99

3. Конструкторская разработка

3.1. Выбор и расчет основных параметров дорожной фрезы

Так как базовой машиной дорожной фрезы является трактор ОМТЗ-82.1, представим его техническую характеристику [10]:

Марка ОМТЗ-82.1

Номинальная мощность, кВт 59

Тяговое усилие, кН 14

Колея (расстояние между серединами колес), мм 1430

Дорожный просвет с непогруженными грунтозацепами, мм 820

Габаритные размеры, мм:

длина 4420

ширина 1750

высота 2350

Максимальная скорость, км/ч 40

Масса трактора, кг 3300

Основные параметры дорожной фрезы на тракторе ОМТЗ-82.1 будем определять по методике [11].

Диаметр фрезы определяют по следующей формуле

d_ф=(1,42)h, (3.1)

где h – глубина фрезерования, м.

d_ф=2^.0,2=0,4 м

Ширина ротора фрезы определяется по следующей формуле

, (3.2)

где В – ширина обрабатываемой полосы дороги, м;

К – количество полос обработки;

b – перекрытие полос, м.

м

Рабочая скорость перемещения машины равна _р=0,5 м/с.

Частота вращения ротора определяется по формуле

, (3.3)

где _рез – скорость резания, 8-14 м/с;

D – диаметр ротора, м.

об/мин

Для осуществления измельчения грунта толщина стружки, срезаемой каждой лопаткой, должна быть в пределах 0,2-0,5 см. Меньшее значение толщины стружки относятся к резанию связных грунтов.

Минимальная рабочая поступательная скорость фрезы определяется по формуле

, (3.4)

где s – толщина стружки, см;

n – частота вращения ротора, об/мин;

z’ – число лопастей в сечении ротора.

м/ч или 0,27 м/с

На легких грунтах поступательная скорость фрезы может быть повышена за счет увеличения толщины стружки.

Крутящий момент на валу ротора определим по формуле

, (3.5)

где N_дв – мощность двигателя фрезы, кВт;

n – частота вращения ротора, об/мин;

 - КПД передач.

кН^.м

Основным элементом фрезы, от надежности которого зависит ее работоспособность, является рабочий орган с приводом. Расчет элементов ротора и его трансмиссии производятся на максимальный крутящий момент на оси ротора с учетом динамических перегрузок (до значений, воспринимаемых предохранительными элементами)

М’_кр=к₁М_кр, (3.6)

где к₁ – коэффициент динамичности, к₁=1,52.

М’_кр=2^.0,13=0,26 кН^.м

Окружное усилие, по которому рассчитывают усилия в лопатках и других элементах ротора, определяем по формуле

, (3.7)

где D – диаметр ротора, м.

кН

Далее произведем тяговый расчет дорожной фрезы.

3.2. Тяговый расчет дорожной фрезы

Для определения максимального тягового усилия, которое необходимо развить базовой машине запишем уравнение тягового баланса

F=F_п+F_ф, (3.8)

где F_п – сила, затрачиваемая на перемещение машины, кН;

F_ф – сила, затрачиваемая на перемещение рабочего органа, кН.

Сила, затрачиваемая на перемещение базовой машины, определяется по формуле

F_п=fG_т, (3.9)

где f – коэффициент сопротивления перемещению;

G_т – вес базовой машины, кН.

F_п=0,13,59,81=3,43 кН

Сила, затрачиваемая на перемещение рабочего органа, определяется по формуле

, (3.10)

где F_х и F_z – соответственно горизонтальная и вертикальная составляющая силы затрачиваемой на перемещение рабочего органа, кН.

Горизонтальная и вертикальная составляющие силы перемещения рабочего органа определяются по формулам

F_x=F_резcos+Rsin, (3.11)

F_z=F_резsin-Rcos, (3.12)

где F_рез – сила, затрачиваемая на резание грунта, кН;

 - угол наклона результирующей F_п, =43^о;

R – сила трения на рабочем органе, кН.

Сила, затрачиваемая на резания грунта, определяется по формуле

F_рез=С_удh(k_вb+mk_s)(1+0,256lg_p)k_az, (3.13)

где С_уд – число ударов ударника ДорНИИ;

h – глубина фрезерования, м;

k_в – удельный коэффициент трудоемкости резания грунта, k_в=5 Н/см²;

b – ширина фрезы, м;

m – число закрытых боковых срезов, m=2;

k_s – удельный коэффициент среза грунта боковыми сторонами ножа, k_s=15 Н/см;

_р – рабочая скорость, м/с;

k_а – коэффициент учитывающий влияние угла резания, k_а=0,9;

z – число ножей.

F_рез=50^.0,2(51,9+2^.15)(1+0,256lg0,27)0,9^.21=8510 Н или 8,51 кН

Сила трения на рабочем органе определяется по формуле

R=f₁F_рез, (3.14)

где f₁ – коэффициент трения грунта по металлу.

R=0,58,51=4,26 кН

Подставив соответствующие значения в формулы (3.11) и (3.12), получим

F_x=8,51cos43+4,26sin43=9,12 кН

F_z=8,51sin43-4,26cos43=2,68 кН

Подставив значения в зависимость (3.10) получим результирующую силу на рабочем органе

кН

Подставив полученные значения в уравнение тягового баланса машины, получим тяговое усилие необходимое для работы дорожной фрезы, тогда

F=3,43+9,5=12,93 кН

Проверим работоспособность фрезы по номинальному тяговому усилию, тогда должно удовлетворяться условие

ТF, (3.15)

где Т – номинальное тяговое усилие трактора, кН.

1412,93

Как видно из данного условия базовая машина в виде трактора ОМТЗ-82.1 вполне проходит по тяговому усилию. В связи с тем, что на привод фрезы тратиться около 95 % всех усилий затрачиваемых на перемещение и привод рабочего оборудования, необходимо провести мощностной расчет.