Строительные и дорожные машины_ Шепелина_учебное пособие

где fс – суммарный коэффициент сопротивления качению колес;Ri – суммарная нормальная реакция на все колеса, кН;

ma – масса автогрейдера, кг; g = 9,81 м/с2;

У – угол наклона поверхности движения к горизонту, град.

при У <10° Fпер Ri(fо i);i tgαУ ; при У >10° Fпер Ri(fо cosαУ sinαУ ).

Сопротивление F8 определяют как силу инерции при разгоне:

где mа + mг– масса автогрейдера и грунта в призме волочения, кг; vp – рабочая скорость движения, м/с;

tр – время разгона, с; tр = 3– 5 с. Сила сцепления автогрейдера:

где – характеристика развески колес по осям автогрейдера;

=1 при схеме 3×3×3, 1×3×3, 2×2×2 и = 0,7– 0,75 при схеме 1×1×2

и1×2×3;

Gа – полный конструктивный вес, кН.

Номинальная сила тяги по сцеплению, соответствующая 20% коэффициента буксования, при котором тяговая мощность близка к максимальной.

Условия возможности рабочего движения по сцеплению Pксц ≥ F. При движении с установившейся рабочей скоростью (F8 = 0)

возможную максимальную площадь сечения вырезаемой стружки Sc определяют из уравнения:

где левая часть уравнения представляет собой свободное тяговое усилие, которое реализуется непосредственно для копания. При разработке автогрейдером выемки площадью поперечного сечения Sк необходимое число проходов:

где kс – коэффициент, учитывающий неравномерность сечения стружки при отдельных проходах; kс = 1,30 ÷ 1,35.

При транспортном режиме общее тяговое сопротивление:

где F9 – сопротивление воздуха, кН. Сопротивление воздуха:

где kо – коэффициент обтекаемости; kо = 0,6÷ 0,7 Нс2/м4; Sл – лобовая площадь, м2; Sл ≡ Вп·На;

vт – установившаяся транспортная скорость, км/ч.

4.5 Мощность двигателя.

На первой рабочей скорости при режиме максимальной тяговой мощности с учетом коэффициента буксования δ = 20% двигатель должен работать на режиме максимальной мощности:

3600 η kвых kо

где Ga – в кН; vp – в м/ч; η – общий КПД трансмиссии;

kвых – коэффициент выходной мощности двигателя, kвых= 0,9;

ko – коэффициент, учитывающий отбор мощности на привод вспомогательных механизмов (подъем отвала и др.), ko = 0,75 – 0,90.

Мощность при передвижении на максимальной транспортной

По наибольшему значению N с коэффициентом запаса kзап = 1,2 – 1,4 подбирают двигатель:

71

4.6 Внешние силы и реакции, действующие на автогрейдер.

Рассмотрим внешние силы и реакции на примере наиболее распространенного автогрейдера с колесной схемой 1 2 3 при копании грунта (рис. 4.2,а). На автогрейдер действуют активные силы: Ga – вес автогрейдера (кН), силы тяги на ведущих колесах Рк2 и Рк3. Реактивные силы– суммарные нормальные составляющие реакции на передние R1 и задние R'2 и R'z колеса, суммарные касательные составляющие на те же колеса fоR1, fоR'2 и foR'Z (сопротивления движению колес), составляющие реакции, действующие на отвал, Rx, Ry и Rz, боковые горизонтальные реакции F'1, F'2, F'3 и F1.

