Основные конструктивные параметры автогрейдеров и их расчет

НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОГРЕЙДЕРОВ

РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ И ПРИНЦИПЫ ПРИМЕНЕНИЯ АВТОГРЕЙДЕРОВ

Рис. 3.1. Автогрейдер.

Автогрейдер (Рис.3.1) широко применяют при строительстве и содержании дорог, а. также при аэродромном,' промышленном, гражданском, гидротехническом, ирригационном и сельском строительстве. С помощью автогрейдера можно производить профилировочные и планировочные работы при строительстве земляных сооружений, возводить насыпи высотой до 0,6 м, планировать откосы, рыть и очищать кюветы и канавы треугольного и трапецеидального профиля, сооружать корыта для дорожных оснований, перемешивать и разравнивать грунт, щебень, гравийные и вяжущие (цемент, битум) материалы, а также разрушать дорожные покрытия и расчищать от снега площади, улицы и дороги. Они могут разрабатывать грунты до 2-ой категории, а при предварительном рыхлении - до 4-ой категории.

- 55 -

Автогрейдер состоит из ходового оборудования, двигателя внутреннего сгорания с силовой передачей, основной (тяговой) рамы, кабины, механизмов управления и рабочих органов.

Ходовое оборудование автогрейдеров пневмоколесное и включает две или три колесные оси,каждая из которых может быть управляемой (обычно передняя ось), ведущей (обычно задние оси одна или две) и одновременно управляемой и ведущей. За рубежом применяют отдельные модели автогрейдеров с комбинированным ходовым оборудованием: передние управляемые оси пневмоколесные, а задние ведущие оси снабжены легкой гусеничной лентой.

Наибольшее применение получили трехосные автогрейдеры с двумя задними ведущими осями и передней осью с управляемыми колесами.

Силовая установка как правило включает в себя двигатель внутреннего сгорания - дизель. В зависимости от массы автогрейдера дизельные двигатели имеют мощность от 57 до 250 кВт. Силовая передача от двигателя внутреннего сгорания - дизеля на ведущие оси (рис. 3.2) осуществляется, как правило, через многоступенчатую коробку передач и раздаточную коробку (рис. 3.2, а). В кинематической схеме тяжелых автогрейдеров использованы гидромеханические передачи с использованием гидротрансформаторов (рис. 3.2, б), а также гидродвигателей, установленных в ведущие колеса машины (рис. 3.2, в). Наибольшее распространение на автогрейдерах с механической силовой передачей получили трансмиссии выполненные по схеме (рис. 3.2, а) в различных вариантах передачи на одну, две или все три ведущие колесные оси. В современных разработках трансмиссии автогрейдеров, как правило, применяют гидромеханическую трансмиссию.

- 56 -

Рис. 3.2. Кинематические схемы автогрейдеров:

а - механическая трансмиссия с коробкой передач и раз- -даточной коробкой; б - гидромеханическая трансмиссия с гидротрансформатором и коробкой передач; в - гидравлический привод с насосами и отдельными гидродвигателями в ведущих колесах;

I- двигатель; 2- муфта сцепления или гидротрансформатор;
3- коробка передач; 4- раздаточная коробка; 5- редуктор
заднего моста; 6- редуктор балансира; 7- муфта обгона;
8- редуктор переднего моста; 9- колесо; 10- насос;

II- мотор-колесо с гидродвигателем.

- 57 -

Основной несущей конструкцией автогрейдера является гнутая в вертикальной плоскости сварная рама 2 (рис. 3.1). В хвостовой части рама 1 (рис. 3.3) имеет прямоугольную форму. Сверху на нее устанавливается двигатель, а снизу она связана с задним мостом 3 механизма передвижения.

Рис. 3.3. Рама автогрейдера с балансирной подвеской.

В передней части рама переходит в гнутую,выпуклостью вверх прямоугольную или круглую в сечении балку, называемую обычно хребтовой балкой 2 (рис. 3.I.J. В средней части балка имеет кронштейны для крепления гидроцилиндров 1 подъема и опускания отвала, а впереди заканчивается стойкой с проушинами для шарнирного присоединения балки к переднему мосту и навески дополнительного рабочего оборудования 3. С внутренней стороны к стойке хребтовой балки с помощью шарового шарнира присоединена тяговая рама 4 с отвалом 5.

