Модернизация автогрейдера ДЗ-143

Рулевое управление снабжается пневматической или гидравлической системой усиления следящего типа, показанной на рис. 5.

Передвигаемый при повороте рулевого колеса 1 распределитель 4 обеспечивает поступление рабочей жидкости в  исполнительные цилиндры 5, которые  поворачивают колеса. После поворота колес рычаг 3 возвращает золотник в  исходное положение. Таким образом, управление осуществляется по методу слежения, при котором поворот  колес следует за поворотом рулевого колеса и может не иметь механического  соединения между входным и выходным звеньями системы.

 

2 РАБОЧИЙ ЦИКЛ АВТОГРЕЙДЕРА ДЗ-143 [2]

 

Процесс работы автогрейдера состоит из последовательных проходов, при которых осуществляется резание  грунта, его перемещение, разравнивание  и планировка поверхности сооружения.

При разработке грунта отвал  устанавливают режущей кромкой, как параллельно его поверхности, так и наклонно под углом 10 ... 15^o с заглублением отвала или только его части по ширине. Угол резания составляет от 35^o до 45^o соответственно при разработке тяжелых и легких грунтов. При зарезании отвала в грунт одним концом угол между режущей кромкой отвала и продольной осью машины (угол захвата) принимают равным 35...50°, при отделочных планировочных работах - 45 ... 90°, при копании с отводом грунта в сторону по отвалу - 60°.

В зависимости от размеров обрабатываемого участка, рельефа  местности, наличия искусственных сооружений земляные работы с использованием автогрейдера ДЗ-143 выполняют движением по круговым и челночным технологическим схемам. Так, при длине обрабатываемого участка (захватки) 400 ... 1500 м автогрейдер движутся по круговым технологическим схемам (рис. 2.11), а при меньших длинах - челночным способом (рис. 2.10) - движением в одном направлении вперед, в обратном - задним ходом. При этом в случае очень коротких захваток (около 150 м) грунт разрабатывают только движением вперед, после чего возвращают машину на исходную позицию следующей проходки вхолостую задним ходом на повышенной скорости. При больших длинах захваток грунт разрабатывают как передним, так и задним ходом с разворотом отвала на 180° в плане на концах захватки.

 

Рис. 2.10. Схема профилирования

слоев земляного полотна челночным способом.

Рис. 2.11. Схема профилирования

слоев земляного полотна круговым способом.

 

 

 

 

 

 

 

3 ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

АВТОГРЕЙДЕРА  ДЗ-143

 

Основными технико-эксплуатационными  показателями автогрейдера являются тяговомощностные показатели и показатели производительности, расчет которых мы и произведем в рамках данного курсового проекта.

Условия расчета:

На объекте автодорога  М4 «Дон» произвести расширение на участке  «Каменск – Глубокая». Ширина дорожного  полотна – 4м., протяженность – 5 км. Категория разрабатываемого грунта – II. Продолжительность возведения автодороги – 6 месяцев.

Рисунок 2.1. Расчетная схема

 

 

 

 

 

 

 

3.1 Тяговый расчет [2,5,6]

Таблица 3.1 – коэффициенты  f и φ

Вид опорной   поверхности	Шинноколесный движитель
	шины высокого   давления		шины низкого   давления
	f	φ	f	φ
Грунт:
рыхлый свежеотсыпанный	0,2...0,3	0,3... 0,4	0,1...0,2	0,4...0,6
слежавшийся уплотненный	0,1...0,2	0,4... 0,6	0,1...0,15	0,5...0,7

Талица 3.2- значения коэффициентов k (при α = 45…60°) и k_n

Категория грунта	k, кг/м2	Грунты	kn
I	7000	связные	0,025…0,032
II	11000	несвязные	0,06…0,07
III	17000	--------	--------

Таблица 3.3 – величины необходимые для расчета

G, кH	Рх, кВт	ηх	пд,  б/мин.	и	λ, м		δ
135	95,6	0,73…0,76	1575…1800	0,98	Плотный грунт	Рыхлый грунт	0,1	0,2	0,3
					0,12 . . . 0,15	0,08 ... 0,1

 

Установлено, что при δ = 0,1 колесный движитель работает с максимальным КПД, при δ = 0,2 достигается максимальная тяговая мощность, при δ = 0,3 развивается наибольшая устойчивая сила тяги.

