125012 (Автогрейдер ДЗ-122 с дополнительным оборудованием для профилировки откосов), страница 4

При этом должно выполняться условие:

При этом должно выполняться условие

Рис.13 Поперечное сечение тяговой рамы.

Расчёт отвала

Расчёт отвала следует проводить с учётом нагружения его максимальной реакцией грунта Р_х, приложенной к концу отвала, находящегося в положении наибольшего выноса в сторону относительно кронштейнов (рис.14). При этом считают, что сила Р_х действует по оси симметрии отвала, изгибая его в горизонтальной плоскости, и пренебрегают возникающими в нём напряжениями от кручения. Таким образом, расчёт отвала сводится к расчёту его на изгиб как консоли.

Изгибающий момент в опасном сечении I-I

где l₀ – длина консольного конца отвала при его максимальном боковом смещении относительно кронштейнов

здесь L_отв = 3,72м – длина отвала

l = 0,81м – максимальный вынос отвала в сторону

l₁ -= 1,5м – расстояние между опорами отвала

Рис.14 Схема сил для расчёта отвала

Силу Р_х принимают равной 92,6кН, так как она максимальна при первом расчётном положении.

Под действием силы Р_х в волокнах части сечения, расположенной справа от нейтральной линии ОО, возникнут напряжения растяжения, а в части, расположенной слева от сечения, - напряжения сжатия.

Для расчётов моментов сопротивления зоны растяжения сечения W_р и зоны сжатия W_сж необходимо определить расположение нейтральной линии ОО сечения. Это расположение определяется расстояниями а и b от нейтральной линии до крайних точек сечения:

где R₀ = 0,58мм – средний радиус кривизны сечения отвала

ά₁ = ω/2 = 65°/2 = 32,5° = 0,567 – центральный угол дуги отвала

Момент инерции в сечении I-I

Ј =

где δ = 10мм – толщина отвала

Тогда моменты сопротивления зон растяжения и сжатия сечения определяют по выражениям:

Нормальные напряжения:

в растянутых волокнах

в сжатых

Полученные напряжении необходимо сравнить с допускаемыми и убедиться, что они не превышают последних.

Допускаемое напряжение [σ] = 541,7МПа, тогда ;

Отвал из выбранного материала и выбранной толщины отвала удовлетворяет условиям прочности расчёта.

Коэффициент запаса прочности

где - наибольшее из напряжений растяжения и сжатия

Коэффициент запаса прочности большой, значит, можно уменьшить толщину стенки или выбрать другой менее прочный материал, что приведёт к уменьшению металлоёмкости и капиталовложений в производимый отвал.

Так как характеристики дополнительного отвала такие же, как у основного, то дополнительный отвал принимаю такой же.

Расчёт механизмов управления рабочим оборудованием автогрейдера

Наиболее нагруженным механизмом управления автогрейдера является механизм подъёма и опускания отвала, поэтому передаваемая системой управления мощность определяется в основном параметрами операции отвала.

Механизм подъёма отвала

Механизм подъёма отвала рассчитывают, исходя из следующих предпосылок.

Рабочий ход механизма подъёма должен обеспечивать заданную глубину копания, возможность полного выглубления отвала и удовлетворять условиям проходимости автогрейдера в транспортном положении. Усилие подъёма определяется в соответствии с расчётной схемой (рис.15).

Рис.15 Схема для определения усилия подъёма отвала

Для определения величины подъёмного усилия S_п принимаю следующее расчётное положение: отвал заглублён одним концом, производится подъём этого конца вала; на отвал действует максимальная горизонтальная составляющая реакции грунта Р₁. При этом принимаю следующие допущения: вертикальная составляющая реакции грунта препятствует подъёму отвала; вес отвала с ножом, вес поворотного круга и всей тяговой рамы сосредоточены в центре тяжести системы; нагрузка воспринимается одним механизмом подъёма.

При расчёте подъёмного механизма не учитывают инерционные силы, так как скорость подъёма отвала принимают равной 15м/с, тогда подъёмное усилие без учёта инерционных сил можно рассчитывать по формуле:

где Р₂ = 0,5 Р₁ = 0,5 * 35,5 = 17,8кН – сила, прижимающая отвал к грунту

G_р = 34 кН – сила тяжести поднимаемого оборудования

Р₁ – сила сопротивления грунта

здесь ψ = 0,75 – коэффициент, учитывающий колёсную формулу

φ_сц = 0,45 – коэффициент сцепления

G = 105,3кН – вес автогрейдера

Так как подъём опускание отвала производят два гидроцилиндра, то приходящееся на каждый гидроцилиндр максимальное усилие:

Внутренний диаметр гидроцилиндра

По ГОСТ 12477-80 выбираю стандартный внутренний диаметр гидроцилиндра,

Диаметр штока

Мощность механизма подъёма отвала

Механизм поворота отвала

Мощность привода механизма поворота вследствие её небольшой величины требуется определять только в случаях, когда поворот отвала производится от индивидуальных гидромоторов (рис.16).

