Проектирование каналокопателя

 3 Составление расчетной машины и определение опорных реакций

   При установившемся движении на уплотняемый материал действуют силы, указанные на рисунке 3.1. Отметим, что воздействие ведомого и ведущего вальцов на материал различно. [2 с.235]

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.1 - Силы, действующие на ведомый и ведущий вальцы катка

   На ведомый валец действуют сила тяжести G₁ и толкающая сила T₁. В зоне контакта на поверхности материала эти силы вызывают реакцию грунта, которую можно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие. Отсюда следует, что =G₁, а =T_1. [2 с.235]

              Н                                                              (3.1)

  Q – нагрузка на ось ведущего вальца, кг 

следовательно, Н

          Н                                                             (3.2)

  следовательно,  Н

- коэффициент сопротивлению качению (для послойного уплотнения дорожных покрытий и оснований, улучшенных минеральными добавками или обработанными вяжущими материалами), =0,13 (по асфальтобетону)

   

 

 

 

Сила реакции  действует на валец со стороны уплотняемого материала. Следовательно, со стороны вальца на материал действует сила F₁, которая будет двигать материал.

 

 В рыхлом материале  (когда сопротивление его сдвигу  мало) перед ведомым вальцом образуется  валик [2 с.235].

   После того, как сопротивление его сдвигу будет равно сдвигающей силе F₁ валец перекатится через валик, а процесс сдвига материала начнется вновь.

Как результат этого воздействия  – волнистая поверхность.

    На ведомый  валец действуют силы тяжести  G₂ и реакция со стороны рамы катка T₂. В зоне контакта эти силы также вызывают реакцию грунта (составляющие и ). Отсюда следует, что , а [2 с.236]

     Н                                                                     (3.3)                                                               

следовательно  Н        

    Н                                                                   (3.4)

следовательно   Н

Проверим возможность  движения катка по сцепному весу.

       где                                                                                _(3.5)

коэффициент сцепления, (что соответствует)

Н

Н

 36198,9Н>15686,2Н

    

    Из полученных результатов видно, что каток может успешно применяться для послойного уплотнения дорожных покрытий и оснований, улучшенных минеральными добавками или обработанными вяжущими материалами, обеспечивая требуемые сцепные свойства.

 

 

 

 

4 Тяговый расчет проектируемой машины

     Мощность двигателя катка должна обеспечивать его нормальную работу в наиболее тяжелых условиях, которыми можно считать укатку рыхлого щебня на предельном подъеме; киркование старого шоссе на подъеме; проход катка на транспортной скорости по хорошей дороге с предельным подъемом. Необходимая мощность двигателя катка определяется по формуле: [1 c.51]

                                                                                                  (4.1)

где Т - сила тяги на ободе ведущих вальцов катка;

v - низшая рабочая скорость катка, км/ч;

 - к.п.д. трансмиссии от двигателя к ведущим вальцам.

 

     Сила тяги на ободе ведущих вальцов катка должна быть равна или больше суммы всех сопротивлений, возникающих при движении катка, т. е.

                                      

                                                (4.2)

причем в - должны входить все сопротивления при движении катка во время его работы в наиболее тяжелых условиях. Сопротивления, возникающие при движении катка, могут быть следующими: [1 c.52]

W₁ - сопротивление при передвижении катка по дороге как повозки;

W₂ - сопротивление при преодолении подъема;

W₃ - сопротивление от преодоления сил инерции при разгоне;

W₄ - сопротивление при кирковании старого покрытия;

W₅ - сопротивление при проходе катка по закруглениям.

     Сопротивление  при передвижении катка по  дороге как повозки с преодолением  подъема обычно определяется  по формуле:

                                                                             (4.3)

 

 

 

 

 

 

 

где Q - вес катка;_;

- коэффициент сопротивления  движению, зависящий в значительной степени от рода укатываемого материала и его состояния, а также ряда других факторов ( по асфальтобетону равен 0,05)

i - уклон дороги в сотых долях, i=0,08

 

Н

Сопротивление от преодоления  сил инерции при трогании катка с места:

 

                                                                                          (4.4)

где - сопротивление от преодоления сил инерции поступательно движущихся масс катка;

- сопротивление от преодоления сил инерции вращающихся масс катка:

 

                                                                                            (4.5)

где - масса катка, Н

- рабочая скорость катка, м/с; =1,72м/с

- время разгона, с; =2,0-2,5с.

 

Н=10,578кН

 

    Ввиду небольшой скорости дорожных моторных катков обычно считают, что сопротивление от преодоления сил инерции вращающихся масс катка невелико, и им можно пренебречь. Таким образом, можно считать, что

 

Сопротивление при  кирковании старого покрытия определяется по формуле:

 

                                                                                                            (4.6)

 

 

где п - число кирок;

F - площадь одной кирки, погруженной в дорожное покрытие, см²; F=7см².

- удельное сопротивление  киркованию, = 1,7-2,5 кг/см².

 

Н

 

    Сопротивление при проходе катка по закруглениям, возникающее вследствие затрудненности вращения направляющих вальцов катка при их повороте, определяют по формуле: [1 c.54]

 

                                                                                                               (4.7)

 

где - опытный коэффициент; для движения по рыхлому щебню =0,3; для движения по уплотненному щебню = 0,2;

Q₁ - вес катка, приходящийся на направляющие вальцы;

 

Н

 

    Зная отдельные сопротивления, возникающие при работе катка, определяют суммарное сопротивление, учитывая наиболее тяжелые условия работы катка. После этого определяется необходимая сила тяги на ведущих вальцах катка Т. Найденную величину Т необходимо проверить по условию сцепления ведущих вальцов с поверхностью укатываемого покрытия: [1 c.54]

 

                                                                                   (4.8)                             

                               

где - сцепной вес катка, т. е. вес, приходящийся на его ведущие вальцы;

  - коэффициент сцепления ведущего вальца с поверхностью покрытия; для щебеночного покрытия = 0,5-0,6; для булыжной мостовой = 0,5.

