1 Обзор и анализ ПЕЧАТЬ (Модернизация отвала грейдера с применением быстросъемных рабочих элементов специальной конструкции)

1. ОБЗОР КОНСТРУКЦИИ СОВРЕМЕННЫХ АВТОГРЕЙДЕРОВ

1. Общие сведения устройств и конструкции автогрейдеров

Автогрейдеры представляют собой самоходные планировочно-профилировочные машины, основным рабочим органом которых является полноповоротный грейдерный отвал с ножами, установленными под углом к продольной оси автогрейдера. Отвал размещён между передним и задним мостами пневмоколёсного ходового оборудования. При движении автогрейдера ножи срезают грунт, и отвал сдвигает его в сторону.

Автогрейдеры можно классифицировать по следующим основным при­знакам:

1. По весу машины: легкие весом до 9 т, средние весом 10—12 т, тяжелые весом 13—15 т и особотяжёлые весом 17—23 т;

2. По устройству ходового оборудования: двухосные — с одной или двумя ведущими осями и трехосные — с двумя или тремя ведущими осями;

3. По системе управления рабочими органами: с механическим (редукторным) или гидравлическим управлением.

Автогрейдер (рисунок 1.1.1) имеет оригинальную длиннобазовую конструктивную схему, отвечающую как нельзя лучше своему прямому назначению: быть способным качественно планировать и профилировать поверхность грунта за счет расположения рабочего органа (отвала) между разнесенными на значительное расстояние ходовыми колесами. Эта трехосная на пневматических шинах машина, снабженная собственной силовой установкой (дизельным двигателем) для привода ходовой части, управляется одним машинистом.

Рисунок 1.1.1 - Автогрейдер

Состоит автогрейдер из следующих основных частей: длинной и выгнутой горбом в средней части основной рамы, служащей для установки на ней всех механизмов автогрейдера и опирающейся сзади на заднюю тележку, снабженную балансирами с ведущими пневмоколёсами, а спереди — на переднюю ось с управляемыми колесами; двигателя, закрепленного сверху рамы над задней тележкой; трансмиссии, передающей вращение от двигателя к ведущим колесам и гидронасосам и пр.; отвала, расположенного в пространстве под выгнутой узкой в плане частью рамы, называемой хребтовой балкой, на специальной тяговой раме, закрепленной с помощью сферического шарнира на концевой части хребтовой балки над передней осью, и двух гидроцилиндров гидросистемы управления отвалом, установленных также на сферических шарнирах на кронштейнах с двух сторон хребтовой балки в ее самой приподнятой части; кабины с органами и пультом управления и сиденьем машиниста, дополнительного оборудования (отвала бульдозера, кирковщика и др.) с гидроцилиндрами для их привода; капота с откидными стенками, закрывающего двигатель, и электросистемы сигнализации и освещения.

Говоря об особенностях отдельных частей автогрейдера, нужно отметить, что основная продольная рама, имеющая изгиб в вертикальной плоскости, изготавливается сварной. Она должна быть прочной, жесткой и способной воспринимать без повреждений все статические и динамические нагрузки, действующие в горизонтальной и вертикальной плоскостях рабочего оборудования автогрейдера и его колес.

Над задней тележкой удачно скомпонованы двигатель с системами его запуска и радиатором охлаждения, закрытыми капотом, элементы трансмиссии (муфта, коробка передач, редукторы и пр.) и кабина со всем оборудованием. При такой компоновке создается полезная нагрузка на ведущие колеса и, кроме того, из кабины машиниста открывается достаточно хороший обзор вперед по ходу машины и на всю зону расположения отвала, что позволяет машинисту автогрейдера непосредственно наблюдать за самим процессом обработки грунта на дороге при любых положениях отвала в пространстве. Причем сиденье машиниста располагается в кабине почти над осью балансиров задней тележки и, таким образом, при любых покачиваниях балансиров при прохождении задними колесами неровностей на дороге положение тела машиниста особенно не меняется, что обеспечивает нормальные условия его работы. Расположение ведущих колес задней тележки непосредственно под двигателем и под кабиной машиниста с расположенными внутри органами управления позволяет также Удачно скомпоновать трансмиссию, сделать несложной систему управления ею.

