4. Рабочие органы

Рабочие органы асфальтоукладчика предназначены для профилировки, предварительного уплотнения укладываемого слоя и отделки его поверхности.

4.1 Трамбующий брус

Масса трамбующего бруса /1/ определяется по формуле:

, (4.1)

где: l_бр = 0,03 м – толщина трамбующего бруса (по оси движения машины);

В=9 м – ширина укладываемой полосы;

h=0,15 м – толщина укладываемого слоя;

кг/м ³ – объёмная масса уложенной смеси.

кг.

Эксцентриситет вала трамбующего бруса /1/, м:

r=0,05·h, (4.2)

r=0,05·0,15=0,008 м.

Ход трамбующего бруса равен 5 мм.

Скорость вращения эксцентрикового вала трамбующего бруса определяется из выражения;

, (4.3)

об/мин.

Проведенные исследования /1/ позволили установить взаимосвязь между числом уплотняющих воздействий уплотняющего бруса и коэффициентом уплотнения асфальтобетонного покрытия;

, (4.4)

где: = 0,5 м – ширина выглаживающей плиты (от оси движения машины);

V = 1,7 м/мин – скорость передвижения укладчика.

4.2 Выглаживающая плита

Выглаживающая плита служит опорой рабочего органа и формирует поперечный профиль, уплотняет укладываемое покрытие и отделывает его поверхность.

Основные параметры выглаживающей плиты определяются следующим образом.

При рабочей скорости движения асфальтоукладчика менее 5,5 м/мин, применяется статическая выглаживающая плита.

, (4.5)

где: F – площадь поверхности контакта с уплотняемой поверхностью выглаживающей плиты

F=l_пл·B, (4.6)

F=0,5·9=4,5 м ²;

=419·10 ³ Па - предельно допустимое напряжение сдвига асфальтобетонной смеси/1/;

с=50·10 ³ Па – внутреннее сцепление уплотняемого материала/1/;

j=35^о – угол внутреннего трения смеси (tgj=0,7);

l - коэффициент, определяемый по формуле:

, (4.7)

где: , (4.8)

, (4.9)

где: x=0,995 – относительна координата;

m=0,2 – коэффициент Пуассона асфальтобетонной смеси;

=0,477 – коэффициент трения плиты о рабочую поверхность/1/.

;

;

;

кг.

5. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

Общее сопротивление, возникающее при передвижении асфальтоукладчика, складывается из следующих составляющих: сопротивления перемещению ходовой части укладчика и призмы смеси груженого автосамосвала, сопротивления сил трения рабочих органов по укладываемой смеси и сопротивления от сил инерции автосамосвала и укладчика при движении после их остановок.

Сопротивление перемещению ходовой части как тележки равно

W₁=g·(m_a+m_см)·(+), (5.1)

где: g=9,8 м/с ² – ускорение свободного падения;

m_а – масса асфальтоукладчика.

При проектировании массу асфальтоукладчика можно определить по зависимости m_а=56·П_а+4600, то есть m_а=56·270+4600=19720 кг.

m_см=10000 кг – масса смеси в бункере;

=0,01 – коэффициент сопротивления перекатыванию гусеничного хода по основанию или по нижнему слою асфальтобетона;

=0,07 – наибольший продольный уклон асфальтобетонных покрытий.

W₁=9,8·(19720+10000)·(0,01+0,07)=23300 Н. (5.2)

Сопротивление от перемещения призмы смеси, укладываемой уплотняющим брусом равно:

W₂=g·m_пр·, (5.3)

где: m_пр – масса призмы смеси, определяется по формуле:

,

где: Н_пр – высота призмы волочения. Принимается равной высоте установки шнека, то есть Н_пр=D_ш+h=0,35+0,15=0,5 м.

кг,

=0,8 – коэффициент трения смеси по смеси.

W₂=9,8·1350·0,8=10584 Н

Сопротивление перемещению при толкании груженого автосамосвала;

W₃=g·(m_c+m'_см)·(+i), (5.4)

где m_c=8850 кг – масса заправленного порожнего автосамосвала /1/;

m'_см=10000 кг – масса асфальтобетонной смеси в кузове автосамосвала (соответствует его грузоподъемности);

=0,06 – коэффициент сопротивления перекатыванию колёс автосамосвала с жесткими шинами по щебеночному основанию;

W₃=9,8·(8850+10000)·(0,06+0,07)=24015 Н.

Сопротивление сил трения рабочих органов по поверхности укладываемой смеси определяется по зависимости;

W₄=g·m_р·, (5.5)

где: m_р – масса рабочих органов и механизмов, воздействующая на покрытие через выглаживающую плиту. Для расчетов принимается;

m_р=К_в·m_а ,

где: К_в – коэффициент, зависящий от ширины уплотняемой полосы,

К_в=0,029·В+0,07,

К_в=0,029·9+0,07=0,33;

m_р=0,33·19720=6508 кг,

W₄=9,8·6508·0,477=30422 Н.

Сопротивление от сил инерции груженного автосамосвала и асфальтоукладчика при возобновлении движения после вынужденных остановок;

, (5.6)

где: =1 с – время разгона;

v=1,7 м/мин=0,03 м/сек – рабочая скорость передвижения машин.

Н.

Общее сопротивление, возникающее при передвижении асфальтоукладчика, равно;

, (5.7)

Н.