^; - 58 -!

Тяговая рама (рис. 3.4) осуществляет передачу к отвалу 1 тягового усилия от рамы машины. На современных автогрейдерах тяговую раму выполняют в двух исполнениях: это или Т-образная конструкция из двух балок, или Д-образная рама.

Рис. 3.4. Тяговая рама с отвалом.

В передней части тяговая рама 3 заканчивается шаровым пальцем 4, с помощью которого она присоединяется к стойке хребтовой балки. На другом конце тяговая рама в обоих исполнениях имеет поперечную балку с шаровыми пальцами 5 по бокам для присоединения штоков гидроцилиндров подъема и опускания отвала.

- 59

Снизу к тяговой раме приварены три площадки, к которым болтами прикреплены металлические плоские накладки для установки поворотного круга автогрейдера 2.

. Поворотный круг позволяет поворачивать отвал на 360°. Он с отвалом при работе машины составляет один узел._; Между собой они соединены посредством кронштейнов и ползунов.

Основным рабочим органом у автогрейдера является отвал 1. Он расположен в средней части машины между ' передними и задними колесами. Такое расположение отвала требует увеличения длины машины. Однако при этом локальные неровности грунта, по которому передвигается машина, несущественно или совсем не сказываются на планирующих способностях машины.

Рис. 3.5. Влияние неровностей на планирующие свойства

автогрейдера.

- 60 -

Как видно из рис. 3.5, местные неровности вызывают вертикальное перемещение отвала в основном только при наезде на них передних колес. Когда передние колеса окажутся в зоне возвышения или впадины высотой или глубиной н, вертикальное отклонение ножа отвала составит h - Н/2. Такая же неровность под задними колесами при наличии у них балансирной подвески может вообще не сказаться на положении отвала.

Помимо отвала автогрейдер может быть укомплектован, примерно, еще 20 видами сменного дополнительного оборудования. Среди них наиболее часто используют кирковщик, бульдозерный отвал, плужный снегоочиститель, удлинители отвала, откосник, грейдер-элеватор и др. При работе машины отвал можно установить наклонно к вертикальной и горизонтальной плоскостям, поворачивать в плане и выносить в сторону от продольной оси. Для достижения наибольшей производительности и наилучших условий машины угол наклона отвала к вертикальной плоскости - поперечный наклон -нужно выбирать таким, чтобы угол резания его ножа составлял около 35-40°. Угол наклона отвала к горизонтальной плоскости при резании, перемещении и планировке грунта целесообразно принимать в пределах 15-18°, а при планировке откосов устанавливать до 45°. Угол поворота отвала относительно продольной оси машины - угол захвата, обычно выбирают из условия получения наименьшего сопротивления при отводе грунта в сторону и принимают в пределах 35-45°.

Система управления автогрейдером включает рулевое управле­ние, механизмы управления двигателем,силовой передачей,тормозами, наклоном колес и рабочими органами.

- 61 -

Наиболее надежной системой управления рабочими органами и наклоном передних колес до настоящего времени являлась механическая система управления с приводом от дизеля (система с сервомеханизмами)

В настоящее время распространение получили гидравлические системы управления, выполненные по совмещенной или раздельно-агрегатной насосной схеме.

Автогрейдеры классифицируют в зависимости от мощности силовой установки или соответствующей ей массы машины, вида управления и колесной схемы ходовой части. В зависимости от мощности силовой установки и соответствующей ей массы машины автогрейдеры делятся на легкие - мощностью до 50 кВт и массой машины до 9 т, средние - мощностью до 75 кВт и массой до 13 т, тяжелые - мощностью до 120 кВт и массой до 19 т и особо тяжелые -мощностью до 180 кВт и массой до 24 т.

По типу управления различают автогрейдеры с механической и гидравлической системами управления. Ходовая часть автогрейдеров выполняется двухосной или трехосной. Колеса передней оси у всех автогрейдеров управляемые, а у тяжелых еще и ведущие.

