1 Обзор и анализ ПЕЧАТЬ (Модернизация отвала грейдера с применением быстросъемных рабочих элементов специальной конструкции), страница 2

Главное достоинство грейдерного отвала – способность занимать в пространстве практически любое положение. Он может вращаться в горизонтальной плоскости на 360° в любом направлении, становиться вертикально справа или слева от автогрейдера, выдвигаться вправо или влево более чем на треть своей длины, поворачиваться вокруг собственной режущей кромки.

Главная особенность системы крепления заключена в том, что собственно отвал является частью узла, основу которого составляет тяговая рама автогрейдера, представляющая собой А или Т-образную в плане металлоконструкцию, сваренную из балок коробчатого сечения и шарнирно прикрепленную к передней части основной рамы (хребтовой балки) машины в одной точке над осью передних колес. Для крепления тяговой рамы используется универсальный шарнир, позволяющий ей поворачиваться во все стороны и вращаться вокруг собственной продольной оси. Прочность шарнира вполне соответствует усилиям, возникающим на отвале.

Широкая сторона тяговой рамы поддерживается двумя гидроцилиндрами подъема/опускания отвала (левым и правым). Вместе эти устройства образуют своеобразный рычажный механизм, жесткость которому в поперечном направлении придает еще один гидроцилиндр, служащий для выноса тяговой рамы в сторону и образующий диагональ «четырехугольника». Такая система обеспечивает раме большие возможности перемещения, диапазон которых резко увеличивается, если гидроцилиндры подъема/опускания отвала и гидроцилиндр выноса тяговой рамы крепятся к скобе, вращающейся вокруг хребтовой балки машины.

К тяговой раме крепятся скользящие опоры (пять и более), поддерживающие большое зубчатое колесо с внешним или внутренним зацеплением – поворотный круг, к которому прикреплен отвал, вращающийся относительно тяговой рамы благодаря гидромотору или гидроцилиндрам. Особенности крепления отвала к поворотному кругу позволяют поворачивать его относительно режущей кромки и сдвигать относительно круга влево или вправо.

Большая подвижность главного рабочего органа – не единственная особенность автогрейдеров. Другим замечательным и легко бросающимся в глаза отличием этих машин является способность не только поворачивать передние управляемые колеса, но и наклонять их вправо или влево от вертикали на угол до 20°. И поворот, и наклон передних колес осуществляется гидроцилиндрами (один или два на операцию в зависимости от размера машины). На ведущие передние колеса крутящий момент с переднего моста передается с помощью шарниров равных угловых скоростей (в случае механической и гидромеханической трансмиссий). Передняя ось (или мост), а с ней и передние колеса могут качаться относительно рамы автогрейдера на величину до 35°, что выравнивает их сцепление с опорной поверхностью.

Рисунок 1.3.1 - Схема рабочих положений отвала:

а — повороты отвала в плане; б — резание горизонтальной стружки; в — наклонное положение отвала; г — вырезание треугольной стружки; д — перемешивание каменных материалов с вяжущими; а—угол поворота в плане; Т - угол резания отвала; 2— направление движения; 3 — различная ширина полосы захвата отвала; 4 — призма волочения; 5 — ножи.

Отвал (рисунок 1.3.1, в) может быть наклонен под углом 3 к горизонту; если при этом погрузить его в грунт, то будет вырезаться треугольная стружка грунта (рисунок 1.3.1, г), которая будет перемещаться в сторону от места среза.

Каменные материалы с вяжущими перемешивают отвалом, установленным ножами на поверхность полотна дороги. Кривизна отвала вызывает вращение призмы перемещаемого материала, благодаря чему обеспечивается его перемешивание.

Отвал изготавливают из толстого стального листа, изогнутого по радиусу. С задней стороны этот лист усилен уголками или листами, придающими отвалу коробчатое поперечное сечение. Режущая наружная часть лобового листа несколько отогнута по всей его длине и в это место помещен и закреплен с помощью болтов с утопленными головками съемный нижний режущий нож, выполненный из специальной износостойкой стали с наплавкой из твердого сплава на режущей кромке. По бокам отвала закреплены на болтах также съемные боковые режущие ножи. Так как отвал во время работы автогрейдера должен быть ориентирован в пространстве определенным образом, в конструкции тяговой рамы предусмотрена возможность его бокового перемещения относительно рамы и изменения угла резания отвала.