При рассмотрении этой системы сил сделаны следующие допущения: пренебрегли смещением реакций R1, R'2 и R'3 вследствие

сравнению с длиной базы L'a; реакции fоR1, fоR2, fоR'3, F1, F'2 и F'Z, силы PK2 и PK3 расположены в одной плоскости на уровне опорной линии колес;

составляющие реакций грунта Rx, Ry, Rz приложены к переднему концу отвала параллельно соответствующим осям координат; на режиме максимальной тяговой мощности PK [(PK2 PK3 )2 0,70...0,73]

(R2'+R3')φсц2; вертикальные составляющие реакций на правые и левые колеса соответствующих осей равны между собой;

2R2' + 2R3' = R2, которая приложена на оси подвески заднего балансира по оси автогрейдера, соответственно 2foR2' + 2foR3' = foR2; общая

где x1 и х2 определяются по теории косого клина; в среднем x1 = 0,15 – 0,20; х2 = 0,3 – 0,4. Считая, что автогрейдер находится в равновесии под действием системы сил и реакций, показанной на рисунке 4.2, а, можно найти силы и реакции из шести уравнений равновесия относительно пространственной системы координат xyz. Начало координат в точке О:

72

x 0; RX 2 fo R1 fо R2 PK 0;

y 0; RУ F'3 F'2 F1 0;

z 0; RZ Ga 2 R1 R2 0;

M X 0; R2 l4 2 R1 (l4 0,5 BП ) Ga l4 F'1 hг

(F'2 F'3 ) hг 0;

M У 0; R2 l1 2 R1 l2 fo R2 hг Pк hг 2 foR1 hг Ga l3 0;

M Z 0; F1 l2 F'1 l1 Pк l4 fo R2 l4 fo R1 (l4 0,5 BП )

fo R1 (l4 0,5 BП ) 0.

Рис. 4.2 Схема к расчету автогрейдера в рабочем режиме (а)и егоотвала (б)

Совместным решением этих уравнений определяют реакции Rx, Ry, Rz, R1, R2, F1' и F1. Возможность реализации тягового усилия Рк проверяют по условию сцепления.

73

4.7 Пример расчета

Исходные данные:

масса автогрейдера mа = 19500 кг; удельная мощность

N уд N 173 41,2 (кВт/м); L0 4,2

высота отвала с ножом Но = 700 мм; длина отвала без удлинителя Lo = 4,2 м;

высота подъема отвала в транспортное положение h = hг+100 = 500 + 100 = 600 мм;

угол резания = 50°;

боковой вынос отвала l = 1050 мм;

заглубление (опускание) отвала ниже опорной поверхности hГ =

500 мм;

колесная формула – 1 2 3 угол для срезания откосов 0 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 ( 0 = 0... 80°); угол наклона отвала 1 или угол зарезания, аналогичен 0 , но определяется при

где 0 - угол опрокидывания отвала, во избежание пересыпания грунта за отвал 0 =65... 75°; при установке отвала r 0 .

Производительность.

При постройке насыпи из боковых резервов:

где V - объем грунта, перемещаемого за один проход, м3

- 74 -

соответственно резания, перемещения и обратного (холостого) хода; tC - время на переключение передач, с; tC =5 с;

t0 - время на опускание и подъем отвала, с; to = 1,5... 2,5 с; t П - время поворота в конце участка, с;

kH - коэффициент разрыхления грунта.

Тяговые сопротивления и тяговый расчет.

При рабочем режиме общее тяговое сопротивление (кН)

F F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 ,

F1 F2 F3 F4 F5 FКОП ; F6 F7 FПЕР - соответственно суммарные сопротивления копанию и перемещению, кН.

Сопротивление резанию грунта

F1 kРЕЗSC 5 2,1 10,5 (кН),

где kРЕЗ - удельное сопротивление грунта резанию ножом, кН/м2:

SC - проекция площади поперечного сечения стружки грунта на плоскость, перпендикулярную к направлению движения автогрейдера, м2;

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,

- 75 -

действующих на автогрейдер, кН. Для ориентировочных предварительных расчетов при колесных схемах 1×2×3, 1×1×2, 1×3×3 для средних автогрейдеров RZ =40... 60 кН;

fc - коэффициент трения стали о грунт, который подбирается по таблице 4.1.

