Тяговый расчет и устойчивость автогрейдеров

Н - |/ V

- 75 -

при резании с перемещением

/Lhxtgcpp (costpxsirup + sin²(pxtg|3)
/-------------------------; (3.11)

где Кф' - коэффициент заполнения при чистом перемещении, к_ф' = 2; к_ф"- коэффициент заполнения отвала, определяемый как отношение фактического объема грунта перед отвалом к теоретически возможному объему грунта. При оптимальных углах установки отвала к_ф'= 1,15...1,20; Р - угол между направлением перемещения частиц грунта и нормалью к направлению перемещения машины (5 = 50... 55°; S - площадь поперечного сечения валика грунта. Остальные обозначения прежние.

Поперечное сечение отвала автогрейдера рекомендуется выполнять с постоянным радиусом кривизны г (рис. 3.12) с соответствующими углами 5, ш, я|), находящимися в следующих зависимостях:

б + 0) + 1|) = Ж,

т.е. так, чтобы угол опрокидывания i|) был меньше 90°. Рекомендуемые пределы изменения углов установки отвала автогрейдера:

Угол резания б- 30...80° с интервалами перестановок в 3...5⁰.

Угол захвата ф = 0...180° как при движении вперед, так и при заднем ходе. Применение полноповоротных механизмов установки отвала в плане делает возможным челночный способ работы, который приходится применять, когда невозможны развороты автогрейдера

- 76

(высокие насыпи, узкие проезды).

- Угол зарезания v = 0...30° при обычном резании и до 90° при выносе ножа в сторону.

• Угол опрокидывания грунта а|) = 65... 70° (рис. 3.12).

Оптимальные значения этих углов определяются в соответствии с характером выполняемой операции и категорий грунта.

Размеры базы L₀' колеи В₀ и связанного с ними радиуса поворота R автогрейдера (рис. 3.13) выбираются из соображений придания машине наименьших размеров. Однако назначение наименьших величин этих параметров обусловливается следующими соображениями.

Рис. 3.12. Поперечное сечение Рис. 3.13. Конструктивные пара-
отвала автогрейдера метры автогрейдера.

- 77 -

Для обеспечения устойчивого движения автогрейдера при вырезании- стружки с наибольшей шириной захвата необходимо, чтобы колеса автогрейдера шли по краям забоя. В этом случае колея должна быть равна

в₀ = i_t - а/2,

где d - ширина шины колеса.

Если lj>В₀, то вырезанный грунт будет попадать под задние колеса.

Минимальный размер базы определяется возможностью полного поворота отвала между колесами автогрейдера, но в то же время необходимо учитывать, что чем ближе отвал размещен к задней оси машины, тем будет лучше планирующая способность автогрейдера.

Минимальный размер базы L₀ при среднем положении отвала с учетом необходимого зазора будет

Lo_mln = D + |/l² - В₀² + 2А, (3.12)

где А - минимальный зазор между отвалом и шиной, А=50 мм; D - диаметр шины. База трехосного автогрейдера может быть определена

L₀' = L₀ + D/2 + 2А. (3.13)

Радиус поворота автогрейдера зависит от числа осей с управляемыми колесами и может быть определен для автогрейдера при одной оси с управляемыми колесами

- 78 -

R = L₀/since, (3.14)

где a - угол поворота внешнего управляемого колеса.

У современных автогрейдеров база составляет ориентировочно:

для трехосных машин................... L₀ = (l,4... 1, 7)L;

"двухосных"..................... L₀ = (l,3... 1, 5)L.

Производительность автогрейдера зависит от его основных параметров: длины ножа, мощности двигателя, тягового усилия на колесах, а также от условий его работы: характер грунта, выбранная технология работ (попеременные ходы, челночная или круговая работа и т.п.).

Производительность автогрейдера может быть выражена в объемах вырезанного и перемещенного грунта за единицу времени или е площадях, выравненных за единицу времени (смену, час). Иногда производительность автогрейдера указывают километрах длины типовой автомобильной дороги за смену.

В общем виде производительность автогрейдера в смену при резании и перемещении грунта (профилировании дороги, нарезке канав и т.п.) может быть выражена зависимостью

Т • к • V

П = ---------, (3.15)

t - к

где Т - продолжительность смены, ч;

к - коэффициент использования времени в смену (зависит от технического состояния машины, от квалификации опера­тора), обычно принимается равным 0,8...О,95;

V - геометрический объем призмы грунта, перемещаемой отва­лом за один рабочий ход, м³;

- 79 -

t - время рабочего цикла в ч, зависящее от условий резания и перемещения грунта, технического состояния машины;

к - коэффициент разрыхления грунта в призме, перемещаемой отвалом.