Движение машины возможно, если максимальное тяговое усилие Т_mах (Н) будет не меньше суммарного сопротивления движению W(Н):

Т_mах ≥ W.

Усилие Т_mах ограничено двумя факторами - мощностью привода ходового устройства и условиями сцепления движителя с опорным основанием, с которыми оно связано зависимостями:

Т_mах(Р_х) = 1000 Р_х η_х / v;                Т_mах(φ) = G φ

 где Р_х - суммарная мощность двигателей механизма передвижения

               (Вт);  
         η_х - общий КПД механизма передвижения (табл. 3.3);

         φ - коэффициент сцепления движителя с основанием (табл. 3.1).

         v - скорость передвижения (м/с);

Для шинноколесных движителей v - теоретическая скорость (м/с):

v =

где r_c - силовой радиус, м;

       п_д - номинальная частота вращения вала двигателя ходового                   механизма (об/мин);

       и - передаточное число трансмиссии.

Силовой радиус определяется как радиус недеформированного колеса r_о за вычетом наибольшей радиальной деформации шины (в центральной зоне контактной поверхности) λ (м):

r_c = r_о – λВ. 

Приближенно при движении по плотному грунту λ = (0,12…0,15) В; по рыхлому грунту - λ = (0,08...0,1) В (В - ширина профиля шины).

Фактическую скорость передвижения  шинноколесной машины определяют с  учетом буксования по формуле (м/с):

v_ф = v (1 - δ),

где δ - коэффициент буксования.

Совместив необходимые формулы, рассчитываем v_ф:

_{Полученное чначение соответствует I передаче автогрейдера (табл. 3.6).}

Имея необходимые показатели рассчитываем усилие (Т_mах(Р_х)) мощности привода ходового устройства и усилие (Т_mах(φ))  сцепления движителя с опорным основанием;

Для дальнейших расчетов берем  меньшее из полученных значений.

Сопротивление передвижению W (Н) складывается из сопротивлений на рабочем органе машины W_p (Н), передвижению (перекатыванию) движителей W_пep (H) по горизонтальному пути, повороту машины W_noв (H), движению на уклоне местности W_у (Н), инерции при разгоне и торможении W_и (H) и ветрового давления W_B (H):

W = W_p + W_пep + W_noв ± W_у ± W_и + W_B

Из этого набора сопротивлений  удерживаются только те сопротивления, которые имеют место в конкретном транспортном режиме работы машины.

Сопротивление повороту колесных машин, (рыхлый грунт);

W_noв = (0,25 . . . 0,5) W_пep

Сопротивление движению от уклона местности ;

W_у = ± тgsinα

где т - масса машины, кг;

      g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;

      α - угол подъема пути машины, (+) на подъем, (-) под уклон.

Сопротивление сил инерции  при разгоне и торможении:

W_и = ± m v / t_р(т),

где v - скорость в конце разгона или начале торможения (м/с):

      t_р(т) - продолжительность разгона (торможения) (с).

Сопротивление ветрового  давления:

W_B = S q_B

где S - площадь, воспринимающая давление ветра (м²);

      q_B =125 – 500 - распределенная ветровая нагрузка на 1 м² (Па).

Сопротивления W_noв, W_у, W_B и W_и в данном тяговом расчете не учитываются, так как по условию участок горизонтальный, автогрейдер движется с равномерной скоростью, а разворот совершается после выполнения операций (резание, транспортировании, укладке), а сопротивление ветрового давления незначительно при данной скорости.

