shol_n.r._dorozhnye_mashiny_2012

ПРИЛОЖЕНИЕ Л СВЕДЕНИЯ ПО НОВЫМ ДОРОЖНЫМ МАШИНАМ

Рисунок Л.1 − Бульдозер-рыхлитель Т-35.01

62

n2 = B / L0; n2 = B / L0 · sinα;

КУ – коэффициент, учитывающий условия работы (потери, разрыхление); Lуч – длина участка, м. Для расчётов принимается 1 км (1000 п. м). Перед расчётом производительности следует кратко описать технологию

работы машины в заданных условиях.

5 ТЯГОВЫЕ РАСЧЕТЫ

Для выполнения дорожной машиной заданных функций обеспечиваемое силовой установкой тяговое усилие Рт должно быть не менее суммарных сил сопротивления дорожной машине Рт ≥ Wc. Тяговое усилие можно определить исходя из выражения

N = Рт V 10−3 ,

η

где N – мощность силового оборудования, кВт; Рт – тяговое усилие дорожной машины, Н;

V – скорость перемещения дорожной машины при выполнении рассматриваемых видов работ, м/с.

С учётом буксования

где η – КПД механической трансмиссии, 0,75 ... 0,9; δ – коэффициент буксования, для гусеничных тракторов δ = 0,07; для ко-

лёсных – δ = 0,20.

Суммарные силы сопротивления рассчитываются дифференцированно для различных групп дорожных машин. Так, для универсального бульдозера

Wc=W1 + W2 + W3 + W4 + W5,

где W1, W2, W3, W4, W5 − силы сопротивления соответственно резанию, перемещению грунта вверх по отвалу, перемещению призмы волочения, перемещению грунта вдоль по отвалу, перемещению самой машины.

Сопротивление грунта резанию W1 определяют по формуле

W1=К.b.h.sin φ, Н,

где К – удельное сопротивление резанию, Н/м2 (для разных машин в зависимости от зернового состава грунтов величина К изменяется от 50 до 250 кН/м2);

b и h – ширина и толщина стружки, м; φ – угол захвата, град.

11

В реальности силы сопротивления резанию зависят не только от грунтовых условий и площади поперечного сечения стружки, но и от соотношения между шириной и глубиной резания при одной и той же площади поперечного сечения стружки, от угла резания, формы и расположения зубьев, участия в процессе резания боковых стенок ковша и других факторов.

Также установлена прямая зависимость между удельным сопротивлением копанию и числом ударов динамического плотномера.

При этом сопротивление резанию предлагается определять по следующим эмпирическим формулам:

1) для элементарных профилей (боковых стенок ковшей, отдельных зубьев и пр.)

2) при резании периметрами (ковшами без зубьев)

W1 = Cy h1,35 (1+ 2,6l) (1+ 0,0075δ) (1+ 0,03S ) β0 µ ; 3) при резании периметрами с зубьями

W1 = Cy h1,35 (1 + 2,6l) (1 + 0,0075δ ) Z ,

где С – число ударов плотномера; h – глубина резания, м;

S – толщина элементарного профиля, м;

l – длина горизонтальной режущей кромки, м; δ – угол резания, град;

β0 – коэффициент, учитывающий влияние угла заострения элементарного профиля в плане;

µ – коэффициент, учитывающий наличие открытых боковых стенок; Z – коэффициент, учитывающий влияние зубьев.

Средние значения К составляют для грунтов:

Песчаного………. 50 000...70 000 Н/м2 Супесчаного……. 70 000...120 000 Н/м2 Суглинистого…... 120 000...190 000 Н/м2 Глинистого……... 160 000...260 000 Н/м2

Сопротивление от перемещения грунта вверх по отвалу

W2 = 9,81·Gпр·cos2δ·.f1·sin φ, Н,

где Gпр – масса грунта в призме волочения;

12

ПРИЛОЖЕНИЕ К ОПТИМАЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ И МАКСИМАЛЬНАЯ

ПЛОТНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ГРУНТОВ

61

ПРИЛОЖЕНИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ И ЧУГУНА

Обозначения: σв – предел прочности при растяжении; σТ – предел текучести; HB – твёрдость

δ − угол резания, град;

f1 – коэффициент трения грунта по металлу (песок и супесь 0,35; средний суглинок 0,5; тяжёлый суглинок 0,80).

