Модернизация автогрейдера ДЗ-141

Якщо зазначена вище умова не дотримується, то потрібно зменшити опір копанню ґрунту відвалом шляхом зменшення площі стружки, що зрізується.

3.3 Визначення необхідної потужності двигуна машини

Потрібна потужність двигуна автогрейдера для забезпечення реалізації його робочих  режимів роботи визначається за формулою:

 

 

де, тяги ведучих коліс автогрейдера;

дійсна швидкість руху автогрейдера на робочих режимах,

Необхідно також врахувати втрати потужності на буксування ведучих коліс машини, які визначаються по формулі:

 

 

де, коефіцієнт буксування, що відповідає максимальній силі тяги, 0,18...0,22. Приймаємо

Загальна потрібна потужність двигуна  автогрейдера для забезпечення його роботи на реальних режимах експлуатації визначається наступним чином:

 

 

де, ККД трансмісії;

коефіцієнт зменшення  потужності двигуна через несталі  режими роботи.

Для механічної трансмісії 0,83...0,86, 0,88...0,9;

 Для гідромеханічної трансмісії 0,73...0,76, .

Потужність двигуна, необхідна  для роботи машини на транспортному  режимі визначається за формулою:

 

 

де, максимальна швидкість руху автогрейдера на транспортному режимі.

У відповідності ГОСТ 9420-79 максимальна  транспортна швидкість при русі автогрейдера вперед повинна бути не менше 35 км/год двох потужностей  та з урахуванням результатів попередніх розрахунків двигун вибирають по значенню більшої потужності.

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 4

Розрахунок на міцність автогрейдера

 

4.1. Визначення зовнішні навантаження, що дїють на автогрейдера.

Порядок визначення зовнішніх  навантажень для колісної схеми автогрейдера 1x2x3, як найпоширенішої.

Розглядаються два основних розрахункових положення для  визначення навантажень на автогрейдер:

стопорний режим - інтенсивне заглиблення  відвала в ґрунт до повної зупинки  машини;

- зустріч машини із непереборною перешкодою.

У розрахунковому положенні рис. 4.1 приймається, що автогрейдер рухається по горизонтальній поверхні, відвал установлений під кутом захвату , центр поворотного круга лежить у вертикальній площині, що проходить через поздовжню вісь машини. Опір на відвалі переборюється статичним тяговим зусиллям автогрейдера та силами інерції в результаті реалізації частини кінетичної енергії машини.

 

Рис 4.1. Схема сил, що діють на автогрейдер у першому розрахунковому положннні

 

При складанні розрахункової  схеми умовно приймається, що автогрейдер  передньою частиною опирається в  точці , яка відповідає шарніру зчленування основної рами з переднім мостом, а задньою частиною - у двох точках що відповідають шарнірам кріплення балансирів до основної рами машини; робоче навантаження зосереджене на кінці ножа відвала, який розвернуто вперед.

У розрахунковому положенні  І на автогрейдер діють наступні активні сили та реакції (на рис. 4.1 напрямок їх дії обраний довільно):

  сила ваги автогрейдера;

  частини сили ваги автогрейдера, що приходяться, відповідно, на передній і задній мости;

вертикальна реакція ґрунту на передню вісь машини

вертикальні реакції ґрунту, відповідно, на правий і лівий балансири автогрейдера;

вільна сила тяги (без  урахування опору перекочуванню  задніх коліс), відповідно, на правому й лівому ведучому колесах;

опір перекочуванню  передніх коліс;

бічні реакції ґрунту на колеса;

складові реакції ґрунту на відвал;

сила інерції машини.

Складаємо рівняння рівноваги  системи в вибраній системі координат  XZY:

 

 

 

 

 

 

 

У цих рівняннях відомими величинами є всі геометричні  розміри та значення сил та

Величини, що визначають положення  центра ваги машини (точка прикладання сил та ), знаходять попередньо згідно залежностей:

   

 

де  силовий радіус колеса, його можна визначити за допомогою даних таблиць.

Розміри та визначають по компонувальній схемі автогрейдера викресленій в масштабі.