Время рабочего цикла t в общем случае может быть выражено

t ⁼ tj + t₂ + t₃ + t₄ + t₅ + t₆ ч, (3.16)

где t₁ - время перемещения грунта отвалом;

t₂ - время обратного хода автогрейдера;

t₃;t₄ - время на подъем и спуск отвала

t₅;t₆ - время на переключение передач и повороты в конце ра­бочего хода и в конце обратного хода.

При челночной работе автогрейдера, т.е. при работе без раз­воротов, на концах гонов время рабочего цикла выражается

t = tj + t₂ + t₃ + t₄, (3.17)

где t_i - время переднего рабочего хода;

t₂ - время обратного (заднего) хода;

t₃;t₄ - время на реверсирование отвала и переключение пере­дач в конце переднего и в конце заднего хода соот­ветственно.

Для обеспечения высокой производительности необходимо стремиться к сокращению времени рабочего цикла t и к увеличению объема V перемещаемого грунта.

При разработке коротких участков (менее 0,5 км) нормы производительности снижают на соответствующий коэффициент:

при длине участка, м............. 400 200 100

коэффициент................... О, 95 0, 90 0, 80

- 80 -

Производительность автогрейдера при работе кирковщиком определяют по объему вскиркованного слоя за единицу времени (смену) с учетом рабочего времени цикла по тем же зависимостям.

Объем вскиркованного слоя в м³ определяется

V* = Ь_к • п_к • 1_к, (3.18)

где b_K,h_K,l_K - соответственно ширина, глубина и длина киркуемой

полосы.

При определении производительности необходимо обоснованно взять величину V и V₁₍ которые определяются тяговыми свойствами автогрейдера.

Производительность автогрейдера можно определить и другим методом предложенным Д.П. Волковым. Производительность автогрей­дера может находиться в зависимости от объема вынутого и переме­щенного грунта, длины построенной дороги или спланированной пло­щадки.

При разработке грунта на участке длиной L техническая произ­водительность

П_т = L-F_c/ty. (3.19)

Средняя продолжительность цикла, с,

t_q = t_p + t₀ + t_M, (3.20)

где t_p, t₀ - время рабочего и обратного передвижения, совершае­мое на участке длиной L со скоростью соответственно v - 3...4 и 6... 8 км/ч, 't_p = L/v_p или t₀ = L/v₀; t_M - время маневрирования.

- 81 -

При планировочных работах на участке длиной Ь_пл производи­тельность машины

где t_n - время ведения планировочных работ, ч,

L_{n л} • П_х

к =-------- + t_M.

где n_x - число проходов при планировании участка.

При выполнении планировочных работ машина обычно передвига­ется со скоростью v_njI = 3...6 км/ч.

Тяговый расчет автогрейдера на рабочем режиме можно вести двумя методами:

а) по заданным параметрам ножа и характеристике технологи­
ческого процесса, выполняемого машиной, определяется тяговое уси­
лие, а затем параметры двигателя и масса машины;

б) по заданным параметрам двигателя и массе машины определя­
ется свободная сила тяги, т.е. выявляются возможные технологичес­
кие режимы работы автогрейдера с отвалами и другими видами смен­
ного рабочего оборудования.

При проведении тягового расчета автогрейдера на рабочем режиме принимаются следующие условия и допущения:

Осуществляется резание и перемещение грунта.

Резание происходит при оптимальных углах установки ножа при работе на горизонтальном участке.

- 82 -

Величина свободной силы тяги на ведущих колесах принимается с учетом перераспределения массы по осям и при оптимальном значении коэффициента сцепления.

Грунты однородные, например третьей категории.

Режимы резания постоянные.

Состояние режущей кромки ножа соответствует техническим требованиям.

Налипание грунта на рабочую поверхность отвала отсутствует.

Возможность преодоления возникающих сопротивлений определяется максимальным значением окружной силы на ведущих колесах Р_{к тах}, величина которой ограничивается условием сцепления шин с грунтом:

Рк max = Ф • С_сц) I W, (3.22)

где ф - коэффициент сцепления

G_cu - сцепная сила тяжести автогрейдера при действии на нож вертикальной, направленной вверх силы Р₂, Н;

I W - сумма всех сопротивлений при работе автогрейдера.

При рабочем режиме автогрейдера сумма всех сопротивлений движению составит

I W = W_f + W_h + W-, + W_k. (3.23)

Сопротивление качению колес W_f, сопротивление движению на уклон W_h и сопротивление сил инерции W_d могут быть получены общими методами.

Сопротивление копанию отвалом W_k рассматривается состоящим из отдельных слагаемых, характеризующих сопротивление отдельных относительных движений грунта

- 83 -

W_k = W_p + W_np + W_B + W_n, (3.24)

где W_p - сопротивление грунта резанию;

W_np - сопротивление перемещению призмы волочения;

W_B - сопротивление грунта продвижению вверх по отвалу;

W_n ' - сопротивление грунта продвижению вдоль по отвалу.