Для обеспечения нормальной работы асфальтоукладчика без пробуксовки необходимо, чтобы тяговое усилие по сцеплению было достаточным для преодоления всех сопротивлений, возникающих при работе машины.

, (5.8)

где: j_сц=0,7 – коэффициент сцепления движителя асфальтоукладчика и основания;

9,8·19720·0,7=135279 Н > 89778 Н.

Условие выполняется.

6. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

Необходимая мощность двигателя асфальтоукладчика подсчитывается как сумма мощностей, затрачиваемых на работу механизмов машины: N₁ – мощность на передвижение укладчика; N₂ – мощность на работу скребковых конвейеров; N₃ – мощность на привод распределительных шнеков; N₄ – мощность на работу трамбующего бруса; N₅ – мощность привода вспомогательных механизмов

Мощность N₁ расходуемая на передвижение асфальтоукладчика, определяется в зависимости от суммы всех сопротивлений, возникающих при движении машины:

, (6.1)

где: h_m=0,8 – коэффициент полезного действия трансмиссии;

v=0,03 м/с – рабочая скорость передвижения машины.

кВт.

Мощность N₂ расходуется на перемещение и подъем материала, на преодоление сил трения, возникающих между слоями смеси, находящейся на скребковом питателе и в бункере:

, (6.2)

где: W_c – сопротивление перемещению смеси и цепи со скребками, Н

W_с=20000·l_c·h_з·L_n·f_m·g₁ ,

где: l_с =0,76 м – длина скребков;

h₃ =0,255 м – высота подъёма заслонки;

L_п =3 м – длина транспортера;

f_m=0,2 – коэффициент сопротивления транспортированию смеси;

= 1,8 т/м ³ – насыпная объёмная масса асфальтобетонной смеси.

W_с=20000·0,76·0,255·3·0,2·1,8=4186 Н.

v_с=11,5 м/мин=0,192 м/с – скорость движения скребков;

h_с=0,9 – КПД привода питателя:

кВт.

Мощность привода распределительных шнеков N₃ определяется по формуле:

, (6.3)

где L_с – максимальный путь перемещения смеси. Для двух шнеков L_с=В=9 м;

w_см=5 – коэффициент, характеризующий свойства смеси;

К_зп=1,25 – коэффициент запаса;

К_ш=0,6 – коэффициент, учитывающий расход смеси через распределительные шнеки;

h_ш=0,9 – КПД привода шнека.

кВт.

Мощность привода трамбующего бруса N₄ расходуется на преодоление сил трения бруса об асфальтобетонную смесь и выглаживающую плиту, а так же на преодоление сил сопротивления смеси при ее уплотнении подошвой трамбующего бруса (рисунок 6.1)

Рисунок 6.1 – Схема сил, действующих на трамбующий брус

Сила трения трамбующего бруса о выглаживающую плиту равна:

,

где: W^’'₂ – сопротивление перемещению призмы перед брусом (без влияния части смеси, увлекаемой отражательным щитом);

S_пр – давление поджимной пружины.

Без большой погрешности расчет можно упростить, не учитывая давление пружины, но подставить полное значение W₂=10584 Н

Таким образом:

,

где: =0,25 – коэффициент трения трамбующего бруса о плиту,

Н.

Сила трения трамбующего бруса об асфальтобетонную смесь при его возвратно-поступательном движении;

,

где: =0,477 – коэффициент трения скольжения рабочих органов по смеси,

Н.

Суммарное сопротивление сил трения равно:

,

Н.

Работа суммарной силы трения за один оборот вала привода трамбующего бруса:

А_тр=4·F_тр·r_бр,

где: r_бр – эксцентриситет вала привода трамбующего бруса,

r_бр=0,05·h,

r_бр=0,05·0,15=0,008 м,

А_тр=4·7695·0,008=246 Дж.

Удельное сопротивление со стороны смеси при движении бруса вниз при малой ширине бруса можно принять постоянным и равным P₁, то есть равным давлению под передней кромкой выглаживающей плиты. Тогда суммарная сила давления бруса на смесь при его движении вниз равна

Р=Р₁·F_бр ,

где: Р₁=10000 Па;

F_бр=В·l_бр,

где: l_бр=0,03 м – ширина кромки ножа бруса. Так как частично уплотнение происходит не только кромкой, но и скосом, примем ширину рабочей кромки равной толщине ножа;

F_бр=9·0,03=0,27 м ²;

Р=10000·0,27=2700 Н.

Работа на уплотнение смеси равна

А_уп=2·r_бр·P,

А_уп=2·0,008·2700=43 Дж.

Суммарная работа:

А=А_тр+А_уп,

А=246+43=289 Дж.

Мощность N₄, расходуемая на работу трамбующего бруса

, (6.4)

где: b=1,3 – коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки за счет инерции и веса самого груза;

n_бр=1274 об/мин=21 об/с – угловая скорость вала привода бруса;

h_бр=0,9 – КПД привода бруса:

кВт.

Мощность привода вспомогательных механизмов (топливного насоса и воздуходувки систем обогрева выглаживающей плиты) составляет N₅=1,5 кВт.

Общая мощность двигателя асфальтоукладчика равна сумме мощностей, расходуемых на передвижение машины и работу его механизмов;

N=N₁+N₂+N₃+N₄+N₅ , (6.5)

N=3,4+0,9+41,4+9,1+1,5=56,3 кВт.

По расчетной мощности выбирается двигатель СМД-14НГ с мощностью 59 кВт.