Расчет автогрейдеров

 

Министерство высшего и среднего специального образования РФ

 

ИРКУТСКИЙ ГОССУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АВТОГРЕЙДЕРЫ

 

Методические указания к курсовому и дипломному проектированию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск 1986г.

 

 

Авторгрейдеры. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 0511. Составили Б.М. Мейеров. –Иркутск, 1986.-

 

Приводятся основные расчетные  зависимости для общего расчета  автогрейдера и его конструктивных элементов. Предназначено для студентов автомеханических специальностей

Ил. 10 Табл.  4.

 

 

Рецензент гл. механик треста Строймеханизация С.Л. Тереньтьев.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовое проектирование является одним из этапов обучения в вузе и имеет цели: закрепить теоретические знания, углубить изучения вопроса проектирования СДМ и развить расчетно –графические навыки студента.

Курсовой проект по курсу “Машины для земляных работ” является продолжением темы проектирования машины, начатой в курсе подъемно – транспортных машин. Основное внимание в нем уделяется проектированию непосредственно рабочего органа машины. Курсовой проект разрабатывается в соответствии с заданием на курсовое проектирование, выдаваемым руководителем.

Данные методические указания являются дополнением к “ Общим вопросам проектирования самоходных ЗТМ”, методическим материалом, необходимым при выполнении курсового проекта на тему “Автогрейдер”.

1. Состав проекта.

1. Задание на проектирование.

Задание на проектирование является основным документом при работе над проектом. Оно составляется руководителем проекта на специальном бланке и выдается студенту в начале проектирования. В задании указываются фамилия студента, тема проекта, исходные данные, а так же перечень вопросов, подлежащих дополнительной разработке к типовому содержанию проекта.

2. Содержание пояснительной записки.

В состав пояснительной записки  входит:

введение- описывается назначение машины, обосновывается цель работы;

описание и обоснование принятой конструкции- рассматривается принятая конструктивная схема, кратко обосновывается выбранная колесная формула (даже если она задана), наличие или отсутствие механизмов наклона передних колес, выдвижения отвала относительно поворотного круга, форма тяговой рамы и т.п.; более подробно освещается конструкция и работа “ узла инициативы”;

обслуживание и эксплуатация авторгейдера;

охрана труда – отражаются особенности, характерные для автогрейдера, и  принятые проектном решения для  улучшения охраны труда;

ожидаемые технико – экономические  показатели – приводятся в виде таблицы.

Расчеты:

Общий расчет:

определение основных параметров;

выбор шин;

определение сил, действующих на автогрейдер;

определение сил сопротивления  движению автогрейдера;

тяговый расчет;

расчет производительности.

Расчет рабочего оборудования:

расчет отвала;

расчет кирковщика;

расчет механизмов управления;

расчет “узла инициативы”.

Технико – экономический  расчет.

3. Графическая часть.

Лист первый (общий вид автогрейдера) – содержит эскизную компоновку машины в транспортном положении без разводки гидролиний. Приводятся разрезы, показывающие, как присоединены рабочие органы, а так же крайние положения рабочих органов. Допускается вид сверху показывать частично. На общем виде приводится техническая характеристика автогрйедера.

Лист второй- выполняется рабочее оборудование по основным частям, например, отвал, тяговая рама и поворотный круг. Чертежи тяговой рамы и поворотного круга вычерчиваются в сборе со всеми необходимыми разрезами. Комплектующими изделиями( подвесыми плитами, зубчатыми гребенками, зубъями кирковщика и т.д.), но без элементов гидросистемы. Должны быть показаны посадки, все габаритные и присоединительные размеры. Тонкими линиями показываются сопряженные узлы и детали.

Отвал показывают как сварное изделие  без комплектующих деталей с обозначением всех выполняемых сварных швов.

Лист третий – “узел инициативы”.

Лист четвертый  - наиболее характерные  детали “узла инициативы”, (2-4 детали) и гидравлическая схема.