Сопротивление грунта копанию при работе автогрейдера следует рассматривать для двух характерных случаев выполнения работы:

а) зарезание при установке отвала на угол v * 0 в верти­
кальной плоскости;

б) планировочные работы при v = 0.

Для случая зарезания принимаем сопротивление резанию равным

h • 1

W_D = k -----, Н. (3.25)

^Р 2

Для планировочных работ с элементами резания сопротивление резанию будет

W_p = k- L- h, Н (3.26)

Сопротивление призмы волочению, как и при отвале бульдозера,

^wn_P = G_np- f_rr • ^sln "Ф (З-²⁷)

где G_np - сила тяжести призмы волочения, определяемая при усло­вии полного заполнения отвала грунтом, Н; f_rr - коэффициент трения грунта по грунту; ■ф - угол захвата, т. е. угол установки отвала в горизон­тальной плоскости.

- 84 -

Сопротивление грунта продвижению вверх по отвалу

^Wb = ^Gnp'^fMr'^cos2 ^рез'³¹¹¹ "Ф • ^Н (3.28)

Сопротивление грунта при движении вдоль отвала

^wn = Grip-f_Mr-f_rr-cos ip • H (3.29)

где f_Mr - коэффициент трения грунта по отвалу;

^рез ~ У^гол резания.

Необходимая сила тяги на ведущих колесах автогрейдера по условиям сцепления при рабочем режиме определяется зависимостью

Р_к > I W (3.30)

в предположении, что окружная сила на колесах по условиям сцепле­ния подсчитана с учетом перераспределения нагрузки на колеса в связи с упором ножа в грунт, т.е.

Р_к' = Ф ■ С_Сц. Н (3.31)

Обеспечение указанного значения силы Р_к должно проверяться по зависимостям

М_д-1_тр - N 1_тр

V < Р_к = ---- П = 9550 -- • —- т\, Н (3.32)

г п г

в соответствии с заданной скоростью передвижения

п • г
v - 0,377 —--, км/ч (3.33)

^-т р

- 85 -

В приведенных формулах:

Рк - окружная сила на ведущих колесах, Н;

1_тр - передаточное отношение трансмиссии; • г - радиус качения пневматических шин ведущих колес, м;

Т1 - механический к. п. д. силовой передачи;

п - число оборотов вала двигателя в минуту;

N - мощность двигателя, кВт.

Скорости движения автогрейдера. Для обеспечения различных силовых и скоростных режимов движения современные автогрейдеры снабжаются многоступенчатыми коробками передач.

Скорости движения автогрейдеров, км/ч:

Рабочие скорости:

на первой передаче................ 3...4,2

на высших передачах.............. 6...15

Транспортные скорости:............... 2 5...42

скорость на заднем ходу.......... 6...13

В связи с использованием сменного навесного оборудования (смесители, роторные снегоочистители) на автогрейдерах стали при­менять рабочие скорости порядка 0,4...1,0 км/ч.

Применение гидротрансформатора допускает бесступенчатое изменение скорости в пределах каждой передачи и позволяет уменьшить число передач.

Скорость на первой передаче может быть выбрана из выражения

v«= 1000 —---- n, (3.34)

где Р_к - сила тяги по сцеплению, Н; • i - коэффициент запаса, i < 1.

- 86 -

Значение максимальной расчетной транспортной скорости автогрейдера v_max следует определять исходя из условий реализации максимальной мощности двигателя при движении автогрейдера на установившемся режиме по горизонтальной поверхности при заданном значении коэффициента сопротивления качению i = О,025...О,035.

Для автогрейдеров со всеми ведущими колесами, у которых удельная мощность двигателя выше, значение. v_max может оказаться завышенным. В этом случае максимальную транспортную скорость нужно ограничивать величиной 40...45 км/ч, так как движение с большей скоростью может вызвать большие динамические нагрузки на машину вследствие толчков и ударов, поскольку эластичной подвески у автогрейдеров нет.

Анализ кинематических параметров трансмиссии показывает, что у большинства современных автогрейдеров, имеющих восемь скоростей, передаточные числа подобраны по закону геометрической прогрессии. У автогрейдеров с меньшим количеством скоростей обычно увеличены диапазоны между высшими передачами при сохранении прежней структуры ряда рабочих передач.

Как известно, ряд передаточных чисел, выбранный по закону геометрической прогрессии, обеспечивают одинаковую степень 'загрузки двигателя при переходе с одной передачи на другую и относительно большее число передач в зоне низших скоростей. Эта особенность ряда передач наилучшим образом отвечает требованиям, предъявляемым к тяговым машинам и поэтому получила широкое распространение.