 

                                                                   (4.9)

Н

                                                                                           (4.10)

 Н

 

Необходимая мощность двигателя  катка определяется по формуле:

 

 

 

где P_k – касательная сила тяги;

v - низшая рабочая скорость катка, км/ч;

 - к.п.д. трансмиссии от двигателя к ведущим вальцам, =0,87

 

     Таким образом определены все сопротивления действующие на каток в рабочем режиме и суммарное их значение равное Н. Также определено значение касательной силы тяги необходимое для успешного трогания катка с места равное Н, а также определена мощность двигателя равная N=120кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Расчет продольной и поперечной устойчивости

 

     Потеря устойчивости выражается в опрокидывании или скольжении катка. Более вероятно и поэтому более опасно нарушение поперечной

устойчивости, возникающее под действием боковых сил — центробежной и силы тяжести.

     На рисунке 6.1 показано два положения на кривой постоянного радиуса R. Каток Б движется по внутреннему, каток А — по внешнему краю дороги. Полотно наклонено под углом а.

      Разложим силу веса G на силу G_z, нормальную к плоскости дороги, и силу G_y параллельную этой плоскости. Боковую составляющую Р_ц центробежной силы разложим по этим же направлениям на Р_ц.y и Р_ц.z.

      У катка А, движущегося по внешнему краю дороги, силы Р_ц.y и G_y, действуя в одном направлении, складываются. Вероятность потери устойчивости у катка А больше, чем у катка Б. Делаем расчет устойчивости катка А.

      По предварительным расчетам центр тяжести находится на высоте 1,6 м. Опрокидывание будет происходить вокруг точки К [3 c.94].

Рисунок 6.1 - Схема подвески колес катка

   

      Ввиду малой величины углов поперечного уклона покрытий, считаем возможным пренебречь разницей просадки подвесок колес для ориентировочных расчетов устойчивости.

      Учитывая еще не полную эксплуатационную проверку работы независимой гидроподвески колес катков, для сохранения устойчивости в транспортном режиме, по-видимому, нужно отключить аккумуляторы,

 

 

 

оставляя всю гидросистему подвески в положении «заперто». [3 c.95]

Определим величину центробежной силы (Р_ц), предполагая, что наибольшая транспортная скорость v — 12,3км/ч = 3,42м/с:

 

     кН                                (5.1)

 

Задаемся допустимым значением угла поворота колес ,

радиус поворота,

     мм                                              (5.2)

L – база катка, 5000мм

 Угол наклона  полотна дороги принимаем 

  кН                                         (5.3)

  кН                                     (5.4)

  кН                                                (5.5)

 кН                                            (5.6)

 

Коэффициент устойчивости в транспортном режиме равен:

 

                (5.7)

   Таким  образом, на скорости v=12,3км/ч каток устойчив, следовательно, рекомендуется проектировать каток с такой транспортной скоростью. Проверим каток на скорости движения v=6.2км/ч или v=1,72м/с.

 

Задаемся допустимым значением угла поворота колес 

 

 мм                                                (5.8)

кН                                             (5.9)

кН                                        (5.10)

кН                                     (5.11)

кН                                              (5.12)

кН                                            (5.13)

Коэффициент устойчивости при v=6,2км/ч будет равен:

 

             (5.14)

 

   Следовательно при скорости v=6,2км/ч коэффициент устойчивости проектируемого катка вырос с K=0,71 до K=9,97 с большим запасом, что обеспечивает более безопасную работу катка c большим углом поворота колес.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         6 Определение производительности машины

 

При подготовке оснований  дорог, гидротехнических и других сооружений, т. е. при достаточно большой площади  грунта, уплотнение его производят укаткой. Для этой цели применяют  катки, которые своими вальцами или  колесами на пневматических шинах, перекатываемыми с небольшой скоростью по поверхности грунта, уплотняют последний под действием веса машины. На производительность катка оказывает влияние скорость передвижения. Установлено, что первый и два последних прохода катком целесообразно совершать на скорости 1,5—2,5 км/ч, промежуточные проходы, во избежание волнообразования, — на скорости не более 10 км/ч. [1 c.55]

     Производительность катков, м²/ч, может быть подсчитана по следующей формуле:

 

        м²/с                                        (6.1)

где В - ширина укатываемой полосы, м;

а - ширина перекрытия полос при последующих проходах катка, а = 0,2-0,25 м;

v - средняя скорость движения катка при укатке, км/ч;

n - число проходов катка по одному следу, n=20

 

Средняя скорость движения катка определяется по формуле:

 

     м/с                                                                           (6.2)

 

где,

L - длина укатываемой полосы, м;

t_дв - среднее время движения катка за один проход, с;

 

 

 

 

 

 

 

                                                                   (6.3)

- скорость катка, м/с на участке длиной L

                              с

- время реверсирования, =1-2с

 

  Таким образом проектируемый каток при скорости v=1,7м/с будет работать с производительностью П=0,1581м²/с, что влечет за собой увеличение качества укладки, а также снижения времени затрачиваемое на укатку.