где b – ширина призмы (длина отвала), м; Н – высота призмы (высота отвала), м;

γ – объёмная масса грунта (1400...1600) кг/м3; φ0 – угол естественного откоса (30...40°);

Кпр – коэффициент призмы, учитывающий характер грунта и соотношение H/b; Кпр = 0,7...1,5; меньшие значения – для глинистых грунтов, большие − для песчаных.

Сопротивление перемещению призмы волочения

W3 = 9,81·Gпр(f2 ± i), Н,

где f2 – коэффициент трения грунта по грунту, 0,7...0,9; i – уклон местности.

Сопротивление перемещению грунта вдоль отвала

W4 = 9,81.Gпр.f1 .f2 .cosφ, Н.

Сопротивление перемещению самой дорожной машины

W5 = 9,81.Gдм.(f ± i), Н,

где Gдм – масса дорожной машины, кг;

f – удельное сопротивление перемещению дорожной машины; для гусеничных: f = 0,08...0,15; для колёсных: 0,05...0,12, в зависимости от вида и состояния грунта.

Для прицепной дорожной машины

W5 = 9,81.Gдм.(f ± i) + 9,81 . Gт .(f1 ± i), Н,

где Gт – масса тягача, кг;

f1 – удельное сопротивление движению тягача.

В качестве условия реализации усилия сцепное усилие Рсц должно быть больше Рт, Рсц ≥ Рт.

Сцепное усилие определяется

Рсц = 9,81 . Gсц . φсц, Н;

где Gсц – сцепная масса машины, кг;

φсц – коэффициент сцепления ведущих колес с поверхностью качения (для гусеничных тракторов – 0,7...1,0; для колёсных – 0,65...0,85).

Если Рт > Рсц, то в расчетах в качестве номинальной силы тяги берется величина Рсц.

13

Необходимая мощность для преодоления всех сил сопротивлений

Nwc = WcηV 10−3 , кВт.

Если N > Nwc, дорожная машина преодолевает все силы сопротивления. Если N < Nwc − необходимо выполнить пересчёт толщины стружки, при

которой будет осуществляться процесс резания, т. е. мощность силовой установки будет достаточна.

6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МАШИН

6.1 В соответствии с заданием на курсовую работу необходимо рассчитать эксплуатационную производительность. В общем виде формулы для расчёта эксплуатационной производительности следующие:

- для машин циклического действия

Пэ = 60 Тр Кtцв Vф Ку , м3/см,

- для машин непрерывного действия

где Пэ – эксплуатационную производительность машин; Тр – рабочее время в смену, мин.; Кв – коэффициент использования рабочего времени;

Vф – фактический объём перемещённого грунта с учётом коэффициента потерь за один цикл;

Ку – коэффициент, учитывающий условие работы; tц – время цикла, с;

Lу – длина участка, м, для расчётов принимается 1000 м; V – рабочая скорость передвижения, м/с;

tп – время, затрачиваемая на поворот машины, с; n1 – количество проходов по одному месту;

n2 – количество проходов по ширине обрабатываемого участка;

n2 = D , L0

где Lо – длина отвала, м.

14

1 – тягач; 2 – дышло; 3 – левый бункер; 4 – средний бункер; 5 – правый бункер; 6 – электрооборудование; 7 – задняя балка; 8 – колёса; 9 – пневмосистема.

Рисунок Д.15 – Полуприцепной пневмошинный каток с одноосным тягачом

1 – валец; 2 – кулачки вальца; 3 – рама; 4 – заднее дышло; 5 – переднее дышло; 6 – сцепное устройство.