Сила інерції приблизно визначається по формулі:

 

 

де,коефіцієнт динамічності, прийнятий для першого розрахункового випадку, = 1,16...1,2;

 коефіцієнт зчеплення шин  з ґрунтом, 

Оскільки в наведеній  системі шести рівнянь 12 невідомих, а саме то для її рішення використовуються шість додаткових залежностей, що зв'язують невідомі величини:

 

 

 

 

 

 

 

Невідомі реакції на елементи автогрейдера знаходять у  результаті рішення системи рівнянь із урахуванням додаткових залежностей. Якщо в результаті рішення системи рівнянь реакція виходить зі знаком то її напрямок необхідно змінити на протилежний в порівнянні із зазначеним на рис. 4.1.

У розрахунковому положенні  II передбачається, що автогрейдер рухається в режимі планування або переміщення ґрунту по горизонтальної площадці, вісь поворотного круга лежить у площині поздовжньої симетрії автогрейдера, відвал висунуто у бік , рис 4.2

 

По цьому розрахунковому положенню визначаються діючі на автогрейдер випадкові навантаження при зустрічі із важко прохідною  перешкодою, міцність якої істотно  вище приведеної жорсткості (міцності) металоконструкцій автогрейдера.

Додаткове динамічне зусилля , прикладене в центрі ваги машини, для цього випадку буде визначатись згідно залежності:

 

 

де  швидкість автогрейдера в момент зіткнення (при виконанні планувальних робіт і переміщенні ґрунту 5...7 км/год );

  маса автогрейдера;

коефіцієнт  жорсткості автогрейдера, що залежить від жорсткості металоконструкцій  і шин:

 

 

де,  геометричні розміри машини, рис. 4.2;

жорсткість  металоконструкцій автогрейдера

(орієнтовно (80... 100) кН/м

 

 сила ваги автогрейдера;

радіальна жорсткість всіх шин автогрейдера, що залежить від їхньої кількості, моделі, внутрішнього тиску в шинах.

 

 

радіальна жорсткість однієї шини, орієнтовно можна приймати

 = (400...550) кН/м.

Складаємо рівняння рівноваги системи, рис. 4.2:

 

 

 

 

 

 

 

Вирішуючи систему рівнянь  із урахуванням приведених додаткових залежностей, що зв'язують невідомі величини, знаходимо реакції на елементи конструкції автогрейдера для другого розрахункового положення.

Знайдені реакції на елементи конструкції автогрейдера використаються для розрахунків металоконструкції  машини на міцність.

2. Розрахунок відвала

При розрахунку відвала на міцність вважають, що найбільше горизонтальне  зусилля копання ґрунту R_x прикладене до кінця відвала, максимально висунутого в бік відносно тягової рами, рис. 4.3.

 

Рис. 4.3. Сили, які діють на відвал автогрейдера

На відвал діє реакція , спрямована вниз, а бічне зусилля . Згинальний момент, що діє на відвал у горизонтальній площині рівний:

 

де  довжина консольного кінця відвала при його максимальному бічному зміщенні відносно кронштейнів (визначається по компонувальній схемі автогрейдера викресленій в масштабі )

Згинальний  момент у вертикальній площині:

 

Крутний момент:

 

де  та координати нейтральної осі.

 

де  висота відвала;

радіус кривизни відвала;

центральний кут відвала.

Відповідні моменти інерції  поперечного перерізу та еквівалентні напруження визначають з використанням методів опору матеріалів.

3. Розрахунок тягової рами

Зусилля в кульовому  шарнірі, що з'єднує тягову раму автогрейдера з основною, знаходять для двох розрахункових положень.

У розрахунковому положенні  І найбільше навантаження на тягову раму має місце при дії вертикального  зусилля , спрямованого вниз, що відповідає режиму виглиблення відвала з ґрунту в стопорному режимі.

З умови рівноваги тягової рами випливає, рис. 4.4:

 

 

 

 

 

Рис 4.4. Схема для визначення сил які діють на тягову раму

Звідки знаходимо:

 

 

 

де , сили тяжіння тягової рами та, відповідно, робочого органа з поворотним кругом. У попередніх розрахунках можна приймати

 

 

сила інерції.

У розрахунковому положенні  II значення зусиль знаходять за умови, що

По отриманих реакціях у кульовому шарнірі виконується  розрахунок тягової рами як консольної балки. Розрахунковим є поперечний переріз тягової рами поблизу поворотного круга.

 

4.4 Розрахунок основної рами

Основна рама розраховується для двох розрахункових положень. Підлягають розрахунку основні перерізи:

1. праворуч від гідроциліндрів підйому відвала;
2. у хребтовій частині рами;
3. на ділянці переходу рами від поперечної балки до хребтової.