Рисунок 1.3.2 - Отвал с управляемым наклоном

Поперечное перемещение отвала осуществляется с помощью гидроцилиндра, корпус которого шарнирно закреплен на шаровом пальце в зоне кронштейнов тяговой рамы, а шток — на шаровом пальце, установленном на тыльной стороне отвала.

Для этого, например, на автогрейдере ДЭ-31-1 с целью получения возможности бокового смещения к уголкам тыльной стороны отвала приварены продольные направляющие трубы, помещаемые при монтаже отвала на тяговую раму в цилиндрические посадочные места наклоняемых кронштейнов (на автогрейдере ДЗ-98 для этой же цели используется приваренный вертикально с тыльной стороны отвала лист, установленный в пазах наклоняемых кронштейнов). С целью изменения угла резания отвала, сами наклоняемые кронштейны закреплены подвижно внизу на осях, на дугообразных кронштейнах тяговой рамы, а вверху этих кронштейнов — с помощью шпилек с гайками и накладок в дуговом пазе зубчатых гребенок. Они позволяют закрепить наклоняемые кронштейны при любом их положении относительно дугообразных кронштейнов, а так как наклоняемые кронштейны образуют одно целое с отвалом, то этим самым достигается установка заданного угла резания. Перестановка подвижных кронштейнов на один зуб гребенки дает изменение угла резания на 3°. А всего такая конструкция позволяет менять угол от 30° до 70°.

Для производства различных работ можно совмещать отдельные установки отвала, например боковой наклон и поворот в плане, боковой вынос и поворот в плане и т. д.

Кроме основного рабочего органа — отвала и имеющегося на многих автогрейдерах кирковщика, эта машина может работать также с различными видами сменного навесного рабочего оборудования: грейдер-элеваторного, снегоочистительного и другого, будучи дешевле специализированных машин. В силу этих причин выпуск прицепных грейдеров продолжается главным образом с целью сезонного использования тракторов, но этот тип машин не является перспективным и не развивается.

Важным фактором в повышении производительности автогрейдера является правильная установка отвала в рабочем положении, которую определяют три угла (рисунок 1.3.3):

1. угол захвата α, это угол между режущей кромкой ножа отвала и направлением движения автогрейдера;

2. угол наклона β, это угол между режущей кромкой ножа отвала и горизонтальной прямой в поперечной плоскости;

3. угол резания γ. это угол между касательной к поверхности ножа отвала, проведенной через режущую кромку, и плоскостью срезания грунта.

Рисунок 1.3.3 - Углы установки отвала

Рациональный выбор углов установки отвала зависит от многих факторов, например: от характера выполняемой работы, грунта (влажный, разрыхленный и т.п.).

При уменьшении угла α (наибольшее значение которого составляет 90°, когда отвал перпендикулярен к продольной оси автогрейдера) скорость перемещения грунта вдоль отвала увеличивается, тем самым увеличивается количество перемещенного грунта в единицу времени. Следовательно, необходимо стремиться к уменьшению угла захвата. Однако при уменьшении угла α появляется боковой занос автогрейдера, что затрудняет управление. Кроме того, с уменьшением угла α уменьшается дальность перемещения (сдвига с отвала в сторону) срезанного грунта. И все же на производительность автогрейдера в большей мере влияет скорость перемещения срезанного грунта, чем дальность перемещения, которая может быть более эффективной после установки дополнительных удлинителей отвала. При малом угле α из-за высокой скорости перемещения валика вдоль отвала необходимо стремиться к вырезанию стружки как можно большей глубины.

Угол β влияет на шаг спирали, а значит, и на скорость перемещения грунта вдоль отвала. Скорость перемещения грунта вдоль отвала при больших углах становится, очень мала, и, следовательно, производительность автогрейдера резко снижается.

Угол γ в значительной степени влияет на сопротивление резанию, а следовательно, и на тяговое усилие. На твердых грунтах угол γ необходимо уменьшить. При перемещении грунта вдоль направления движения автогрейдера с одновременным уплотнением грунта под ножом угол γ следует устанавливать наибольшим (до 60...70°).