Таблица 4.1

Коэффициент трения грунта о поверхность ножа

Сопротивление перемещению призмы волочения:

F3 GПР f Г sin 30,8 0,3 sin 60 8,0 кН

где GПР = V 1,1 2,8 3,08 (кН) – вес призмы волочения. Сопротивление перемещению грунта вдоль отвала

F4 GПР f Г fC cos 30,8 0,3 0,3 cos 60 1,4 кН и вверх по нему

F5 GПР fC cos2 sin 30,8 0,3 cos2 50 sin 60 3,3 кН

где GПР f Г - сила перемещения призмы волочения, нормальная в плане к отвалу, кН; GПР f Г - сила трения грунта при движении вдоль отвала.

Общее сопротивление копанию грунта автогрейдером

FКОП F1 F2 F3 F4 F5 kКОП SC 10,5 35,5 8,0 1,4 3,3 58,7 кН

Сопротивление перемещению автогрейдера (кН)

FПЕР F6 F7 fС Ri ma g sin У 10 3 0,3 0,35 195 9,81 sin 20 10 3 0,8

где fС - суммарный коэффициент сопротивления качению колес;

Ri - суммарная нормальная реакция на все колеса, кН; ma - масса автогрейдера, кг; g=9,81 м/с2;

У - угол наклона поверхности движения к горизонту, град.

При У <10° FПЕР Ri ( f0 i);i tg У

при У >10° FПЕР Ri ( f0 cos У sin У ).

- 76 -

Номинальная сила тяги по сцеплению, соответствующая 20% коэффициента буксования, при котором тяговая мощность близка к максимальной,

PK .СЦ (0,7...0,73) СЦ GСЦ 0,7 0,8 106,54 (кН)

Условия возможности рабочего движения по сцеплению PK .СЦ F.

При движении с установившейся рабочей скоростью (F8=0) возможную максимальную площадь сечения вырезаемой стружки Sc (м2)

PK .СЦ FПЕР kКОП SC ,

60 - 0,8 = 28 . 2,1

где левая часть уравнения представляет собой свободное тяговое усилие, которое реализуется непосредственно для копания.

При разработке автогрейдером выемки площадью поперечного сечения SK (м2) необходимое число проходов. SK (длина полосы × ширина полосы) задаем произвольно: 1 км ×14 м, (м2)

zП kC SK SC1 1,3 14000 / 2,1 8667

где kC - коэффициент, учитывающий неравномерность сечения стружки при отдельных проходах; kC = 1,30 ... 1,35.

При транспортном режиме общее тяговое сопротивление

F F6 F7 F8 F9 = 0,8 + 0,06 + 11,4 = 12,3 (кН)

где F9 - сопротивление воздуха, кН. Сопротивление воздуха

где k0 - коэффициент обтекаемости; k0 = 0,6...0,7 Н-с2/м4; - 77 -

S Л - лобовая площадь, м2;

SЛ ВП Ha 13,02 ;

vT = 3…5 - установившаяся транспортная скорость, км/ч. Мощность двигателя. На первой рабочей скорости при режиме

максимальной тяговой мощности с учетом коэффициента буксования 6 = 20% двигатель должен работать на режиме максимальной мощности

N (0,70...0,73) СЦ f 0 Ga vP (0 0,01 ) 3,6 103 k ВЫХ k0

0,72 0,9 0,7 0,1 152 4000 (1 0,2) 11,34кВт 3600 0,75 0,9 0,8

где Ga - в кН; vp - в м/ч;

- общий КПД трансмиссии,

kBЫX - коэффициент выходной мощности двигателя; kBЫX = 0,9;

ko - коэффициент, учитывающий отбор мощности на привод вспомогательных механизмов (подъем отвала и др.);. ko = 0,75 ... 0,90. Мощность при передвижении на максимальной транспортной скорости

vтmax

По наибольшему значению N с коэффициентом запаса kЗАП = 1,2 ... 1,4

подбирают двигатель

N ДВ k ЗАП N 1,3 11,34 14,74кВт

- 78 -

4.8 Практическая работа №4

Тема: Тяговый расчёт автогрейдера и расчёт его производительности.

Цель работы: сделать расчёт основных параметров автогрейдера и определить его производительность.

Таблица 4.2

Исходные данные

- 79 -