4. Розрахунок на міцність робочого устаткування

4.1. Розрахунок на міцність вала розподільного шнека асфальтоукладальника

При розрахунку шнека студентові необхідно скласти на основі технології робочого процесу схему сил діючих на шнек, яка представлена на рис.4.1

Рис. 4.1.1. Схема сил діючих на вал розподільного шнека асфальтоукладальника.

Крутний момент на валу шнека можна визначити із залежності (Н м)

(29) [3],

де N_ш – потужність приводу шнека (Вт), [див. формулу (20.1)

n_ш – частота обертання шнека в об/хв, [об/с див. формулу (7)].

Пересування асфальтобетонної суміші при її розподілі уздовж смуги, виникає поперечна сила, що діє на шнек (Н)

R = , (30)

де r -радіус, на якому діє поперечна сила, м.

Величину радіуса рекомендується приймати залежно від максимального значення коефіцієнта заповнення поперечного переріза шнека, r = (0,7...0,8) R_ш

Крім того, діє осьова сила Р.

Її можна визначити, використовуючи залежність потужності приводу шнека (Н)

(31) [3]

де r – радіус, на якому діє сила Р, м; [r=k∙D/2=(07-08)D/2)];

- кут підйому гвинтової лінії шнека при розподілі асфальтобетонної суміші на радіус r;

де - наведений кут тертя асфальтобетонної суміші з поверхнею шнека,= 34 … 36⁰.

При розрахунку шнека на міцність приймаємо, що поперечна сила рівномірно розподілена по довжині шнека.

Під дією сил R, P і крутного моменту М_кр у перерізі вала виникають напруги: згинання, стиснення й кручення.

Напруга згинання вала (Па)

Нм (32)

де М_изг – згинальний момент, Н м;

W - осьовий момент опору, м³

(33)

де d - діаметр вала шнека, м.

, (34)

де l - довжина шнека , м.

Напруга стиснення (Па)

, (35)

де F – площа перерізу вала шнека, м².

Дотичні напруження (Па)

, (36)

де М_кр – крутний момент на валу шнека, н м;

W_кр – осьовий момент опору, м³, W_кр = 0,1d³.

Результуюча напруга в небезпечному перерізі вала шнека ( па)

, (37)

Вал шнека виготовляється зі сталі 40Х, для якої =Па(320мПа)

4.2. Розрахунок на міцність приводного вала живильника

Приводний вал живильника можна розглядати як балку на двох опорах, навантажений у місцях кріплення приводних зірочок (мал.5)

Рис. 4.2. Схема сил діючих на вал живильника.

Для визначення опорних реакцій розглянемо рівновагу системи.

Сума моментів сил відносно точки А

R_b L – R_z (a + l_z) – R_z a = 0

, (38)

де R_b – реакція в опорі В, (Н);

R_z – навантаження на вал від тягового ланцюга живильника, Н;

L - загальна довжина вала шпинделя, м;

l_z – відстань між приводними зірочками, м;

а - відстань від опори до приводної зірочки, приймається рівної

а = 0,1м (а=б).

R_z = , (39)

де М_кр – крутний момент на валу живильника, Н м;

d_z – діаметр ділильного кола приводної зірочки, м

Приймаємо на першому етапі d_z = 0,2...0,25м.

Крутний момент на приводному валу живильника (Н м)

М_кр = К_д W R₃ (40)

де К_д – коефіцієнт динамічності (відношення пікового моменту, що виникає при пуску, до номінального), К_д = 1,5...1…1,7;

W-опір переміщенню суміші й ланцюгів зі шкребками, (Н);

R₃ – радіус провідної зірочки, м.

W = 1000 b h₃ L K_c g ; (41)

де b- ширина живильника, м;

h₃ – висота щілини під шиберною заслінкою, м [див. формула (5)];

L - довжина стрічкового живильника, м;

К_с – коефіцієнт опору транспортуванню, К_с = 1,4...2,1 для дрібно й среднезернистой суміші, К_с – 1,6...2,5 – для крупнозернистої;

- щільність переміщуваної суміші, т/м³, = 1,8 т/м³;

g – прискорення вільного падіння 9,81 м/с².

Реакцію в опорі А можна визначити із суми проекцій сил на осі Х,(Y)

R_A=2R_z–R_b , (42)

Згинальні моменти діючі на ділянках (Н м)

Ділянка 1 (0) ,

М_изг = R_a х, (43)

Ділянка 2 (а),

М_изг = R_a (a + х) – R_z х (44)

Ділянка 3 (0) –(відлік з правої сторони валу)

М_изг = R_b х, (45)

За результатами розрахунку будуються епюри згинальних і крутних моментів. У розрахунках на міцність використовується максимальне значення згинального моменту.