Основной рабочий орган автогрейдера расположен примерно посередине расстояния между передними колесами и первой парой колес задней тележки. Поэтому при наезде на препятствие передними колесами режущая кромка отвала приподнимается на высоту примерно в 2 раза меньшую высоты препятствия (рисунок 1.1.2, а), а при попадании передних колес в углубление отвал опускается на высоту, меньшую глубины углубления (рисунок 1.1.2, б). Причем наезд на препятствие задних колес, имеющих балансирную подвеску, не приводит к отрыву этих колес от дорожного полотна (рисунок 1.1.2, в). Если же выступы и углубления на грунтовой поверхности оказываются между передними и задними колесами, то выступы срезают отвалом вровень с поверхностью грунта (рисунок 1.1.2,г), а углубления вровень с поверхностью грунта засыпают срезанным ранее грунтом. В этом заложены высокие планирующие свойства такой длиннобазной машины, как автогрейдер.

Передние колеса у всех автогрейдеров управляемые, а у тяжелых — еще и ведущие. Следовательно, проходимость и тяговые возможности тяжелых автогрейдеров (с колесной схемой 1X3X3) выше по сравнению с автогрейдерами среднего и легкого типа (с колесной схемой 1X2X3).

Рисунок 1.1.2 - Особенности использования длиннобазной схемы автогрейдера

Автогрейдеры со всеми ведущими колесами значительно дороже и слож­нее в эксплуатации, поэтому их применяют лишь в тех случаях, когда от машины требуются высокие тяговые качества в трудных грунтовых условиях. 

Большое значение для автогрейдера имеет его поперечная устойчивость при работе на откосах, склонах. С целью повышения поперечной устойчивости на наклонных поверхностях на автогрейдерах предусмотрен наклон передних колес (рисунок 1.1.3), осуществляемый с помощью специального механизма.

Рисунок 1.1.3 - Повышение поперечной устойчивости автогрейдера на уклоне

Благодаря своему наклону передние колеса всегда занимают вертикальное положение на уклонах, и поэтому машина более устойчива против поперечного опрокидывания. Нормальная работа автогрейдера осуществляется при его движении вперед. Однако при челночной работе автогрейдера на земляном полотне иногда целесообразно и полезно использовать возвратные движения машины задним ходом. Поэтому конструкцией предусмотрен поворот отвала на 180° и более. Кроме того, на обратной стороне отвала иногда устанавливается дополнительное откидное оборудование (например, рыхлительное), работающее при нормальном расположении отвала, но при движении автогрейдера задним ходом.

В основном на автогрейдерах стоят механические трансмиссии, состоящие из комплекса зубчатых и карданных передач с муфтами сцепления. Они достаточно просты, надежны и проверены в работе. Так как частота вращения коленчатого вала двигателя значительно выше частоты вращения ведущих колес автогрейдера, то все применяемые механические передачи являются понижающими, т. е. позволяют снижать обороты валов по мере удаления от двигателя. А так как сопротивление на колесах при работе и транспортных перемещениях автогрейдера меняется в широком диапазоне (в 10…12 раз), то в механической трансмиссии автогрейдера предусматривается коробка передач для создания на колесах различного по величине крутящего момента.

Управление такой коробкой передач требует умения и определенных навыков от машиниста; неправильный выбор передачи вызывает перегрузку двигателя и элементов трансмиссии, снижает эксплуатационные возможности автогрейдеров.

Рисунок 1.1.4 - Схема сил на ведущих колесах автогрейдера

С целью устранения этого в последнее время на автогрейдерах начинают применять так называемую гидромеханическую трансмиссию, в которой вместо муфты сцепления (между двигателем и трансмиссией) установлен гидротрансформатор, позволяющий автоматически в широких пределах менять крутящий момент на колесах и их скорость в зависимости от возникающего на колесах сопротивления. Естественно, что это позволяет упростить коробку передач, т. е. механическую часть трансмиссии, улучшает условия труда машиниста, тяговые свойства автогрейдера и его проходимость, снижает динамические нагрузки в трансмиссии. Эти преимущества, являющиеся следствием применения гидротрансформатора, проистекают из самой его конструктивной сути. При применении гидротрансформатора отсутствует жесткая кинематическая связь между двигателем и трансмиссией, так как сам гидротрансформатор (рисунок 1.1.5) содержит три не связанных между собой элемента (насосное колесо, реактор и турбинное колесо), расположенные в закрытом корпусе с жидким маслом. Причем насосное колесо связано с двигателем, а турбинное — с трансмиссией. При вращении от двигателя насосного колеса приводится в движение масло, оно направляется реактором в сторону турбинного колеса и приводит его во вращение, а вместе с ним и трансмиссию.