Рисунок Д.16 – Реверсивный кулачковый каток

59

1 – трактор с бульдозерным оборудованием; 2 – ходоуменьшитель; 3 – механизм подъёма и пригруза трамбующего оборудования; 4 – гидромеханический привод рабочих органов; 5 – механизм фиксации рамы; 6 – рабочий орган;7 – рама трамбующего оборудования; 8 – планировочная плита. Рисунок Д.14 – Трамбующая машина с ударно-вибрационными органами

58

6.2 Эксплуатационная производительность бульдозеров

Пэ = 3600 qТцККв рКп Ку , м3/ч,

где q – объём призмы волочения, м3; Кв = 0,85...0,9;

Кп – коэффициент потерь грунта при перемещении, Кп = 1–0,005.lп, lп – расстояние перемещения грунта, м (5...50 м);

Ку – коэффициент уклона местности, при подъеме 5...15° Ку = 0,67...0,40,

при спуске 5...20° Ку = 1,33...2,68;

Кр – коэффициент разрыхления грунта, Кр = 1,1...1,3, меньшие значения для песчаных; Тц – продолжительность цикла, с.

где lр – длина пути резания, м; lр = 6...10 м;

V1 – скорость при копании, м/с; V1 = 0,4...0,6 м/с;

V2 – скорость при перемещении грунта, м/с; V2=0,9...1,0 м/с; V3 – скорость холостого хода, V3 = 1,1...2,2 м/с;

tп – время на разворот, tп = 10...20 с;

tо – время на опускание отвала, tо = 1...2 с;

tс – время на переключение передач, tс = 4...5 с. Производительность бульдозера на планировочных работах

где l – длина планируемого участка, м;

φ – угол захвата, град.; 0,5 – величина перекрытия проходов, м; п – число проходов по одному месту, п = 1...2;

V – рабочая скорость движения бульдозера, V = 0,8 ... 1,0 м/с.

6.3 Производительность скреперов

где q – ёмкость ковша, м3;

Кн – коэффициент наполнения ковша, Кн = 0,8...1,1;

Кв = 0,8...0.9; Кр = 1,1...1,3.

где l1, l2, l3, l4 – длина путей заполнения ковша грунтом, транспортирование грунта, разгрузки и движения порожнего скрепера, м;

V1, V2, V3, V4 – соответствующиеэтимдлинампутейскоростидвижения, м/с; tс = 6 с; n – число переключений передач за цикл; n = 5...6; tп = 15...20 с.

6.4 Производительность автогрейдера при возведении земляного полотна высотой до 0,7 м

где Lу – длина участка, км;

F – площадь сечения насыпи, м2;

nз, nп, nо – количество проходов в одном направлении при зарезании грунта, перемещении и отделке (разравнивании), в работе принимается 1 для каждого случая;

V1, V2, V3 – скорости автогрейдера при зарезании, перемещении и отделке,

м/с; tn = 20 с.

Производительность автогрейдера на планировочных работах определяют по той же формуле, что и для бульдозеров.

7 СИЛОВЫЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЁТЫ

Задача расчёта на прочность заключается в создании такого рабочего оборудования, элементы которого удовлетворили бы требованиям прочности, были надёжными в эксплуатации, имели наименьшую материалоёмкость. Может решаться и задача проверки на прочность существующих конструкций, их элементов в более тяжёлых условиях работы, чем предусмотрено по техническим условиям на эксплуатацию дорожной машины.

Для выполнения прочностных расчётов предварительно необходимо определить максимальные силы, действующие на расчётный узел. Первоначально выбирается соответствующее расчётное положение, вычерчивается расчётная схема с приведением всех активных и реактивных сил [4]. Активные силы – сила тяжести, сила тяги. Реактивные силы могут быть внешними и внутренними. Внешние возникают в результате взаимодействия рабочего органа и дорожной машины с грунтом. Внутренние возникают в узлах связи отдельных элементов. Важно выбрать такое расчётное положение (начало заглубления, резание, вы-

16

1 – редуктор; 2 – кривошипный полиспастный механизм; 3 – передняя подвеска; 4 – задняя подвеска; 5 – трамбующая плита; 6 – ходоуменьшитель;

7 – переходный фланец; 8 – карданный вал; 9 – фрикционная муфта сцепления.