При розрахунку перерізу передню частину рами вважають консольною балкою, що закріплена в зоні установки гідроциліндрів підйому відвалу. При цьому зусилля варто приймати спрямованим вгору.

Крім реакцій у кульовому  шарнірі на розглянуту частину рами діють також сила ваги переднього моста , опір перекочуванню переднього моста , вертикальна й бічна реакції , , інерційна сила переднього моста, сили ваги бульдозерного устаткування та передньої частини основної рами.

При розрахунку перерізу 2 передня частина автогрейдера розглядається як просторова з жорстко зчленованими елементами конструкція консольного типу із жорстким закріпленням у розглянутому перерізі. Передній міст умовно від'єднується. Крім зовнішніх зусиль, що діють на робочий орган і передні колеса, ураховуються сили ваги бульдозерного устаткування, переднього моста, частини основної рами, відвала з поворотним кругом і тяговою рамою.

При розрахунку перерізу 3 розглядають дію тих же сил, що й у перерізі 2, однак їхній напрямок відносно перерізу З повинен відповідати дії найбільшого крутного моменту на раму.

Розрахунки на міцність основної рами автогрейдера варто виконувати відповідно до методики, викладеної в  курсі дисципліни "Проектування метало- конструкцій будівельних  і дорожніх машин".

4.5. Розрахунок ходового устаткування

Діючі на ходове устаткування навантаження визначаються для розрахункового положення І.

 

Вертикальна реакція на найбільш навантажене колесо:

 

де, коефіцієнт перерозподілу реакцій між колесами одного балансира,

 

де, максимальний коефіцієнт зчеплення пневматичних шин з основою, 0,85;

силовий радіус колеса, (табл. 1.2);

відстань між  осями коліс балансира, м.

 

коефіцієнт опору перекочуванню, (табл. 1.4);

ексцентриситет балансира (відстань між площиною, що проходить  через осі ведучих коліс і віссю балансира, у важких автогрейдерів, е = 0);

,відповідно, передаточне число та ККД бортового редуктора.

Розрахункова вертикальна  реакція приймається з урахуванням коефіцієнта динамічності =1,2:

 

Розрахункове тягове зусилля , реалізоване на найбільш навантаженому вертикальною силою ведучому колесі:

 

Розрахунковий крутний момент що передається кінцевою піввіссю:

 

Крутний момент , переданий центральною піввіссю :

 

де, коефіцієнт динамічності, = 1,3... 1,4.

Деталі головної передачі та елементів трансмісії між головною передачею та двигуном розраховуються на дію крутного моменту:

 

де, максимальний коефіцієнт динамічності, = 1,6;

зчіпна вага автогрейдера;

, відповідно, передаточне число та ККД елементів трансмісії між ведучим колесом і елементом, що розраховується.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 5

5.1 Гідравлічний розрахунок

В даний час на переважній більшості будівельних та дорожніх машин в якості приводів робочого обладнання, механізмів переміщення  та керування робочими процесами  використовується гідравлічний привід. При проектуванні машин з гідроприводом  розробляються гідравлічні схеми  приводів машин в цілому, чи їх робочого обладнання, які згідно ГОСТ 2.102–68 відносяться до робочих конструкторських документів. Ці документи, окремо, або в сукупності з іншими конструкторськими документами, визначають склад, принципову схему роботи та будову відповідного приводу, містять необхідні дані для його виготовлення та монтажу, контролю збирання, приймання, експлуатації і ремонту. Конкретно на схемах показують у вигляді умовних зображень або позначень складові частини приводів і зв'язки між ними.

Виходячи із загальних  принципів роботи об'ємного гідроприводу, гідравлічні схеми приводів машин  і механізмів повинні включати в  себе  наступні вузли і агрегати: джерело енергії потоку робочої  рідини (насос); споживачів енергії  потоку робочої рідини (гідромотори, гідроциліндри); гідроапаратуру напрямної  дії (гідророзподілювачі, зворотні клапани, гідрозамки, золотники системи керування типу ЗСУ, блоки сервокерування, дільники потоку); регулюючу апаратуру (запобіжні, переливні, редукційні, гальмівні і підживлюючі клапани), дроселі; ємкість, утримуючу запас робочої рідини (гідробак); гідроакумулятори; вузли системи фільтрації та охолодження робочої рідини; гідролінії зв’язку між вказаними агрегатами.