Сопротивление резанью:

где k – коэффициент сопротивления резанью (табл. 3.2);

      В – ширина отвала (м);

      h₁ – глубина резания во время перемещения призмы грунта (м²).

где k_n – коэффициент потерь грунта при перемещении (табл. 3.2)

       V_пр – объем призмы волочения(м³).

_{Вычисляем объем призмы волочения;}

Вычисляем глубину резания  во время перемещения призмы грунта;

Вычислив необходимые  величины находим сопротивление  резанью;

Сопротивление перекатыванию:

W_пep ≈ fG,

где f- коэффициент сопротивления передвижению движителей (табл. 3.1);

     G - вертикальная составляющая внешней нагрузки на движители (Н) (табл. 3.2).

Подставив значения необходимых усилий находим сопротивление перемещению W (H);

Проверяем соответствие условию Т_mах ≥ W:

Тяговый расчет автогрейдера с модернизированным отвалом:

_{Вычисляем объем призмы волочения;}

V'_пр =

 

Вычисляем глубину резания  во время перемещения призмы грунта;

_{h1 = (0.065×0.624) ÷ 5.2 =0.0078,м²}

Вычислив необходимые  величины находим сопротивление  резанью;

_{W p = 11000×5.2×0.0078 = 446, H}

Сопротивление перекатыванию:

W_пep ≈ fG,

где f- коэффициент сопротивления передвижению движителей (табл. 3.1);

     G - вертикальная составляющая внешней нагрузки на движители (Н) (табл. 3.2).

Подставив значения необходимых  усилий находим сопротивление перемещению  W (H);

_{W = W p +Wпер = 446 +20300 = 20.8 кH}

Проверяем соответствие условию Т_mах ≥ W:

 

 

Условие соблюдено, тяговые  характеристики автогрейдера подходят для работы в заданных условиях. Неудовлетворение указанному выше условию по тяговому усилию Т_mах(Р_х)  означает недостаток мощности для движения машины с заданной скоростью v. Если то же условие не удовлетворяется по усилию Т_mах(φ), то это означает, что машина не может двигаться из-за буксования движителей.

 

3.2.Расчет тяговой рамы на прочность

 

Задачей расчета является проверка работоспособности тяговой  рамы при использовании дополнительного  оборудования в рассматриваемом  расчетном положении.

Исходные данные для  расчета

Сила тяжести автогрейдера, приходящаяся на

                                                       его передний мост G₁ , кН                     35,0

Сила тяжести автогрейдера, приходящаяся на

                                                            его задний мост G₂ , кН                    96,0

Сила тяжести тяговой  рамы G_тр , кН                                                           14,0

Колесная база машины L, м                                                                          5,84

Положение кромки отвала l₁ , м                                                                   5,61

Колея машины b, м                                                                                        2,0

Положение центра тяжести  автогрейдера

( по продольной оси  машины ) l₂ , м                       1,5

Положение центра тяжести  автогрейдера по вертикали H, м                  1,7

 

 

Рисунок 3.2. Схема действия усилий для расчета тяговой рамы.

Расстояние от оси О₁О₂ (рисунок 3.2 ) до точки приложения

силы тяжести тяговой  рамы  a₁ , м                     3,6

 

Расстояние от оси О₃О₄ ( рисунок 3.2 ) до точки приложения

                                          силы тяжести тяговой рамы  а₂ , м                    2,24

Угол резания ножа δ, град.                                                                           45

     Расчет на  прочность тяговой рамы производится  при следующих условиях: автогрейдер  ДЗ-143 движется по горизонтальному  участку на первой передаче  со скоростью 2,5…4,2 км/ч. Отвал  внезапно уперся в непреодолимое  препятствие, и произошла остановка  автогрейдера до полного буксования. Наиболее неблагоприятные условия  при этом складываются, когда  наезд на препятствие происходит  краем выдвинутого в сторону  отвала.