Располагая данными v_max (y_i) и v_mln и назначив число передач п₀, нетрудно вычислить знаменатель геометрической прогрессии q по уравнению

- 87 -

----

Vmax

После этого можно определить промежуточные теоретические скорости

^V2 ~ - ^V3 ~ о» ^V4 ~ я ' ' • ^- ' max ~ _n _ ₁

или ряд общих передаточных чисел.

Тяговый расчет автогрейдера можно проводить и по методике предложенной Д.П.Волковым.

В тяговом. режиме автогрейдер преодолевает сопротивления, подобные рассмотренным при работе бульдозера с поворотным отвалом. В связи с этим тяговый расчет автогрейдера ведется по зависимостям, приведенным в разделе 1.3. Нужный при этом один из главных параметров автогрейдера - его масса - может быть найден по заданным параметрам объекта строительства.

Автогрейдер массой G с тяговым усилием (кН)

Р_Ф = G_CII'g-(p = G_onT4-<p-g (3.35)

может срезать стружку грунта площадью (м²)

F_c = Рф/lq, (3.36)

где G_Cy- сцепная масса;

Ф - коэффициент сцепления;

i - коэффициент, учитывающий колесную формулу ходовой части машины и обычно принимаемый X = 0, 7... О, 75 при формуле 1x2x3 и i = 1 при формулах 3x3x3, 1x3, 2x2x2;

kj - коэффициент удельного сопротивления грунта копанию, кПа.

- 88 -

Эта стружка может быть выражена через площадь F_p сечения

разрабатываемого автогрейдером кювета, канавы или корыта, зависи­
мостью

F_c = Р_рК_с/п_д, (3.37)

где К_с - коэффициент, учитывающий неравномерность сечения струж­ки, К_с = 1,25... 1,35; Яд - число проходов машины при разработке грунта в кювете,

п_д = 3...4. Отсюда оптимальная масса автогрейдера при заданном сечении кювета или канавы

Fp • К_с • к₁
G_onT = -------. (3.38)

g-ПдЧ-ф

Поперечная устойчивость автогрейдера. Получение наибольшей силы тяги по сцеплению нельзя рассматривать без учета обеспечения поперечной устойчивости всего автогрейдера, которая в основном зависит от правильного распределения нагрузки по мостам.

Колеса переднего и заднего мостов при работе автогрейдера с косопоставленным отвалом нагружаются не только продольными но и поперечными силами S_i: s₂.

При проектировании автогредера необходимо обеспечить соответствующую устойчивость хода как заднему, так и переднему мостам.При продольном смещении центра тяжести машины к заднему мосту может быть обеспечена большая поперечная устойчивость задних колес,но при этом недостаточно нагруженные передние колеса могут потерять необходимую устойчивость и автогрейдер начнет разворачиваться.

; - 89 - I

Значит, для каких-то определенных условий работы автогрейдера, которые характеризуются направлением и точкой приложения равнодействующей реакции грунта к отвалу N, существует наивыгоднейшее распределение нагрузки по мостам, обеспечивающее наибольшую силу тяги по сцеплению и наилучшую поперечную устойчи­вость машин.

Нахождение наибольшей горизонтальной составляющей реакции грунта на ноже можно произвести по методу,предложенному инженером Горячко Б.В. Для этого необходимо рассмотреть равновесие сил в горизонтальной плоскости с учетом действия сцепных сил по мостам Oj; Q₂ (рис. 3.14).

Риз. 3.14. Схема сил, действующих на автогрейдер в горизонтальной плоскости:

а) для автогрейдера'1x2x3;

б) для автогрейдера 1x3x3.

- 90 -

Для равновесия системы горизонтальная составляющая Р_гор должна быть равна по величине и обратна по направлению равнодействующей сцепных сил мостов автогрейдера 0.

При полном использовании сцепления колес от силы тяжести машины и вертикальной составляющей реакции грунта Р₂ горизонтальная составляющая будет равна

Prop = (G ⁺ Р₂)"Ф > (З-³⁹)

где ф - коэффициент сцепления.

Однако эта зависимость не учитывает использования сцепных качеств заднего и переднего мостов и поперечной устойчивости хода. Использование сцепных качеств мостов может быть отражено коэффициентом использования сцепных сил машины

Q

к = -------

Qi + Q₂ '

который при косопоставленном ноже будет всегда меньше единицы, так как геометрическая сумма сил 0^ и Q₂ меньше их алгебраической суммы.

Поперечная устойчивость автогрейдера характеризуется коэффициентом устойчивости хода к_х:

Дата добавления: 2015-04-25