2. Определение основных параметров автогрейдера.
1. Масса автогрейдера

Масса автогрейдера является  важнейшим  параметром, определяющим его тягово- сцепные свойства, а следовательно, и производительность. Сила тяжести  автогрейдера G(кН) определяется по следующей формуле:

где m-коэффициент, учитывающий неравномерность сечения стружки (m=1,25-1,35); S- площадь поперечного сечения кювета, м²; при внутреннем (1:3) и наружном(1:1,5) откосах кювета S=2,25 h² (h- глубина кювета, м –по заданию); K_к- коэффициент удельного сопротивления грунта копанию, K_к=200-240 кПа( большие значения для средних и тяжелых автогрейдеров); ξ₀- коэффициент сцепной силы тяжести автогрейдера( принимается по таблице 1); φ- коэффициент сцепления шин пневмоколесного движителя с поверхностью качения( принимается φ=0,70); n- число проходов по вырезанию грунта из кювета ( по заданию).

Определив силу тяжести автогрейдера, определяют его остальные основные параметры, но прежде необходимо принять  значения углов установки отвала.

2. Углы установки отвала.

Геометрические элементы и углы установки отвала находятся между  собой в определенной зависимости (рис.1):

где δ- угол резания;ω- центральный  угол профиля отвала;ψ- угол опрокидывания, значение его должно быть равно или  меньше угла естественного откоса грунта ( принимается 35-45˚).

Значение угла резания находится  в пределах 30-70˚ (обычно 30-45˚). Перестановки угла обычно возможны через 3-5˚. С уменьшением угла резания резко снижается усилие резания, с увеличением- улучшаются условия дробления и разрыхления стружки грунта, что необходимо при перемешивании грунтов. Так как δ=β+α, то принимая значения углов β и α, определяют наименьшую величину угла резания. Здесь β- угол заточки ножа. Определяется условиями прочности и износа, в связи с чем его значение равно 25-27˚; α- задний угол, минимальное значение его принимается в пределах 5-7˚.

Рис.1. Поперечный профиль отвала.

Величена угла захвата φ определяется технологическими требованиями. При  расчетах она принимается равной 30-40˚.

При работе автогрейдера происходит перемещение грунта вдоль отвала. При этом возникает сила трения, задерживающая это перемещение. Угол между теоретическими и фактическими направлениями перемещения частицы, грунта, учитывающий его задержку, называется углом трения ρ. Его величена составляет 22-30˚.

3. Определение размеров отвала.

Основными размерами отвала являются высота, радиус кривой и его длина.

Высота отвала Н₀ определяется из условия равенства объема валика грунта. Поступающего на отвал при перемещении, объему, который может разместиться перед отвалом в виде призмы волочения. Высота отвала ( м) определяется по формул

где G- сила тяжести автогрейдера, кН.

 Найдя значения высоты отвала Н₀, определяют радиус кривой его контура

Сохраняя значения углов φ, ρ,ψ  теми же. Что и при определении  Н₀. Определяем длину отвала

где G- сила тяжести автогрейдера, кН.

Полученные значения величин Н₀ и В₀ сравниваются с данными прототипа. При расхождении более чем на 15% в расчет принимаются данные прототипа.

4. Выбор шин.

Ходовое оборудование автогрейдера должно обеспечивать создание устойчивого  тягового усилия, иметь небольшое сопротивление перекатыванию и хорошо приспосабливаться к неровностям местности. Для автогрейдеров применяют шины низкого давления или шины с регулируемым давлением. Шины выбираются по нагрузкам, приходящимся на колеса(тадл.1,2,3). Нагрузка, приходящаяся на одно колесо переднего моста, определяется по формуле

Оставшийся вес приходится на колеса заднего моста. Нагрузка на заднее колесо для схем 1*1*2 и 1*2*2

для схем 1*2*3 и 1*3*3

 