В зависимости от конструктивного решения, ходовой части для автогрейдеров принято давать, так называемую колесную формулу. В ней указывается количество управляемых А и приводных Б осей из общего числа осей В ходовой части машины.

Наибольшее распространение на современных автогрейдерах получила конструкция ходовой части с наклонными передними колесами, соответствующая формуле

А X Б х В = 1 х 2 х 3.

- 62 -

Несмотря на простоту конструктивного решения ходовой части в этом случае, машина, как показала практика эксплуатации, имеет хорошие планирующие и тягово - сцепные показатели. Наличие наклоняемых передних колес в дополнение к этому позволяет легко выдержать прямолинейность в движении.

При выполнении колесного хода по схеме 1x3x3, применяемого на машинах, работающих в тяжелых условиях, также имеют место хорошие тягово - сцепные свойства, однако затруднено осуществление наклона и управление передних колес.

Ходовая часть, выполненная по схеме 2x2x2, обеспечивает машине хорошую маневренность и проходимость, однако при этом затруднительно получить высокие планирующие показатели.

Основными конструктивными параметрами автогрейдера являются: масса автогрейдера G; мощность двигателя N; длина отвала L; база машины L₀; сцепной вес G_cn; рабочие скорости передвижения v_p; транспортные скорости передвижения v_Tp и производительность П.

Важными параметрами являются также: Р_к - окружная сила на ведущих колесах (по двигателю); Р₂ - максимально возможное давление на нож и Р_коп свободная сила тяги, используемая для полезной работы.

Между массой автогрейдера G и его сцепной массой G_cu существует зависимость, характеризуемая коэффициентом определяемым колесной схемой:

- 63

к = ~^-

^сц G ' ' ^(ЗЛ)

Для автогрейдеров с колесными схемами 1x2x3 и 1x1x2 Ксц =0.7...0.75. для автогрейдеров со всеми ведущими колесами

Кц = 1.

Сцепная масса машины определяет максимальную силу тяги которую могут развить (по сцеплению) ведущие колеса автогрейдера'

Наглядное представление о возможном использовании силы тяги машины по мощности двигателя и по сцеплению дает график на рис. 3.6. левая часть графика показывает изменение возможной силы на колесах по сцеплению (линия CD), при этом окружная сила на колесах по двигателю больше силы по сцеплению. Правая часть графика указывает невозможность увеличения силы тяги по сцеплению (выше линии СВ). так как мощность двигателя ограничивает величину окружного усилия на колесах; таким образом, фактически реализуемая сила тяги ограничена линией CDB.

Рис. 3.6. Возможное использование силы тяги на колесах автогрейдера: Р_к - сила тяги на колесах; «р - коэффициент сцепления-АВ - сила тяги по сцеплению; DCB - фактическая сила тяги на колесах.

- 64 -

Определение массы автогрейдера. Наиболее характерным и в то же время тяжелым для работы автогрейдера является процесс "зарезания", т.е. проход машины, когда производится вырезание стружки оптимального сечения при профилировании грунтовой дороги в нулевых отметках (в грунтах заданной категории).

Общая масса автогрейдера может быть определена по зависимости, предложенной В.М. Гольдштейном:

m-F-kj

G = ------------ кг, (3.2)

9,81-ф_опт-к_сц-п

где m - коэффициент учитывающий неравномерность сечения стружки при последовательных проходах и возможное уменьшение сцепной массы из-за наличия вертикальной составляющей реакции грунта на ноже; принимается m = 1,25...1,35;

F - общая площадь сечения треугольного или трапецеидального кювета, выполняемая зарезанием, м²;

kj - удельное сопротивление резанию для грунтов, мН/м²; применяется lq = 2, 20... 2, 40 кН/м²;

к_сц- коэффициент, определяемый колесной схемой;

Фопт~ коэффициент использования сцепной массы при оптимальном буксовании (соответствующем максимальной тяговой мощности), обычно Ф_опт= 0,45...О,55;

п - необходимое число проходов для обеспечения полного срезания профиля кювета; величина F/n определяет площадь поперечного сечения стружки, вырезаемой за один проход автогрейдера.

Дата добавления: 2015-04-25