Для визначення напруг діючих у небезпечному перерізі використають приведений момент (Н м)

; (46)

Напруга в небезпечному перерізі (Па)

, (47)

де W – момент опору перерізу вала живильника, м³, W = 01d³;

де d - діаметр вала живильника, м.

Вали живильників виготовляють зі сталей С_Т5, С_Т6.

При цьому допустимі напруження можна приймати = 90 мПа. (90∙10⁶ Па)

5. Розрахунок і вибір елементів гідросистеми асфальтоукладальника

Метою розрахунку є визначення основних параметрів і характеристик системи гідроприводу асфальтоукладальника. Система гідроприводу містить у собі наступні основні складові гідропривода:

- керування бічними стінками бункера;

- підйому й опускання робочих органів.

5.1. Гідропривід керування бічними стінками бункера

Він забезпечує розвантаження асфальтобетонної суміші, що перебувають на бічних стінках бункера. Для розвантаження суміші необхідно здійснити поворот бічних стінок бункера, на кут, більший кута зовнішнього тертя асфальтобетонної суміші об сталь. Розрахункова схема для цього випадку представлена на (мал.6)

Рис. 5.1. Розрахункова схема для визначення зусиль у гідроциліндрах підйому бічної стінки бункера.

Розглянемо рівновагу системи щодо точки А.

Тоді сума моментів дорівнює

; G_бок l_бок + G_см l_см – S_ц n_ц l_ц = 0

, (49)

де – G_бок сила ваги бічної стінки, Н;

G_см – сила ваги суміші, що перебуває на бічній стінці Н;

S_ц – зусилля на штоку гідроциліндрів підйому бічної стінки, Н;

l_бок, l_см, l_ц – плечі дії сил, G_бок, G_см, S_ц, м;

n_ц – кількість гідроциліндрів підйому бічної стінки.

G_бок, G_см, l_бок, l_см, l_ц, S_ц, n_ц – установлюється розрахунковим шляхом відповідно до прийнятої конструктивної схеми в проекті.

При підйомі бічної стінки за робочу порожнину гідроциліндра використовується поршнева порожнина, тоді параметри гідроциліндра можна визначити (м)

D = , мм (50)

де S_ц – сила на штоці, Н; р –робочий тиск в гідросистемі, мПа

(1 10⁶ Па 1 мПа); - ккд; n –кількість гідроциліндрів .

На підставі розрахунку за залежністю (50) і за необхідним ходом штока гідроциліндра останній вибирають за типорозмірним рядом гідроциліндрів.

По обраних параметрах гідроциліндра й насоса визначаємо швидкість переміщення штока (м/с)

V = (51)

де F – площа поршневої порожнини, м²;

Q_н – продуктивність насоса, м³/с;

n - число гідроциліндрів.

Враховуючи особливості у використанні одиниць в технічних характеристиках гідропривода, швидкість руху штоку при подачі рідини в поршневу порожнину можна визначити за виразом

, м/с (52)

де Q – подача насосу в л/хв.; D – діаметр гідроциліндра в мм;

n – кількість гідроциліндрів.

5.2. Гідропривід підйому й опускання робочих органів.

Робочі органи (шнек, трамбувальний брус, виглажувальна плита) установлюються на рамі, що з однієї сторони кріпиться за допомогою шарніра до рами базового рушія асфальтоукладальника, а друга точка кріплення з'єднується з гідроциліндрами підйому робочих органів.

Розрахункова схема для цього випадку представлена на Рис. 7.

Зусилля на штоках гідроциліндрів визначається з умови

; (53)

де G_ро – сила ваги робочих органів, Н;

S_ц – зусилля на штоку гідроциліндра, Н;

l_ро, l_ц – плечі дії сил, м, l_ро, l_ц визначаються з конструктивної та кінематичної схемам, прийнятими в проекті.

Рис. 7. Розрахункова схема для визначення зусилля на штоку гідроциліндра підйому робочих органів

При підйомі робочого органа подача робочої рідини здійснюється в штокову порожнину, тоді діаметр гідроциліндра можна визначити по залежності:

,мм (54)

де S_ц – сила на штоці, Н; р –робочий тиск в гідросистемі, мПа

(1 10⁶ Па 1 мПа); - ккд; n –кількість гідроциліндрів. ,D й d - мм

На підставі розрахунку за залежністю (53) і за необхiдним ходом штока гідроциліндра вибираються параметри гідроциліндра за типорозмірним рядом.

По обраних параметрах гідроциліндра й насоса визначаємо швидкість переміщення його штока.

V_Ш = (55)

де F – площа поршневої порожнини, м²;

Q_н – продуктивність насоса, м³/с;

n - число гідроциліндрів.

, м/с (56)

. де Q – подача насоса в (л/хв.); D і d – відповідно, діаметри циліндра і штока (мм); n - число гідроциліндрів; n - число гідроциліндрів.

На підставі проведених розрахунків розробляються гідравлічні схеми керування бічними стінками бункера й підйому робочих органів.