Таблица 1  

Значение ξ0  при колесной схеме
1*3*3	1*2*3	1*2*2	1*1*2
0,67	0,75	0,55	0,75

 

Таблица 2  

Сила тяжести автогрейдера, кН	Маркировка шин
80-100	14,00-20 до 16,00-20
100-140	16,00-20 до 16,00-24
140-180	16,00-24 до 18,00-24

Таблица 3  

Параметры шин	Маркировка шин
	14,00-20	16,00-20	16,00-24	18,00-24	18,00-24
Норма слойности	10	8	12	10	16
Наружный диаметр, мм	1250	1390	1460	1600	1594
Статистический радиус под нагрузкой, мм	577	635	635	690	730
Грузоподъемность шины, кН	23,00	19,00	30,00	35,00	55.00
Давление нормальное, кПа	310	196	196	147	274
Масса, кг	95,4	117	145	180	215

5. Определение ширины колеи автогрейдера.

Как и все остальные параметры  автогрйедера ширину колеи( рис.2) выбирают такой, чтобы машина имела наименьшие размеры. Малая ширина колеи ухудшает устойчивость автогрейдера. Поэтому ширина колеи определяется при вырезании стружки с наибольшей шириной захвата и при условии, что колеса автогрейдера идут по краям кювета. В курсовом проекте ширина колеи В(м) определяется по формуле

где φ_опт- оптимальный угол захвата при вырезании кювета, φ_опт=35˚; В_ш- ширина профиля шины, м

Полученное значение ширины колеи сравнивают с данными прототипа. При расхождении более 15% в расчет принимаются данные прототипа.

Рис. 2. Схема к определению базы автогрейдера

6. Определение размера базы автогрейдера.

Минимальный размер базы L определяется возможностью полного поворота отвала между колесами автогрейдера. При этом учитывают следующее: чем ближе размещен отвал к задней оси машины, тем лучше планирующая способность автогрейдера( рис. 3)

Рис. 3. Схема конструктивных параметров автогрейдера

Для двухосного автогрейдера размер базы (м) с учетом необходимого зазора

где Д_ш- наружный диаметр шины, м; Δ- зазор между отвалом и шиной (Δ=0,050 м).

 Для трехосного автогрейдера база составляет

Полученное значение базы автогрейдера L сопоставляется с данными прототипа. При расхождении более 15% в расчет принимаются данные прототипа.

3. Определение сил, действующих на автогрейдер

Определение сил, действующих  на автогрейдер со всеми ведущими колесами.

На автогрейдер при прямолинейном равномерном движении по горизонтальной грунтовой поверхности действуют следующие силы( рис.4); активные –сила тяжести автогрейдера G; силы тяги Т’₁, Т’₂, Т₃, колес; реактивные- нормальные реакции R₁, R₂, R₃ колес; составляющие реакции грунта Р₁, Р₂ на ноже отвала.

Рис. 4. Схема сил действующих  на автогрейдер с коесной формулой 1*3*3

При определении этих усилий делают следующие допущения:

2.Величины а₁, а₂, а=равны 0.

 Нормальные реакции грунта и  номинальная сила тяги определяются по следующим формулам ( колесная формула 1*3*3):

Номинальная сила тяги, расходуемая  на копание:

е=0-0,37 м при G=70-180 кН.

Определение R_{1 мах} и R_{2 мах}, необходимых при использовании в расчетах на прочность, производится для случая выглубления отвала при реализации максимальных тяговых качеств. При этом сила Р₂ будет направлена вниз, а ρ=0,10-0,15.

где h_р- глубина резания грунта отвалом автогрейдера, м(h_р=0,15 Н);

 3.2 Определение сил, действующих на автогрейдер с задними ведущими колесами

Схема сил, действующих на автогрейдер, приведена на рис.5.

 Нормальные реакции грунта и  номинальная сила тяги, возникающие  при копании грунта, определяются как

Рис.5.Схема сил, действующих на автогрейдер с колесной формулой 1*2*3