производительность в км отпрофилированной дороги

п – число проходов, равное 12 ..16;

vср - средняя рабочая скорость автогрейдера, равная 3000… 4000 м/ч. При постройке насыпи из боковых резервов производительность

где lр, lп, lх и vр, vп, vх – длина пути (м) и скорость (м/с) соответственно резания, перемещения и обратного (холостого) хода;

67

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 поворота в конце участка, с;

kн – коэффициент разрыхления грунта.

4.3Основные параметры автогрейдера

Кглавным и основным параметрам автогрейдеров относятся: масса автогрейдера та, удельная мощность NУД , высота отвала с ножом

(Но), длина отвала без удлинителя Lo, скорости движения, высота подъема отвала в транспортное положение h, угол резания φ, боковой вынос отвала l, заглубление (опускание) отвала ниже опорной поверхности hг; колесная формула; угол для срезания откосов γo между опорной поверхностью и режущей кромкой отвала, вынесенного за пределы основной рамы и наклоненного так, что один край режущей кромки находится на опорной поверхности, а другой максимально поднят (γo = 0– 80°); угол наклона отвала γ1 или угол зарезания, аналогичен γ0, но определяется при положении отвала, симметричного оси автогрейдера (γ1 = 0– 30°); угол захвата (рис. 4.2) – угол в плане между режущей кромкой отвала и осью автогрейдера (α = 0 ± 90°); при вырезании грунта α = 30 – 40°; при перемещении α = 60– 75°, при планировке α = 90°.

Радиус кривизны отвала (рис. 4.1,б)

где φo – угол опрокидывания отвала, во избежание пересыпания грунта за отвал φo = 65 – 75°; при установке отвала φ + ωγ + φo = π,

ωγ – центральный угол, град.

4.4 Тяговые сопротивления и тяговый расчет.

Различают два режима работы автогрейдера: рабочий и транспортный. Для первого характерны большие тяговые сопротивления и малые скорости движения, а для второго при движении с поднятым отвалом – большие скорости движения и сравнительно малые тяговые усилия.

При рабочем режиме общее тяговое сопротивление:

F = F1+ F2+ F3+ F4+ F5+ F6+ F7+ F8, (4.9)

где F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8 – сопротивления соответственно резанию грунта, трению ножа о грунт, перемещению призмы волочения по грунту, перемещению грунта вдоль отвала, перемещению грунта вверх по

68

отвалу, перемещению автогрейдера на колесах, преодолению уклона пути и разгона автогрейдера до установившейся рабочей скорости, кН;

Fкоп = F1+F2+F3+F4+F5; Fпер = F7 + F8 – соответственно суммарные

где k рез – удельное сопротивление грунта резанию ножом, кН/м2;

Sс – проекция площади поперечного сечения стружки грунта на плоскость, перпендикулярную к направлению движения автогрейдера, м2; при угле захвата α≤90° и угле зарезания γo = 0 (отвал горизонтален) соответственно:

где Lо – длина отвала без удлинителя, м; hр – глубина резания, м. При резании половиной длины отвала:

где Rz – вертикальная составляющая суммарного усилия, действующего на нож, зависящая от типа автогрейдера, положения ножа внутри базы, угла захвата и определяемая из общей схемы сил, действующих на автогрейдер, кН.

Для ориентировочных предварительных расчетов при колесных схемах 1 2 3, 1 1 2, 1 3 3 для легких автогрейдеров Rz = 2,5 – 40 кН, средних Rz = 40 – 60 кН, тяжелых Rz = 60– 80 кН;

fc – коэффициент трения стали о грунт. Сопротивление перемещению призмы волочения:

нему: