Специальное рабочее оборудование для НТТМ промышленного назначения

h= (0,11)Н=0,1*560=56(мм)

Высота отвала Н(мм): Для неповоротного отвала

(мм)

Примем Н=560 мм

Где FН - Номинальное тяговое усилие бульдозера (кН)

Номинальное тяговое усилие бульдозера (Н)

(Н)



где тб=тб.м+тн.о - масса бульдозера, кг; тб.м - масса базовой машины, кг; тн.о - масса навесного оборудования, кг,( тн.о0,25 тб.м); km - коэффициент использования массы по сцеплению; для гусеничных бульдозеров km -1,0; для бульдозеров на базе пневмоколесных тягачей km определяется числом ведущих мостов; - коэффициент сцепления, для гусеничного движителя достигает значения 1.0 - 1.2, для колесного движителя - 0.7 - 0.8.; g=9,8 м/с2.

Сопротивление перемещению призмы волочения грунта (Н)

(H)

где - масса призмы волочения грунта, кг;

(кг)

В, Н - ширина и высота отвала, м; kПР - коэффициент, зависящий от характеристики грунта и формы отвала; для связных грунтов kПР=0,8... 0,9, для несвязных - kПР= 1,2... 1,3; - (800…1500) плотность разрыхленного грунта, кг/м3; g=9,8 м/с2; - коэффициент трения грунта о грунт(в зависимости от состояния грунта 0,3-0,7); - угол установки отвала, град.

Сопротивление трению при движении грунта вверх по отвалу (Н)

(Н)

где - коэффициент трения грунта по металлу(0,35…0,65-рыхлый грунт; 0,5…0,8 - плотный грунт); - (550-неповоротный отвал, 50-550- поворотный отвал)угол резания, град.

Сопротивление трению при движении грунта вдоль по отвалу (Н)

(Н)

Сопротивление движению базовой машины с бульдозерным оборудованием (Н)

(Н)

где mб - масса бульдозера с базовым тягачом, кг; RОВ - вертикальная реакция на отвал бульдозера, Н (рис. 1); f0 -коэффициент сопротивления движению базовой машины (f0=0,1); i - уклон поверхности движения, перевести град в % уклон от прямого угла).

В начальный момент заглубления отвала она направлена вверх (R'ob) и ее приближенно можно рассчитать по формуле (Н)

где k' - коэффициент несущей способности грунта, Н/м2; для средних условий k'= (5... 6) 105 Н/м2; х - ширина площадки нижней поверхности ножа, трущейся о грунт с учетом затупления ножа, м; х=0,007... 0,010 м; B - длина ножа, м.

FK - касательная сила тяги по двигателю, кН:

(кН)

ТДВ - вращающий момент двигателя, кНм ,(Нм); uT - передаточное число трансмиссии от двигателя к движителю на соответствующей передаче(30-70); - КПД трансмиссии(0,7-0,9); rк - рабочий радиус колеса или ведущей звездочки, м.

Потребная мощность двигателя трактора (кВт)

(кВт)

где F - в кН; v - рабочая скорость бульдозера, км/ч.

Движение бульдозера возможно, если

или , 13,5>11,6 4,82>11,6

Движение бульдозера невозможно т.к. недостаточна касательная сила тяги по двигателю. Примем N=34кВт, тогда (кН). Движение бульдозера возможно при

Тяговый баланс выполняется.

Техническая производительность (м3/ч) бульдозера при разработке и перемещении грунта (в плотном теле)

(м3/ч)



где - объем разрыхленного грунта, перемещаемого отвалом бульдозера, м3; ky - коэффициент уклона, принимаемый по таблице №1 ; - время одного цикла(0,5-2мин), с; kP - коэффициент разрыхления грунта.(1,3)

Производительность бульдозера (м2/ч) при планировочных работах

(м2/ч)

где В - ширина отвала, м; - угол установки отвала в плане, град; а - часть полосы, перекрываемая при последующем проходе и равная 0,3... 0,5 м; l - длина участка, м; vср - средняя рабочая скорость, м/с; tПОВ - время на поворот,(10-30) с; п'П - число проходов по одному месту; n'П=1...2.

Силы, действующие на бульдозер, расчет

Максимальная горизонтальная составляющая реакции грунта на отвал определяется толкающей возможностью тягача по сцеплению (Н)

(кН)

где - касательная сила тяги по сцеплению, Н; (Н)

Касательную силу тяги по сцеплению находят в двух положениях рабочего оборудования: отвал не удерживается механизмом управления, и он опирается на грунт

(Н)



отвал удерживается механизмом управления, при этом

(Н)

где цСЦ - коэффициент сцепления ходовой части тягача с грунтом.

При прочностном расчете касательная сила тяги принимается с учетом динамических нагрузок (Н)

(Н)

где - динамический коэффициент; =1,5... 1,7.

Вертикальная составляющая R0B реакции грунта в процессе работы меняется как по значению, так и по направлению.

При направлении реакции вниз (Н)

(кН)

где - угол резания ножа отвала, град; - угол трения грунта об отвал, град. (18-380 в зависимости от типа и состояния грунта)

Реакции zШ и хШ в упряжном шарнире определяют из уравнений равновесия рабочего оборудования:

Сила тяжести рабочего оборудования GH должна быть минимальной и по действующему стандарту не более 25% силы тяжести базовой машины Gб: GH<0,25Gб.

Максимальное усилие FЦ в механизме управления ограничивается устойчивостью тягача относительно передних или задних линий опрокидывания (точки А я В) (см. рис. 3.1,б,в). Вертикальные нагрузки (Н) на отвал бульдозера

(Н)

Принять =0,5…3,5(м); =2,5…6,5 (м)

Тогда усилие (Н) в гидроцилиндре при заглублении отвала

(Н)

Принять =2…3,5(м); =1,2…2,5 (м)

Принять в'=300…700, r=0,2…1(м), =2,3…5,5(м), hШ=0,2…1

РАСЧЕТ АВТОГРЕЙДЕРА

Цель работы

Цель работы - ознакомиться с методикой расчета автогрейдеров.

Содержание работы

Изучить все разделы настоящих методических указаний и материалы рекомендуемой литературы. Закрепить изученный материал практическими расчетами, провести тяговый расчет автогрейдера, расчет его производительности, расчет действующих сил.

Теоретическая часть

К главным и основным параметрам автогрейдеров относятся: масса автогрейдера та, удельная мощность, высота отвала с ножом (Но),длина отвала без удлинителя Lo, скорости движения, высота подъема отвала в транспортное положение h, угол резанияц, боковой вынос отвала l, заглубление (опускание) отвала ниже опорной поверхности hг; колесная формула; угол для срезания откосов гoмежду опорной поверхностью и режущей кромкой отвала, вынесенного за пределы основной рамы и наклоненного так, что один край режущей кромки находится на опорной поверхности, а другой максимально поднят(гo = 0- 80°); угол наклона отвала г1 или угол зарезания, аналогичен г0, но определяется при положении отвала, симметричного оси автогрейдера (г1 = 0- 30°); угол захвата (рис. 4.1)- угол в плане между режущей кромкой отвала и осью автогрейдера (б= 0±90°); при вырезании грунта б= 30- 40°; при перемещении б = 60- 75°, при планировке б= 90°[51, 52].

Радиус кривизны отвала (рис. 4.1,б)

, (4.1)

где цo- угол опрокидывания отвала, во избежание пересыпания грунта за отвал цo=65- 75°; при установке отвала ц+щг+цo=р,щг- центральный угол, град.

Производительность

При постройке насыпи из боковых резервов производительность



, (4.2)

где V- объем грунта, перемещаемого за один проход, м3.

, (4.3)

где kн=1,8- 2,0- коэффициент наполнения; цг=30°- 40°- угол естественного откоса; - продолжительность цикла, с:

, (4.4)

гдеlр,lп, lхиvр, vп,vх- длина пути (м) и скорость (м/с) соответственно резания, перемещения и обратного (холостого) хода; tс- время на переключение передач, с; tс=5 с; tо- время на опускание и подъем отвала, с; tо=1,5- 2,5 с; tп- время поворота в конце участка, с;kн- коэффициент разрыхления грунта.

Тяговые сопротивления и тяговый расчет. Различают два режима работы автогрейдера: рабочий и транспортный. Для первого характерны большие тяговые сопротивления и малые скорости движения, а для второго при движении с поднятым отвалом - большие скорости движения и сравнительно малые тяговые усилия.

При рабочем режиме общее тяговое сопротивление:

F=F1+ F2+ F3+ F4+ F5+ F6+ F7+ F8, (4.5)

где F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,F8- сопротивления соответственно резанию грунта, трению ножа о грунт, перемещению призмы волочения по грунту, перемещению грунта вдоль отвала, перемещению грунта вверх по отвалу, перемещению автогрейдера на колесах, преодолению уклона пути и разгона автогрейдера до установившейся рабочей скорости, кН; Fкоп=F1+F2+F3+F4+F5;Fпер=F7+F8- соответственно суммарные сопротивления копанию и перемещению, кН.

Сопротивление резанию грунта:

, (4.6)

где - удельное сопротивление грунта резанию ножом, кН/м2;Sс- проекция площади поперечного сечения стружки грунта на плоскость, перпендикулярную к направлению движения автогрейдера, м2; при угле захватаб=90° и б<90° и угле зарезаниягo = 0 (отвал горизонтален) соответственно:

и , (4.7)

гдеLо- м; hр- глубина резания, м.

При резании половиной длины отвала:

, (4.8)

где все линейные размеры в м.

Сопротивление трению ножа о грунт:

, (4.9)



гдеRz- вертикальная составляющая суммарного усилия, действующего на нож, зависящая от типа автогрейдера, положения ножа внутри базы, угла захвата и определяемая из общей схемы сил, действующих на автогрейдер, кН. Для ориентировочных предварительных расчетов при колесных схемах 123, 112, 133 для легких автогрейдеровRz=2,5 - 40 кН, средних Rz=40 - 60 кН, тяжелых Rz= 60- 80 кН;fc- коэффициент трения стали о грунт.

Сопротивление перемещению призмы волочения:

, (4.10)

где - вес призмы волочения, кН; гг- удельный вес грунта, кН/м3; kр- коэффициент разрыхления грунта; цг- угол трения грунта о грунт.

Сопротивление перемещению грунта вдоль отвала и вверх по нему:

; (4.11)

, (4.12)

гдеGпрfс- сила перемещения призмы волочения, нормальная в плане к отвалу, кН;Gпрfг- сила трения грунта при движении вдоль отвала.

Общее сопротивление копанию грунта автогрейдером:

. (4.13)

Сопротивление перемещению автогрейдера:

, (4.14)



где - суммарный коэффициент сопротивления качению колес;- cсуммарная нормальная реакция на все колеса, кН; - масса автогрейдера, кг; g=9,81 м/с2; - угол наклона поверхности движения к горизонту, град.

при <10° ;

при >10°

Сопротивление F8определяют как силу инерции при разгоне:

, (4.15)

где mа+mг- масса автогрейдера и грунта в призме волочения, кг; vp- рабочая скорость движения, м/с; tр- время разгона, с; tр=3- 5 с.

Сила сцепления автогрейдера:

, (4.16)

где - характеристика развески колес по осям автогрейдера; =1 при схеме 333, 133, 222 и =0,7- 0,75 при схеме 112 и 123; Gа - полный конструктивный вес, кН.

Номинальная сила тяги по сцеплению, соответствующая 20% коэффициента буксования, при котором тяговая мощность близка к максимальной.

Pксц=(0,7 - 0,73)·цсц·Gсц. (4.17)

Условия возможности рабочего движения по сцеплению Pксц? F.

При движении с установившейся рабочей скоростью (F8=0)возможную максимальную площадь сечения вырезаемой стружки Sc определяют из уравнения:

Pксц- Fпер=Ккоп·Sc, (4.18)

где левая часть уравнения представляет собой свободное тяговое усилие, которое реализуется непосредственно для копания. При разработке автогрейдером выемки площадью поперечного сечения Sкнеобходимое число проходов:

(4.19)

где kс- коэффициент, учитывающий неравномерность сечения стружки при отдельных проходах; kс= 1,30- 1,35.

При транспортном режиме общее тяговое сопротивление:

, (4.20)

где F9- сопротивление воздуха, кН.

Сопротивление воздуха:

, (4.21)

где kо- коэффициент обтекаемости; kо=0,6- 0,7 Нс2/м4;Sл- лобовая площадь, м2; Sл?Вп·На; vт- установившаяся транспортная скорость, км/ч.

Мощность двигателя.

На первой рабочей скорости при режиме максимальной тяговой мощности с учетом коэффициента буксования д = 20% двигатель должен работать на режиме максимальной мощности:

цсц,(4.22)

где Ga- в кН; vp- в м/ч; з-общий КПД трансмиссии;kвых - коэффициент выходной мощности двигателя,kвых=0,9; ko- коэффициент, учитывающий отбор мощности на привод вспомогательных механизмов (подъем отвала и др.),ko =0,75 - 0,90.

Мощность при передвижении на максимальной транспортной скорости vт max:

. (4.23)

По наибольшему значению N с коэффициентом запаса kзап= 1,2- 1,4 подбирают двигатель:

. (4.24)

Внешние силы и реакции, действующие на автогрейдер. Рассмотрим внешние силы и реакции на примере наиболее распространенного автогрейдера с колесной схемой 123 при копании грунта (рис. 4.1,а). На автогрейдер действуют активные силы: Ga- вес автогрейдера (кН), силы тяги на ведущих колесах Рк2 и Рк3. Реактивные силы- суммарные нормальные составляющие реакции на передние R1и задние R'2и R'zколеса, суммарные касательные составляющие на те же колеса fоR1, fоR'2и foR'Z(сопротивления движению колес), составляющие реакции, действующие на отвал, Rx, Ryи Rz,боковые горизонтальные реакции F'1,F'2, F'3и F1.

При рассмотрении этой системы сил сделаны следующие допущения: пренебрегли смещением реакций R1,R'2иR'3 вследствие деформации шин, то есть , так как они малы по сравнению с длиной базы L'a; реакции fоR1,fоR2,fоR'3,F1,F'2и F'Z, силы и расположены в одной плоскости на уровне опорной линии колес; составляющие реакций грунта Rx, Ry, Rz приложены к переднему концу отвала параллельно соответствующим осям координат; на режиме максимальной тяговой мощности (R2'+R3')цсц2; вертикальные составляющие реакций на правые и левые колеса соответствующих осей равны между собой; 2R2'+2R3'= R2, которая приложена на оси подвески заднего балансира по оси автогрейдера, соответственно 2foR2'+2foR3'=foR2;общая сила тяги на ведущих колесах и приложена по оси автогрейдера; боковые реакции на задние оси F2'F3' и F2'+F3'=F1'.

Рассматривая отвал как косой клин, можно найти соотношения между составляющими реакции грунта, действующими на отвал

, (4.25)

где x1и х2определяются по теории косого клина; в среднем x1=0,15- 0,20;х2=0,3- 0,4. Считая, что автогрейдер находится в равновесии под действием системы сил и реакций, показанной на рисунке 4.1, а, можно найти силы и реакции из шести уравнений равновесия относительно пространственной системы координат xyz. Начало координат в точкеО:



Рис. 4.1 - Схема к расчету автогрейдера в рабочем режиме (а)и егоотвала (б)

Совместным решением этих уравнений определяют реакцииRx, Ry, Rz, R1, R2, F1' и F1. Возможность реализации тягового усилия Рк проверяют по условию сцепления.

Контрольные вопросы

Понятие автогрейдера и его основные параметры.

Какие параметры влияют на производительность автогрейдера?

Как найти объем грунта, перемещаемого за один проход?

При рабочем режиме как находится общее тяговое сопротивление?

При транспортном режиме как находится общее тяговое сопротивление?

Какие внешние силы и реакции действуют на автогрейдер?

Перечень вариантов задания

Параметры	Индекс машины
	ДЗ-201	ДЗ-201.1	ГС-10.01	ДЗ-122Б	ДЗ-180А	А-120.1	ГС-18.03	ДЗ-198	ДЗ-98В
Класс	100	100	100	140	140	180	180	180	250
Двигатель:
модель	Д-243	Д-65М1Л	Д-243	А-01МС	Д-260.2	ЯМЗ-236М2	ЯМЗ-236М2	Д-260.4	ЯМЗ-238 НДЗ
мощность, кВт	57,4	44,1	58,7	100	96	132	132	147	173
Тип трансмиссии	Механическая	Гидромеханическая	Механическая	Гидромеханическая	Механическая
Скорость движения вперед/назад, км/ч	2,0...33,0/ 5,4...9,2	6,3...20/ 0...3,4	2...35/ 4,2...9,4	7,4...36,7/ 7,7...25,2	3,8...40/ 6,3...28	до 30/ до 20	до 40/ до 22	3,9...35/ 3,9...20	до 41/ до 47
Колесная формула	Базовый трактор МТЗ 80/82	Базовый трактор ЛТЗ-60АВ	1x2x2	1x2x3	1x2x3	1x2x3	1x2x3	1x2x3	1x2x3
База, мм	5230	5210	4200	5830	6450	н/д	н/д	6210	6000
Колея колес передних/задних, мм	1640/1620	1495/1380	1800/1770	2000	2200	1950	н/д	2100	2622/2502
Дорожный просвет, мм	280	280	300	350	350	350	350	350	350
Радиус поворота, мм	8000	7600	4750	8000	8000	8000	8000	8000	1600
Тип рамы	Жесткая	ШСР*	ШСР	ШСР	ШСР	ШСР	ШСР	Жесткая
Угол складывания шарнирно-сочлененной рамы, град	-	-	н/д	± 30	± 23	± 27	± 25	± 26	-
Смещение колес переднего моста, мм	-	-	н/д	до 2000	н/д	до 1900	н/д	н/д	н/д
Угол наклона передних колес, град	-	-	+ 20	± 20	+ 20	± 20	± 20	± 20	± 20
Рабочее оборудование:
грейдерный отвал:
размеры (длина х высота), мм	2500 х 500	2500 х 500	2730 х 470	3740 х 630	3740 х 620	3840 х 700	3740 х 620	3745 х 625	4200 х 700
максимальное заглубление, мм	100	100	100	250	250	450	450	480	500
угол резания регулируемый, град	30...70	30...70	30...70	30...70	30...70	30...70	45	30...70	30...70
угол поворота в плане, град	± 34	± 32	± 45	360	360	360	360	360	360
боковой вынос, мм	500	500	600/400	800	800	935	700	700	1050
угол обрабатываемого откоса, град	-	-	-	0...90	0...90	0...90	н/д	0...90	0...90
бульдозерный отвал:
размеры (длина х высота), мм	2000 х 500	2000 х 500	2440 х 625	2480 х 840	2500 х 840	2520 х 1020	2500 х 800	н/д	3220 х 970
максимальное заглубление, мм	50	50	50	50	50	50	100	н/д	110
кирковщик (рыхлитель):
число зубьев	-	-	-	4	3	5	5	н/д	5
ширина киркования, мм	-	-	-	1490	1300	1360	2100	н/д	1800
наибольшая глубина рыхления, мм	-	-	-	250	250	150	250	н/д	230
Габаритные размеры, мм	5230х2500х2850	5210х2500х2950	7140х2400х3220	10150x2500х3550	10150x2500х3550	10800x2620х3790	9950х2500х3450	8950х2490х3360	11000x3220х4000
Масса эксплуатационная, кг	6500	6250	7500	14 600	13 550	15 070	18 000	16 000	19 500
Изготовитель	ООО «РАМЗ Радицкий машиностроительный завод» (г. Брянск) (Промышленная группа СММ)	ОАО «Брянский арсенал»	ЗАО ОПК«Дормаш» (г. Орел)	ОАО «Брянский арсенал»	ЗАО «ЧСДМ» (г. Челябинск)	ООО «РАМЗ Радицкий машиностроительный завод» (г.Брянск)	ОАО «Брянский арсенал»	ЗАО «ЧСДМ» (г.Челябинск)

Пример выполнения лабораторной работы

Исходные данные:

масса автогрейдера та=19500 кг;

удельная мощность

(кВт/м);

высота отвала с ножом Но=700 мм;

длина отвала без удлинителя Lo=4,2 м;

высота подъема отвала в транспортное положение

h=hг+100=500+100=600 мм;

угол резания =50°;

боковой вынос отвала l=1050 мм;

заглубление (опускание) отвала ниже опорной поверхности hГ=500 мм;

колесная формула -

угол для срезания откосов между опорной поверхностью и режущей кромкой отвала, вынесенного за пределы основной рамы и наклоненного так, что один край режущей кромки находится на опорной поверхности, а другой максимально поднят ( = 0... 80°); угол наклона отвала или угол зарезания, аналогичен , но определяется при положении отвала, симметричного оси автогрейдера ( = 0.. .30°); угол захвата -угол в плане между режущей кромкой отвала и осью автогрейдера ( = 0±90°); при вырезании грунта = 30...40°; при перемещении = 60...75°, при планировке = 90°.

Радиус кривизны отвала (рис. 4.1,б теоретической части) находим по формуле:



(м),

где - угол опрокидывания отвала, во избежание пересыпания грунта за отвал =65... 75°; при установке отвала .

Производительность. При постройке насыпи из боковых резервов производительность будет равна:

(м3/ч)

где V - объем грунта, перемещаемого за один проход, м3

(м3/ч)

=1,8...2,0 - коэффициент наполнения; =30...40° - угол естественного откоса; -продолжительность цикла, с;

(с)

, , и , , - длина пути (м) и скорость (м/с) соответственно резания, перемещения и обратного (холостого) хода; - время на переключение передач, с; =5 с; t0 - время на опускание и подъем отвала, с; to=1,5... 2,5 с; - время поворота в конце участка, с; - коэффициент разрыхления грунта.

Тяговые сопротивления и тяговый расчет.

При рабочем режиме общее тяговое сопротивление (кН)

,

; - соответственно суммарные сопротивления копанию и перемещению, кН.

Сопротивление резанию грунта

(кН),

где - удельное сопротивление грунта резанию ножом, кН/м2: SC проекция площади поперечного сечения стружки грунта на плоскость, перпендикулярную к направлению движения автогрейдера, м2; при угле захвата =90° и <90° и угле зарезания = 0 (отвал горизонтален) соответственно:

Sc = Lohp=4,2*0,5=2,18 (м2),

;

L0 - в м; h0 =0,5 - глубина резания, м.

Сопротивление (кН) трению ножа о грунт.

(кН)

где - вертикальная составляющая суммарного усилия, действующего на нож, зависящая от типа автогрейдера, положения ножа внутри базы, угла захвата и определяемая из общей схемы сил, действующих на автогрейдер, кН. Для ориентировочных предварительных расчетов при колесных схемах 123, 112, 133 для легких автогрейдеров =2,5... 40,0 кН, средних =40... 60 кН, тяжелых =60 ... 80 кН; fc - коэффициент трения стали о грунт, который подбирается по таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Коэффициент трения грунта о поверхность ножа

Состояние грунта	Глина	Песчаник	Песчано-глинистый	Глинистый перегной
Влажный	0,43 - 0,48	0,79 - 0,82	0,63 - 0,78	0,45 - 0,52
Сухой	0,33 - 0,41	0,38 - 0,55	0,36 - 0,5	0,35 - 0,43

Сопротивление (кН) перемещению призмы волочения:

(кН)

где = (кН) - вес призмы волочения.

Сопротивление (кН) перемещению грунта вдоль отвала

(кН)

и вверх по нему

(кН)

где - сила перемещения призмы волочения, нормальная в плане к отвалу, кН; - сила трения грунта при движении вдоль отвала.

Общее сопротивление копанию грунта автогрейдером (кН)



(кН)

Сопротивление перемещению автогрейдера (кН)

где - суммарный коэффициент сопротивления качению колес;

- суммарная нормальная реакция на все колеса, кН; - масса автогрейдера, кг; g=9,81 м/с2; - угол наклона поверхности движения к горизонту, град.

При <10°

при >10°

Сопротивление F8 (кН) определяют как силу инерции при разгоне (кН)

где - масса автогрейдера и грунта в призме волочения, кг; vp - рабочая скорость движения, м/с; tP - время разгона, с; =3... 5 с. '

Сила сцепления автогрейдера (кН)

(кН)

где - характеристика развески колес по осям автогрейдера; е=1 при схеме 333, 133, 222 и =0,7...0,75 при схеме 112 и 123; Gа - полный конструктивный вес, кН.



(кг)

Номинальная сила тяги по сцеплению (кН), соответствующая 20% коэффициента буксования, при котором тяговая мощность близка к максимальной,

(кН)

Условия возможности рабочего движения по сцеплению

При движении с установившейся рабочей скоростью (F8=0) возможную максимальную площадь сечения вырезаемой стружки Sc (м2) определяют из уравнения

, 60-0,8=28*2,1

где левая часть уравнения представляет собой свободное тяговое усилие, которое реализуется непосредственно для копания.

При разработке автогрейдером выемки площадью поперечного сечения SK (м2) необходимое число проходов. SK (длина полосы*ширина полосы) задаем произвольно, например1 км*14 м, (м2)

где - коэффициент, учитывающий неравномерность сечения стружки при отдельных проходах; = 1,30 ... 1,35.

При транспортном режиме общее тяговое сопротивление



=0,8+0,06+11,4=12,3 (кН)

где F9- сопротивление воздуха, кН; F8 - по формуле (10), кН.

Сопротивление воздуха (кН)

(кН)

где k0 - коэффициент обтекаемости; k0 =0,6...0,7 Н-с2/м4; - лобовая площадь, м2; ; vT =3…5 - установившаяся транспортная скорость, км/ч.

Мощность двигателя. На первой рабочей скорости при режиме максимальной тяговой мощности с учетом коэффициента буксования 6 = 20% двигатель должен работать на режиме максимальной мощности (кВт)

(кВт)

где Ga - в кН; vp - в м/ч; - общий КПД трансмиссии, kBЫX - коэффициент выходной мощности двигателя; kBЫX=0,9; ko - коэффициент, учитывающий отбор мощности на привод вспомогательных механизмов (подъем отвала и др.);. ko =0,75 . .. 0,90.

Мощность (кВт) при передвижении на максимальной транспортной скорости vт max

(кВт)



где Ga и F9- в кН; - в м/ч.

По наибольшему значению N с коэффициентом запаса = 1,2 ... 1,4 подбирают двигатель

(кВт)

РАСЧЕТ ГРЕЙДЕР-ЭЛЕВАТОРА

Цель работы

Цель работы - ознакомиться с методикой расчета грейдер-элеватора.

Содержание работы

Изучить все разделы настоящих методических указаний и материалы рекомендуемой литературы. Закрепить изученный материал практическими расчетами, провести тяговый расчет грейдер-элеватора, расчет его производительности.

Теоретическая часть

К основным параметрам наиболее распространенного землеройного рабочего органа-дискового сферического ножа относятся размеры и углы установки дискового ножа, вылет и высота установки конвейера. Дисковые ножи имеют dн = 60 - 120 см. Для конкретного случая диаметр - в м.

, (5.1)

гдеПо - теоретическая производительность, м3/ч; kп - коэффициент, учитывающий потери грунта при подаче дисковым ножом на конвейер; kп =0,85 - 0,95; vд - действительная скорость движения, м/ч. Дисковый нож вогнут по сфере, и его режущая кромка образуется конусной заточкой. Радиус кривизны ножа:



н (5.2)

и может быть определен из соотношения

. (5.3)

С увеличением радиуса кривизны rэнергоемкость снижается, но ухудшается подача грунта на конвейер.

Дисковый нож устанавливается под углом ц'= 45- 70° к горизонтальной поверхности и углом захвата = 35- 55° в зависимости от свойств грунта. Угол резания (град) в вертикальной плоскости АА:

, (5.4)

где ц'- угол установки (рис. 5.1,б), град; в- угол заострения, град.

Задний угол дискового ножа в плоскости горизонтального диаметра г'=ц''-0,5щ, где ц''- угол между рабочей плоскостью дискового ножа и вертикальной плоскостью, параллельной плоскости движения.

Дисковый нож должен заглубляться на (0,4- 0,5) dн.

Площадь сечения срезаемой стружки:

, (5.5)

в среднем S= 0,2dн2.



Рис. 5.1 - Элеватор с дисковым сферическим ножом и поперечным конвейером (а) и дисковый сферический нож (б)

Указанные параметры ножа обеспечивают минимальные удельные сопротивления при вырезании стружки грунта. Минимальные потери грунта при подаче его с дискового ножа на ленту конвейера шириной bкполучаются при расстоянии дискового ножа от лентыlд = 0,03- 0,06 м и bо=2/3bк(рис. 1,б). В этом случае при vр=2- 3 км/ч грунт будет попадать в середину ленты.

Диаметр ножа, производительность грейдер-элеватора и размеры конвейера уточняются при тяговом расчете в соответствии с режимом максимальной тяговой мощности тягача.

Эксплуатационная производительность

При отсыпке насыпей из двухсторонних резервов эксплуатационная производительность грейдер-элеватора:

, (5.6)



где S - в м2; Lyч - длина обрабатываемого участка, м; kп - коэффициент, учитывающий потери грунта при подаче его на конвейер; kп=0,85 для сухих несвязных грунтов; kп =0,95 для влажных связных грунтов; kв - коэффициент использования рабочего времени; kв =0,85 - 0,90; vд - в м; tп - время на переключение передач и управление рабочим органом, мин; tп=0,3 мин; tпов - время, затрачиваемое на поворот в конце гона, мин; tпов=1,0мин; vдср - действительная средняя скорость движения грейдер-элеватора, м/ч;

. (5.7)

При отсыпке насыпи из одностороннего резерва, когда дополнительно затрачивается время на холостой ход, действительная средняя скорость движения:

, (5.8)

где vд' - действительная скорость движения при обратном холостом пробеге, м/ч; vд'=5000 - 8000 м/ч.

Тяговый расчет

Для полуприцепного и самоходного грейдер-элеваторов его выполняют аналогично. Цель - определить основные параметры, соответствующие режиму максимальной мощности тягача, который выбирается заранее.

Общее тяговое сопротивление грейдер-элеватора:

, (5.9)



где , - тяговые сопротивления соответственно на перемещение грейдер-элеватора с тягачом и грунтом на конвейере и резание грунта, кH (сопротивлением трения грунта о землеройный рабочий орган и при переходе на конвейер вследствие малости пренебрегаем).

Для самоходного и полуприцепного грейдер-элеватора тяговое сопротивление на перемещение:

, (5.10)

где G - суммарная сила тяжести грейдер-элеватора с грунтом, кН; - вертикальная составляющая реакции грунта на рабочий орган, кН; - (0,3 - 0,4)Fx(рис. 5.1,б); Fx=Fp=k1S - составляющая реакции грунта в плоскости движения, кН; k1 - коэффициент удельного сопротивления грунта резанию дисковым сферическим ножом, кН/м2; k1 = 100, 110 - 130 и 140 - 170 кН/м2 для грунтов соответственно I, II и III категорий; S - в м2; fо - коэффициент сопротивления качению колес;fо=0,l и 0,2 при движении соответственно по свежесрезанному и рыхлому грунту; GT, GГЭ, GГК - силы тяжести соответственно тягача, грейдер-элеватора и грунта на конвейере, кН; так как на данном этапе расчета размеры конвейера и толщина слоя грунта на ленте неизвестны, то предварительно можно принять GГЭ + GГК GT для самоходного грейдер-элеватора, GГЭ + + GГК (0,6 - 0,7) GTдля полуприцепного грейдер-элеватора; i - уклон поверхности движения.

При непрерывном резании грунта грейдер-элеватором максимальная производительность получится при работе тягача на режиме максимальной тяговой мощности.

За расчетную силу тяги следует принимать максимальную силу тяги по сцеплению с учетом буксования:



, (5.11)

Приравнивая Fи FK, уточняют возможную площадь проекции сечения стружки S в условиях максимальной тяговой мощности и по действительному значению устанавливают теоретическую производительность грейдер-элеватора (м3/ч) в плотном теле:

, (5.12)

где S - в м2;vд, vp - действительная и расчетная рабочие скорости движения грейдер-элеватора, м/ч;д- коэффициент буксования колесного движителя при работе одноосного тягача на режиме максимальной тяговой мощности, %;д =20%.

По значению По уточняют диаметр дискового ножа. Производительность конвейера:

, (5.13)

гдеПо определяют при минимальном расчетном коэффициенте удельного сопротивления грунта резанию = 100 кН/м2, чтобы получить максимальную производительность конвейера; - коэффициент разрыхления.

На участке установившегося движения производительность конвейера:

, (5.14)

где Sк - площадь поперечного сечения грунта на ленте, м2; vк - скорость ленты конвейера, м/с; vк =2,2 - 3,6 м/с;ск- коэффициент, учитывающий влияние угла подъема конвейера на его производительность:

Таблица 5.1

	3	4	8	12	16	20	22	24
ск	1,0	0,99	0,97	0,93	0,89	0,81	0,76	0,71

х' - коэффициент, учитывающий форму ленты,х'=0,0416 и 0,0833 для плоской и желобчатой ленты;bл- ширина ленты конвейера, м; стандартная ширина bл=0,3; 0,4; 0,5; 0,65; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 м.

Сила тяжести грунта на конвейере:

, (5.15)

где Пк - м3/ч; гг- удельный вес грунта нарушенной структуры, H/м3;L - длина ленточного конвейера, м;vк - м/с.

Баланс мощности

Для полуприцепного или самоходного однодвигательного грейдер-элеватора с электроприводом конвейера и гидронасосов мощность:

, (5.16)

гдеNп, Nк, Nоч, Nнас - соответственно мощности, необходимые для передвижения грейдер-элеватора с рабочей скоростью, привода ленточного конвейера, очистителя ленты и гидравлических насосов управления плужной балкой с рабочим органом, кВт;з1- КПД привода движения; з1=0,80 - 0,85; з2 - КПД генератора и электродвигателей; з2=0,75 - 0,85.

Мощность для передвижения грейдер-элеватора:



, (5.17)

где F - кН, vр- м/с.

Мощность (кВт) для привода конвейера:

, (5.18)

где Пк - м3/ч; гг - Н/м3; lк - проекция длины ленточного конвейера на горизонтальное направление, м; - коэффициент сопротивления движению ленты конвейера на горизонтальном участке; =0,04 - 0,06; hк - разность высот уровней концевых барабанов конвейера; hк=2,5 - 5,6 м; vк - в м/с; g=9,81 м/с2; з3 - КПД привода конвейера; з3=0,85.

Для очистителя ленты Nоч= 0,8 - 1,5(кВт).

Мощность для привода гидравлических насосов:

, (5.19)

где Gp - сила тяжести плужной балки с рабочим органом, кН;vпод- скорость подъема; vпод=0,1 - 0,2 м/с; з4 - суммарный КПД гидропривода; з4=0,7 - 0,8.

Расчетная схема сил, действующих на грейдер-элеватор

На самоходный грейдер-элеватор в рабочем положении (рис. 5.1,а) действуют активные и реактивные силы.

К активным силам относятся тяговое усилие на ведущих колесах Fк и сила тяжести:

, (5.20)



где Gр, Gро, Gк, Gз, Gш - силытяжести соответственно основной рамы, плужной рамы с кронштейнами и дисковым ножом, конвейера, заднего моста с колесами и седельно-сцепного устройства, кН.

Общая точка центра тяжести определяется по правилам статики, как точка приложения Gгэ.

Реактивные силы - реакция грунта на дисковый нож Fи на колеса. Реакция Fимеет три составляющие: продольнуюFx,поперечнуюFyи вертикальную Fz. Соотношение этих составляющих реакции Fзависит от углов установки ножа, и в среднем

. (5.21)

Вследствие несимметричного приложения внешних нагрузок (реакций на нож и силы тяжести конвейера с грунтом) реакции на правые и левые колеса не равны между собой. Составляющие реакции на передние колеса вертикальныеRАХ,RА2(рис. 5.1, а), горизонтальные

. (5.22)

Составляющие реакции на задние ведомые колеса вертикальные:RB1иRB2, горизонтальные: .

Дополнительными моментами сопротивления вращению колес, вызванными смещением RAl, RА2, RВ1иRВ2от осиколесавследствие деформации шин, можно пренебречь, перенося указанные реакции в вертикальную плоскость, проходящую через ось колеса (возникающая при этом ошибка в 5 - 6% вполне допустима при практических расчетах).

На колеса действуют также горизонтальные боковые реакции, которые складываются вдоль передней оси FАизадней оси FВ(рис. 5.1,а). Они приложены в средних точках контакта колеса с грунтом.

В общем виде уравнения равновесия грейдер-элеватора, когда нож касается препятствия в нижней точке, будут иметь вид (начало координат в точке О контакта левого заднего колеса):

Перечень вариантов заданий

Показатель грейдер-элеватора	ДЗ-501	Д-437АК	ДЗ-502	ДЗ-503
Базовый тягач(модель)	Гусеничный Т-100	Колесный К-700	Гусеничный ТЧ80ГП	Одноосный тягач БелАЗ-531
Режущий орган:
тип	Дисковый	Совковый	Дисковый	Струг
диаметр, м	0,8	-	1,1	-
ширина, м	-	0,8	-	1,1
Ширина ленты транспортера, м	1,2	1,2	1,2	1.2
Двигатель для привода рабочего органа: тип	Дизельный	Электрический	От вала отбора мощности тягача
марка	СМД-18К	АО-93-8/4
Колеса:
число	3	3	2	2
размер шин, дюйм	12.00-20	12.00-20	2Ь.5-25	27.00-33
давление в шинах, кПа	400-450	400-450	300-350	250-350
Ширина колеи, м:
в рабочем положении	5,63	3,64	3	4,42
в транспортном положении	3.33	3,33	2,5	2,53
Дорожный просвет, м	0,37	0,29	0,35	0.4
Трансмиссия привода рабочих органов	Механическая
Техническая производительность, м3/ч Глубина резания, м Угол резания, град Угол захвата, град Высота подъема транспортера, м Наибольшая дальность отсыпки грунта, м Скорость движения ленты транспортера, м/с Наименьший радиус поворота, м Скорость передвижения, км/ч: рабочая транспортная Габаритные размеры, м: длина ширина высота Масса, т	До 600 0,7 20-55 40-55 3,4 10,5 3,6 4 2,36-3,78 До 10,13 6,28/6,28 3,93/8,7 3/3,8 8,07	До 600 0,7 20-55 40-55 3,4 10,5 3,6 4 2,9-3,6 До 31 6,195/6,13 3,93/9,35 3/4,25 8,76	750-800 0,42 45-75 35-55 4 15 3,5;6,7 10 2,9-4,62 До 12 12,36/12,36 3,64/9,67 4,1/3,23 27,6	1600 0,6 35 - 5,6 20 1,75 8 2,6-5,7 11,088/11,088 5,57/13,77 4,44/3,5 32,2

Контрольные вопросы

Понятие грейдер-элеватора и его основные параметры.

Почему энергоемкость снижается с увеличением радиуса кривизны?

Под каким углом устанавливается дисковый нож?

Как найти площадь сечения срезаемой стружки?

Из каких параметров состоит эксплуатационная производительность?

Какова действительная средняя скорость движения, при отсыпке насыпи из одностороннего резерва?

Каково тяговое сопротивление на перемещение для самоходного и полуприцепного грейдер-элеватора?

Баланс мощности для для полуприцепного или самоходного, однодвигательного грейдер-элеватора.

Пример выполнения лабораторной работы

К основным параметрам наиболее распространенного землеройного рабочего органа - дискового сферического ножа относятся размеры и углы установки дискового ножа, вылет и высота установки конвейера. Дисковые ножи имеют dH = 60 ... 120 см. Для конкретного случая диаметр

где П0 - теоретическая производительность, м3/ч; kП - коэффициент, учитывающий потери грунта при подаче дисковым ножом на конвейер; kП =0,85... 0,95; - действительная скорость движения.

Дисковый нож вогнут по сфере, и его режущая кромка образуется конусной заточкой. Радиус кривизны ножа (при заданном dH=0,8м):

(м) (2)

С увеличением радиуса кривизны r энергоемкость снижается, но ухудшается подача грунта на конвейер.

Дисковый нож устанавливается под углом = 45.. .70° к горизонтальной поверхности и углом захвата = 35...55° в зависимости от свойств грунта. Угол резания (град) в вертикальной плоскости АА

где =45°- угол установки (рис. 5.1,б); =15°- угол заострения.

Задний угол дискового ножа = 3°, угол заострения = 15...20°. Для глинистых, суглинистых, супесчаных и песчаных грунтов соответственно оптимальные значения = 40, 50, 55, 60° и а= 40, 45, 50 и 55°.

Задний угол дискового ножа в плоскости горизонтального диаметра , где - угол между рабочей плоскостью дискового ножа и вертикальной плоскостью, параллельной плоскости движения.

Дисковый нож должен заглубляться на величину:

h=(0,4...0,5) dH=0,4dH••0,8=0,32 (м)

Площадь сечения срезаемой стружки (м2)

в среднем S = 0,2d2H.

Указанные параметры ножа обеспечивают минимальные удельные сопротивления при вырезании стружки грунта. Минимальные потери грунта при подаче его с дискового ножа на ленту конвейера шириной bк получаются при расстоянии дискового ножа от ленты lд = 0,03 ...0,06 м и (см. рис. 5.1,б). В этом случае при vр = 2...3 км/ч грунт будет попадать в середину ленты. Диаметр ножа, производительность грейдер-элеватора и размеры конвейера уточняются при тяговом расчете в соответствии с режимом максимальной тяговой мощности тягача.

Эксплуатационная производительность. При отсыпке насыпей из двухсторонних резервов эксплуатационная производительность грейдер-элеватора (м3/ч)

(м3/ч)



где S - в м2; Lyч - длина обрабатываемого участка, м; kП - коэффициент, учитывающий потери грунта при подаче его на конвейер; kП=0,85 для сухих несвязных грунтов; kП =0,95 для влажных связных грунтов; kB - коэффициент использования рабочего времени; kB =0,85 ... 0,90; vд - в м; tП - время на переключение передач и управление рабочим органом, мин; tП =0,3 мин; tПОВ - время, затрачиваемое на поворот в конце гона, мин; tПОВ =1,0 мин; vд.ср - действительная средняя скорость движения грейдер-элеватора, м/ч;

Тяговый расчет

Для полуприцепного и самоходного грейдер-элеваторов его выполняют аналогично. Цель - определить основные параметры, соответствующие режиму максимальной мощности тягача, который выбирается заранее.

Общее тяговое сопротивление грейдер-элеватора (кН)

(кН)

где , - тяговые сопротивления соответственно на перемещение грейдер-элеватора с тягачом и грунтом на конвейере и резание грунта, кH (сопротивлением трения грунта о землеройный рабочий орган и при переходе на конвейер вследствие малости пренебрегаем).

Для самоходного и полуприцепного грейдер-элеватора тяговое сопротивление на перемещение (кН)

(Н)

=(0,3...0,4)Fx=0,3*12,8=3,84 (кН)

где G - суммарная сила тяжести грейдер-элеватора с грунтом, кН; - вертикальная составляющая реакции грунта на рабочий орган, кН;

Fx=Fp=k1S=100*0,128=12,1 (кН) - составляющая реакции грунта в плоскости движения; k1- коэффициент удельного сопротивления грунта резанию дисковым сферическим ножом, кН/м2; k1 = 100, 110... 130 и 140... 170 кН/м2 для грунтов соответственно I, II и III категорий;, м2; f0- коэффициент сопротивления качению колес; f0=0,l и 0,2 при движении соответственно по свежесрезанному и рыхлому грунту; GT, GГЭ, GГК - силы тяжести соответственно тягача, грейдер-элеватора и грунта на конвейере, кН; так как на данном этапе расчета размеры конвейера и толщина слоя грунта на ленте неизвестны, то предварительно можно принять:

GГЭ + GГК GT

для самоходного грейдер-элеватора, GГЭ + GГК (0,6 ... 0,7) GT для полуприцепного грейдер-элеватора;

GT=80700 (кН), GГЭ + GГК=0,6*80700=48420 (кН)

i - уклон поверхности движения, принимаем равным 0,1.

При непрерывном резании грунта грейдер-элеватором максимальная производительность получится при работе тягача на режиме максимальной тяговой мощности. За расчетную силу тяги следует принимать максимальную силу тяги по сцеплению с учетом буксования (кН)

где - коэффициент сцепления;-реакция на ведущую ось тягача (рис. 5.1,а), кН.

Приравнивая F и FK, уточняют возможную площадь проекции сечения стружки S в условиях максимальной тяговой мощности и по действительному значению устанавливают теоретическую производительность грейдер-элеватора (м3/ч) в-плотном теле

(м3/ч) (11)

где S - в м2; , vp--действительная и расчетная рабочие скорости движения грейдер-элеватора, м/ч; - коэффициент буксования колесного движителя при работе одноосного тягача на режиме максимальной тяговой мощности, %; =20%, для гусеничного движителя - =8%.

По значению По уточняем диаметр дискового ножа

(м) (12)

Производительность конвейера (м3/ч)

(м3/ч)

где определяют при минимальном расчетном коэффициенте удельного сопротивления грунта резанию = 100 кН/м2, чтобы получить максимальную производительность конвейера;

Принимаем Кр=1,25

На участке установившегося движения производительность конвейера (м3/ч)



где SK - площадь поперечного сечения грунта на ленте, м2; vK - скорость ленты конвейера, м/с; vK =2,2... 3,6 м/с; - коэффициент, учитывающий влияние угла подъема конвейера на его производительность:

х' - коэффициент, учитывающий форму ленты; х'=0,0416 и 0,0833 для плоской и желобчатой ленты; - ширина ленты конвейера, м; стандартная ширина =0,3; 0,4; 0,5; 0,65; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 м.

Сила тяжести грунта на конвейере (кН)

(кН)

где - в м3/ч; =(19,1-20,1) - удельный вес грунта нарушенной структуры, кH/m3; L - длина ленточного конвейера, м, vK - в м/с.

Баланс мощности

Для полуприцепного или самоходного, однодвигательного грейдер-элеватора с электроприводом конвейера и гидронасосов мощность (кВт)

(кВт)

где , , , - соответственно мощности, необходимые для передвижения грейдер-элеватора с рабочей скоростью, привода ленточного конвейера, очистителя ленты и гидравлических насосов управления плужной балкой с рабочим органом, кВт; - КПД привода движения; =0,80 ... 0,85; - КПД, генератора и электродвигателей; =0,75... 0,85.

Мощность (кВт) для передвижения грейдер-элеватора



(кН)

где F- в кН, vP - в м/с,

Мощность (кВт) для привода конвейера

(кВт)

где Пк - в м3/ч; - в кН/м3; lК - проекция длины ленточного конвейера на горизонтальное направление, м;- коэффициент сопротивления движению ленты конвейера на горизонтальном участке; =0,04 ... 0,06; hK - разность высот уровней концевых барабанов конвейера; hK-2,5... 5,6 м; vK - в м/с; g=9,81 м/с2; - КПД привода конвейера; =0,85.

Для очистителя ленты NOЧ = 0,8 ... 1,5 кВт. Принимаем NOЧ =1,2 кВт.

Мощность (кВт) для привода гидравлических насосов

(кН)

где Gp - сила тяжести плужной балки с рабочим органом, кН; - скорость подъема; =0,1...0,2 м/с; - суммарный КПД гидропривода; =0,7...0,8.



РАСЧЕТ СКРЕПЕРА

Цель работы

Цель работы - ознакомиться с методикой расчета скреперов.

Содержание работы

Изучить все разделы настоящих методических указаний и материалы рекомендуемой литературы. Закрепить изученный материал практическими расчетами, провести тяговый расчет скрепера, расчет его производительности, расчет действующих сил.

Теоретическая часть

Скрепером называется землеройно-транспортная машина с ковшовым рабочим органом, предназначенная для послойного резания грунта с одновременным заполнением ковша, транспортирования его к месту отвала, отсыпки (с частичным разравниванием и уплотнением) слоями определенной толщины. Скрепер - машинацикличного действия. Все операции цикла выполняются во время движения скрепера с переменной скоростью, обусловливаемой изменением сопротивления движению машины.

Выбор параметров скрепера

Главный параметр одноосного или другого тягача - максимальная мощность двигателя, а скрепера - вместимость ковша. Основные параметры самоходного колесного скрепера - максимальная расчетная транспортная скорость, вес груженого скрепера, его грузоподъемность, развеска по осям, размеры шин, первая расчетная рабочая скорость, число передач трансмиссии.

Вместимость ковша:

, (6.1)

где Gг - вес грунта в полностью загруженном ковше, кН; kP - коэффициент разрыхления; kн - расчетный коэффициент заполнения ковша (при заполнении с толкачом на тяжелых суглинках и глине kн = 0,9 - 1,1. на легких суглинках kн =1,1 - 1,2, на несвязных грунтах kн =0,8 - 1,0); - удельный вес грунта ненарушенной структуры, кН/м3.

Размеры ковша выбирают так, чтобы его продольный профиль соответствовал продольному профилю грунта, заполняющего ковш. Высота задней стенки hзад= 0,45hг, где hг - высота наполнения ковша (по вертикали от линии стыка ножа с днищем; при Vк = 3, 6, 10, 15 м3 соответственно hг - 1,0 - 1,13; 1,25 - 1,50; 1,8 - 2,0; 2,3 - 2,4 м.

Отношение длины ковша lкк его высоте hкзависит от его вместимости Vк. Для Vк=4 - 6, 6 - 8, 10 - 12, 15 - 18 м3,lк/hк=x=1,0 - 0,8;0,9 - 0,8;0,96 - 0,85;1,0.

Длину и высоту ковша можно определять приближенно:

экскаватор бульдозер элеватор скрепер

(6.2)

, (6.3)

где bк - внутренняя ширина ковша, м.

Габаритная ширина:

, (6.4)

где bк - внутренняя ширина ковша, м; рекомендуется bк=b1+b2+b3; b1,b2, b3 - ширина соответственно колеи тягача, его шины и зазора между внутренними стенками ковша и шины, м; b3=0,03 - 0,06 м; b - суммарная толщина боковых стенок ковша с накладками жесткости, боковых тяг и зазоров, необходимых для взаимного перемещения тяговой рамы и ковша, м;b=0,35 - 0,53 м. Для снижения удельных сопротивлений следует при Vк=3, 6, 10, 15м3 принимать соотношения соответственно bк/hк=1,7;1,9; 2,2; 2,5.

По данным И.П. Керова, для самоходных скреперов с одноосным тягачом (линейные размеры - м, Gc - кН, Vк - м3):

габаритная длина и ширина ковша

(6.5)

высота боковой стенки

; (6.6)

ширина резания

; (6.7)

вес скрепера

. (6.8)

Для груженого скрепера нагрузка на его заднюю ось составляет 50 - 55% и на ось тягача - 50 - 45%, порожнего - соответственно 40 - 30 и 60 - 70%.

Эксплуатационная производительность

В плотном теле эксплуатационная производительность скрепера

, (6.9)

гдеVк - в м3; kн - коэффициент наполнения; kв- коэффициент использования рабочего времени; kв =0,8 - 0,9; tц - продолжительность рабочего цикла, с;

, (6.10)

гдеl1, l2, l3, l4 - длина пути соответственно копания грунта, груженого хода, разгрузки и порожнего хода для возвращения скрепера в забой, м; v1, v2, v3, v4 - соответствующие средние скорости движения при отдельных операциях цикла, м/с; tп,tпов,tт - время соответственно переключения передач, поворота, стыковки с толкачом, с; пп, ппов - число соответственно переключений передач и поворотов в зависимости от схемы движения скрепера;

, (6.11)

гдеVк - в м3; kн - коэффициент наполнения; kп - коэффициент, учитывающий потери грунта при образовании призмы волочения и боковых валиков;kп =1,2 - 1,5; kс- коэффициент, учитывающий неравномерность толщины стружки на длине пути копания и существенно зависящий от способа копания грунта; при постоянной толщине стружки и гребенчатом зарезанииkс=0,7; kр - коэффициент разрыхления; Sс - площадь проекции стружки на плоскость, перпендикулярную к движению, м2;

, (6.12)

гдеhотс - средняя толщина отсыпаемого слоя, м; bк - ширина отсыпки, равная ширине ковша, м. По опытным данным, для Vк=3;6. - 8; 10; 15 м3 соответственно l1=15 - 25; 20 - 50; 30 - 60; 35 - 70 м и l3=4 - 8; 6 - 15; 9 - 23; 12 - 24 м.

Тяговый расчет скрепера с загрузкой тягачом

Этот расчет проводят двумя способами: по заданной вместимости определяют тяговые сопротивления и потребную силу тяги, по которой подбирают тягач; по заданному типу тягача и его мощности рассчитывают вместимость ковша скрепера. Для прицепного скрепера вычисляют по опытным данным ориентировочную вместимость и проводят проверочный расчет, определяя возможность применения заданного тягача. Полное тяговое сопротивление, возникающее при наполнении ковша скрепера:

F = F1 + F2 + F3 + F4 + F5, (6.13)

где F1, F2, F3, F4, F5 - сопротивления соответственно перемещению груженого скрепера, резанию грунта, трению ножа о грунт, наполнению ковша, перемещению призмы волочения, Н.

Сопротивление перемещению груженого скрепера

, (6.14)

где - вес груженого скрепера, Н; - суммарный коэффициент сопротивления передвижению; ; - угол наклона поверхности движения, град.

Сопротивление резанию грунта ножом скрепера

, (6.15)

где SC - площадь проекции стружки в плоскости, перпендикулярной к направлению движения скрепера, м2; при Vк=6, 10 и 15 м3 рекомендуемая толщина стружки составляет соответственно 0,04 - 0,06; 0,08 - 0,10 в 0,12 - 0,14 м (суглинок) и 0,06 - 0,08; 0,10 - 0,14 и 0,16 - 0,18 м (супесь); kрез - коэффициент удельного сопротивления резанию, Н/м2.

Сопротивление трению ножа о грунт

, (6.16)

где fс - коэффициент трения скольжения стали о грунт; RBи F2Rг - вертикальная и горизонтальная составляющие реакции грунта на нож, Н; ц=RB/RГ=0,4 - 0,5, что соответствует началу момента выглубления ковша в конце наполнения.

Сопротивление наполнению ковша скрепера грунтом состоит из сопротивления силе тяжестиподнимаемого столба грунта и сопротивления трению грунта в ковше, обусловленного давлением призм грунта, располагающихся по обе стороны входящей в ковш на III стадии заполнения стружки:

, (6.17)

где hрез - толщина стружки, м; , - ширина ковша и высота грунта в нем, м; - Н/м3; х - коэффициент;х=tgцг/1+tgцг; цг - угол внутреннего трения грунта, град. По опытным данным, объем призмы волочения перед заслонкой (в процентах от вместимости ковша) составляет: 26, 28 и 32 для песка; 22, 17 и 16 для супеси: 10, 10 и 9 для влажных суглинков; 10, 5 и 4 для глин при вместимости ковша соответственно 6, 10 и 15 м3.

Сопротивление перемещению призмы волочения (Н)

, (6.18)

где Vп - объем призмы волочения, м3.

При наборе грунта самоходным скрепером

и (6.19)

и прицепным скрепером

и , (6.20)

где Fк - максимальная окружная сила на шинах ведущих колес, Н (рис 6.1,a);F - суммарное тяговое сопротивление, Н; Fкр - максимальная сила на крюке тягача, Н; Gсц, Gтр - сцепной вес соответственно колесного и гусеничного тягачей, Н; цсц - коэффициент сцепления; fо - коэффициент сопротивления передвижению движителя тягача. При использовании толкачей на загрузке с максимальным толкающим усилием Fтолк

и , (6.21)

где - коэффициент одновременности работы толкача и тягача;=0,85 - 0,90. Тяговый расчет самоходно-моторных скреперов. Допустимый вес груженого скрепера:

, (6.22)

где Gc, Gr - соответственно вес порожнего скрепера и грунта в ковше, Н; - механический КПД трансмиссии; - коэффициент, учитывающий отбор мощности на привод вспомогательных механизмов; - коэффициент выходной мощности; = 0,9; - максимальная мощность двигателя, кВт; - коэффициент обтекаемости, ; = 0,6 - 0,7;S - лобовая площадь одноосного тягача, м2 (ориентировочно произведение ширины колес на максимальную высоту тягача); - максимальная транспортная скорость, км/ч; =45 - 55 км/ч; =0,025 - 0,035 при движении по дороге. F'к - тяговое усилие для скрепера со всеми ведущими колесами Силовой радиус колесного движителя:

, (6.23)

где - радиус недеформируемой шины, м; ' - коэффициент деформации шины; на плотном грунте '= 0,12 - 0,15; на рыхлом - '=0,08 - 0,10;- ширина профиля шины, м.

Рис. 6.1. Схемы к расчету самоходного скрепера: а - заполнение с толкачом; б, в - с элеваторной загрузкой; г - скребковый элеватор



Толкач выбирается таким, чтобы в конце заполнения ковша полностью использовались тяговые качества тягача и толкача.

При кратковременных нагрузках максимально допустимые коэффициенты буксования составляют для колесного движителя = 30%, для гусеничного = 10%.

Пользуясь формулой с учетом указанных коэффициентов буксования, напишем суммарную максимальную силутяги скрепера с гусеничным толкачом по сцеплению:

, (6.24)

где Fк - максимальная сила тяги тягача по сцеплению, Н; - нормальная реакция грунта на колеса одноосного тягача в заключительной стадии заполнения ковша скрепера, Н.

По тяговому усилию можно выбрать толкач. Действительные скорости (vд) тягача и гусеничного толкача в момент набора грунта должны быть одинаковыми с учетом принятых в формуле коэффициентов буксования (30 и 10%).

Используя тяговые характеристики тягача и гусеничного толкача, можно определить рабочую скорость тягача на первой рабочей передаче и общее передаточное число трансмиссии (по регулярной характеристике двигателя тягача и силовому радиусу колесного движителя).

Мощность двигателя тягача самоходного скрепера при рассматриваемом режиме работы:

, (6.25)



где Fки - Н; fо - коэффициент сопротивления качению; - км/ч; - механический КПД трансмиссии тягача; =30%.

По регулярной характеристике двигателя тягача определяется частота вращения коленчатого валаne (),соответствующая мощности N.

Передаточное число трансмиссии на I передаче

, (6.26)

где - м; ne - ; - км/ч.

Тяговый расчет скрепера с элеваторной загрузкой

Его проводят при условии, что известны мощность двигателя одноосного тягача, его основные параметры: вес Gc, расчетные скорости на всех передачах, размеры шин и нагрузка R1 на ось тягача. Все эти параметры определяются тяговым расчетом скрепера с загрузкой под действием тягового усилия (рис. 6.1, б,в).