Рисунок 1.1.5 - Схема гидротрансформатора: 1 — турбинное колесо; 2 — реактор; 3 — насосное колесо

Если сопротивление на колесах автогрейдера растет, частота вращения турбинного колеса падает, но растет крутящий момент на нем. Но при этом двигатель и насосное колесо продолжают вращаться почти в прежнем режиме, так как в потоке масла происходит как бы проскальзывание турбинного колеса относительно насосного. Это позволяет, не перегружая двигатель, создавать на колесах автогрейдера максимальные крутящие моменты (под нагрузкой турбинное колесо может даже остановиться, не стопоря двигатель). Таким образом гидротрансформатор дает возможность в соответствии с так называемым коэффициентом трансформации (отношением крутящего момента на застопоренном турбинном колесе к крутящему моменту на насосном колесе) бесступенчато изменять тяговые способности автогрейдера до 3,5 раза на каждой передаче. Конечно, это повышает производительность автогрейдера, особенно при тяжелых режимах работы. Вместе с тем применение гидротрансформатора пока удорожает конструкцию автогрейдера и усложняет его обслуживание.

1.2 Назначение автогрейдеров

Автогрейдеры применяют для планировки и профилирования дорог, сооружения высоких насыпей и профильных выемок, отрывки дорожного корыта и распределения в нём каменного материала, зачистки дна каналов, планировки территорий, засыпки траншей, рвов, канав и ям, а также очистки дорог, строительных площадок, городских магистралей и площадей от снега в зимнее время. Автогрейдеры используются на грунтах I …III категорий. При работе автогрейдер совершает ряд последовательных проходов: резание грунта, его перемещение, разравнивание и планировка поверхности сооружения.

Мощные автогрейдеры могут быть использованы и для возведения земляного полотна в нулевых отметках, а лёгкие автогрейдеры, используют для содержания мелкого ремонта дорог и для постройки грунтовых дорог в нулевых отметках.

Автогрейдеры могут быть использованы для киркования грунта и изношенного полотна автомобильных дорог, а также для перемешивания грунтов с добавками и вяжущими материалами на полотне дороги. Все рабочие операции автогрейдеры осуществляют при продольных проходах машин с помощью основного рабочего оборудования – отвала с различными приспособлениями (уширителем, удлинителем, откосником, кюветоочистителем) и навесного оборудования (бульдозерного отвала, кирковщика, снегоочистителя и пр.)

При строительстве дорог с твердым покрытием грейдеры и автогрейдеры могут выполнять ряд других земляных работ, а именно: возведение насыпей высотой 0,8—2 м из боковых резервов; устройство на косогорах дорожного полотна, а также террас для лесонасаждений;1 нарезку нагорных и других канав глубиной до 0,8 м.

Грунтовые дороги строятся обычно в насыпях высотой 0,5— 0,6 м и более, сооружаемых цз грунта, вынимаемого из боковых кюветов глубиной 0,6—0,7 м. Такие дороги нуждаются в периодическом ремонте, который заключается в заравнивании колей и ухабов, образуемых колесами автотранспорта в дождливое время года и при затяжных дождях в летнее время; эта работа называется профилированием дорожного полотна. Кроме того, такие дороги в зимнее время необходимо очищать от снега.

1. Рабочие органы автогрейдера и его рабочий процесс

Основным рабочим органом грейдеров и автогрейдеров является отвал с режущими ножами, укрепленными на его нижней кромке. Отвал 1 может быть повернут (рисунок 1.3.1, а) в плане под углом, а к направлению 2 движения. В этом случае он будет захватывать грунт на различной ширине полосы 3 и смещать его в сторону с полосы захвата. Если угол — 90°, то грунт будет срезаться стружкой толщиной h и перемещаться перед отвалом (рисунок 1.3.1, б). Угол резания у может изменяться в зависимости от грунта.