Количество грунта, перемещенного за единицу времени, зависит от скорости перемещения призмы и от площади ее поперечного сечения, которая достигает максимального значения, когда отвал заполняется грунтом несколько выше верхней кромки, при этом грунт должен слегка пересыпаться через край.

Тяговые рамы с отвалом. Примерно одинаковы у всех автогрейдеров в связи с тем, что у них одно и то же назначение: с помощью тяговой рамы передается отвалу тяговое усилие, необходимое для резания грунта

Поэтому тяговая рама содержит мощную продольную балку или как на (рисунок 1.3.4), у автогрейдера ДЗ-98 два сходящихся лонжерона, оканчивающихся в месте их схода шаровым шарниром для шарнирного крепления тяговой рамы к переднему мосту автогрейдера. Сзади тяговая рама имеет поперечную связь, которая придаёт ей жёсткость и позволяет закрепить снизу поворотный круг, изготовленный в виде открытого зубчатого венца большого диаметра с внутренними зубьями, а сверху установить шаровые пальцы для крепления головок штоков гидроцилиндров подъема-опускания и бокового выноса тяговой рамы, закрепленных на хребтовой балке основной рамы машины.

Таким образом, тяговая рама подвешена под выгнутой хребтовой балкой шарнирно в четырех точках (передним шаровым шарниром и по бокам сзади ее на трех гидроцилиндрах), что позволяет ей перемещаться в пространстве относительно переднего шарового шарнира. Поворотный круг, как правило, крепится к тяговой раме в четырех разнесенных местах с помощью специальных накладок, закрепленных болтами на листах, составляющих нижнюю плоскость тяговой рамы.

Рисунок 1.3.4 - Тяговая рама с отвалом: 1 — отвал; 2 — поворотный круг; 3 — тяговая рама; 4 — поворотный кронштейн; 5—боковой режущий нож; 6—нижний режущий нож; 7 — регулировочные прокладки; 8 — накладка

С целью свободного вращения поворотного круга предусматривается (рисунок 1.3.4, разрез А—А) вертикальный зазор между ним и плоскостью тяговой рамы размером 2…3 мм и боковой зазор между ним и накладками величиной до 1,5 мм. Для выдерживания этих зазоров часть накладок делают регулируемыми (с помощью прокладок под накладками достигается требуемый вертикальный зазор, а с помощью регулировочного болта — боковой). Сам поворотный круг, помимо плоского зубчатого венца, имеет кольцевую обечайку, придающую ему жесткость. К ней с боков параллельно продольной оси тяговой рамы приваривают два опущенных вниз плоских дугообразных кронштейна, предназначенных для шарнирного крепления непосредственно отвала. Как правило, опущенные вниз относительно поворотного круга концы этих кронштейнов жестко связываются с помощью труб между собой и с нижней плоскостью поворотного круга. Таким образом, создается жесткая пространственная конструкция, способная без повреждений воспринимать значительные нагрузки от отвала.

Рисунок 1.3.5 - Бульдозерное оборудование автогрейдера: 1- рама; 2- тяга; 3- гидроцилиндр; 4- кронштейн; 5- бульдозерный отвал

Бульдозерное оборудование автогрейдера предназначено для разработки и перемещения грунта, устройства выемок, засыпки ям, траншей, расчистки снега и других вспомогательных работ. Состоит из отвала 5 и подвески, к которой относятся толкающая рама 1, тяги 2 и гидроцилиндр 3 подъема и опускания отвала.

Грунты I и II категорий разрабатываются без предварительного рыхления, грунты III категории и выше, а также мерзлые грунты разрабатываются в предварительно разрыхленном состоянии.

Рыхлительное оборудование автогрейдера (рисунок 1.3.6), имеет назначение аналогичное назначению кирковщика. Состоит из рыхлителя и подвески. Представляет собой литую балку 4, в окна которой вставлены, пять зубьев со сменными наконечниками 5. Наконечники крепятся на зубьях с помощью пальца 3, фиксирующегося чекой 2. Подвеска рыхлительного оборудования аналогична подвеске бульдозерного оборудования.