Рисунок Д.13 – Трамбовочная машина ударного действия

57

С = СС11+СС22 ; С1 = β · В, С2 = α · Gт,

где β – коэффициент жёсткости препятствия на 1 см длины отвала В, Н/см2; (для грунта III категории – 28; мёрзлого грунта – 190, для каменного препятст-

вия – 1300 Н/см2);

α – коэффициент жёсткости конструкции навесного рабочего оборудования; для бульдозера на 1 кг масса трактора Gт = 9...10 Н/см.кг.

После определения действующих сил выполняются расчеты на прочность

ипроверяется условие прочности по формуле:

σ≤ [σ] и τ ≤ [τ],

где σ и τ – расчётные нормальные и касательные напряжения; [σ ] и [τ ] – допускаемые напряжения.

При необходимости проверяется устойчивость (продольный изгиб) элементов металлоконструкций, штоков гидроцилиндров.

При внецентровом растяжении или сжатии

σ = NF + WМ ,

где N – продольная сила;

F – площадь сечения элемента; М – изгибающий момент;

W – момент сопротивления сечения.

Для стыковых швов сварных соединений при действии осевой силы N:

σш = hшNlш ,

где hш, lш – ширина и длина шва. Для угловых швов сварных соединений при действии осевой силы N

Таким образом, при расчёте на прочность необходимо:

1)подобрать сечение элемента по нормальным нагрузкам;

2)назначить материал;

3)установить допускаемые напряжения;

4)определить гибкость стержней.

Конструкции несущих органов рабочего оборудования обычно изготавливают из сталей обыкновенного качества Ст.2, Ст.3 (ГОСТ 380–88*); низколегированных сталей 15ХСНД, 10XСНД, 14Г2,14XС (ГОСТ 19282–73*); пальцы

18

Рисунок Д.11 – Размещение механизма поворота отвала на тяговой раме

55

Величины вертикальной и горизонтальной составляющих сил сопротивления на отвале

Wp = Rx ≈ 0,7 .Tcц ≈ 8820 кгс, Rz ≈ Rx.tg17° ≈ 0,3.8820 ≈ 2650 кгс.

Расстояние центра тяжести бульдозера от оси ведущей звёздочки гусеницы d = 1,5 м. Высота линии действия Rz над опорной поверхностью

h = 0,17.Нотв = 0,17.1,2 = 0,2 м.

Координаты центра давления машины на грунт равны

где d1 ≈ 5,5 м, центр давления лежит на расстоянии от середины опорной поверхности меньше чем 1/6 длины опорной поверхности, что допустимо.

а) В процессе заглубления трактор вывешивается на отвале (реакция в точке В = 0)

Суммарная жёсткость препятствия и навесного оборудования (С) определяется по формуле, при С2 = 15000 кгс/см, С1 = 850 кгс/см.

С1 = β . В, С2 = α . Gт,

где β – коэффициент жёсткости препятствия на 1 см длины отвала В, Н/см2; (для грунта III категории β = 28; мёрзлого грунта β = 190, для каменного препятствия β = 1300 Н/см2);

α – коэффициент жёсткости конструкции навесного рабочего оборудования; для бульдозера на 1 кг масса трактора Gт = 9...10 Н/см.кг.

Рабочая скорость движения V = 2,5 км/ч ≈ 0,7 м/с. Реакция Rx равна

б) В процессе выглубления отвала в движении трактор вывешивается на отвале (реакция в точке А = 0).

Реакция Rz равна

1– масляный бак; 2 – фильтр; 3 – гидронасос; 4 – обратный клапан; 5 – трёхсекционный гидрораспределитель; 6 – запорный клапан

(гидрозамок); 7 – гидроцилиндр подъёма и опускания ковша; 8 – гидроцилиндр управления заслонкой ковша; 9 – гидроцилиндр управления задней стенкой ковша.

Рисунок Д.9 – Схема гидравлической системы управления рабочими органами самоходного скрепера ДЗ-11

53