Рис.16 Схема для определения усилия поворота отвала

Механизм поворота отвала рассчитывают для положения, когда отвал вынесен в сторону и к его концу приложена максимально возможная сила:

Р_к = КF_ст = 15 ^. 0,6 = 9кН

где К = 15кПа – удельное сопротивление грунта резанию

F_ст = 0,6м² – площадь поперечного сечения вырезаемой стружки

Тогда с учётом коэффициента динамичности k_д момент на поворотном круге находится по формуле:

M = k_дР_кl₁ = 1,2 ^. 9 ^. 1,5 = 16,2кНм

По моменту сопротивления повороту рассчитывается мощнсть привода механизма поворота отвала:

где - угловая скорость поворота

Механизм изменения угла резания отвала

Механизм изменения угла резания отвала рассчитывают по усилию, равному силе тяжести отвала.

Внутренний диаметр гидроцилиндра

где G_отв = 8кН – сила тяжести, создаваемая отвалом

По ГОСТ 12477-80 выбираю стандартный внутренний диаметр гидроцилиндра,

Диаметр штока , принимаю

Мощность механизма изменения угла резания отвала:

где V_и = 0,02м/с – скорость изменения угла резания отвала

Механизм выдвижения отвала

Механизм выдвижения отвала рассчитывают по усилию, равному силе тяжести отвала. Скорость выдвижения отвала для гидравлического привода считаю равной 0,1м/с. Мощность механизма выдвижения отвала

Внутренний диаметр гидроцилиндра

По ГОСТ 12477-80 выбираю стандартный внутренний диаметр гидроцилиндра,

Диаметр штока , принимаю

Механизм выноса тяговой рамы в сторону

Механизм выноса тяговой рамы в сторону рассчитываю при выглубленном отвале:

Р_вын = (G_отв + G_рамы)/2 = 34/2 = 17кН

Мощность механизма выноса тяговой рамы

где V_в = 0,08м/с – скорость выноса тяговой рамы

Внутренний диаметр гидроцилиндра

По ГОСТ 12477-80 выбираю стандартный внутренний диаметр гидроцилиндра,

Диаметр штока , принимаю

Основным этапом расчёта гидропривода является выбор насоса. Мощность гидропривода определяется мощностью установленного насоса, а мощность насоса складывается из мощностей, работающих от этого насоса гидроцилиндров:

N_н = К_сК_уN_г = 1,1 ^. 1,1 ^. 4,91 = 5,94 = 6 кВт

где К_с = 1,1 – коэффициент запаса по скорости

К_у = 1,1 – коэффициент запаса по усилию

N_г – наибольшая суммарная мощность гидродвигателей, работающих в одном рабочем цикле

N_г = N_м.в.+ N_в.о.+ N_п+ N_г = 1,8 + 1,1 + 0,21 + 1,8 = 4,91 кВт

Зная необходимую полезную мощность насоса, можно найти подачу насоса:

Q_H = N_н/Р_н = 6/10,5 = 0,57 дм³/с

где Р_н = 1,05*10 = 10,5МПа – номинальное давление насоса

По давлению Р_н и подаче Q_H выбирают насос по справочнику. Выбираю насос 207.20 и распределитель Р20.

Объём бака

V_б = (1,2…1,5) Q_б = 1,35 ^. 0,57 = 0,77дм³ = 35л

Расчёт автогрейдера на устойчивость

Расчёт продольной устойчивости

В процессе работы потеря устойчивости и опрокидывание автогрейдера могут произойти при его движении по наклонной поверхности и при повороте. Автогрейдер – длиннобазовая машина, поэтому его продольная устойчивость (рис.17) против опрокидывания обеспечена на уклонах, являющихся предельными по условию сцепления движителя с дорогой.

Предельный угол подъёма, преодолеваемый автогрейдером по условию сцепления движителя с дорогой, рассчитывают:

tgά_п = φ – f = 0,6 – 0,05 = 0,55

Рис. 17 Схема для определения устойчивости автогрейдера

Тогда предельный угол подъёма ά_п = arctg0.55 = 28,8°

Наибольший угол подъёма, преодолеваемый по условию реализации 100% мощности двигателя, устанавливается по соотношению:

sinά_п = Nή/GV(1+f²) = 99 ^. 0,76 / 108,8 ^. 1,1 (1+0,05²) = 0,63

Тогда наибольший угол подъёма ά_п = arcsin 0.63 = 39° предельный уклон по условию сцепления тормозящих колёс с дорогой находят из равенства:

Тогда предельный уклон ά_п = arctg0.33 = 18,3°

Расчёт поперечной устойчивости

По условию опрокидывания допускаемый угол поперечного уклона

tgά_п = 0,5b/1,2h_ц = 0,5 ^. 2,0/1,2 ^. 1,06 = 0,79

где b = 2,0м – ширина колеи автогрейдера

h_ц = 1,06м – расстояние от опорной поверхности до центра тяжести автогрейдера

Тогда допускаемый угол поперечного уклонаά_п = arctg0.79 = 38,3°

Максимальную скорость движения на поворотах по условию опрокидывания находят из формулы:

где К_уст = 1,2 – коэффициент устойчивости

р – радиус поворота

е =0 - эксцентриситет центра тяжести относительно продольной оси машины

По условию сцепления движителя с дорогой допускаемый угол поперечного уклона

tgά = 0,8φ /1,2 = 0,8 ^. 0,6 /1,2 = 0,4

Тогда допускаемый угол поперечного уклона ά_п = arctg0.4 = 21,8°

Максимальная скорость движения на поворотах по условию сцепления движителя с дорогой