2 Расчеты ГОТОВО (Модернизация отвала грейдера с применением быстросъемных рабочих элементов специальной конструкции)

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ АВТОГРЕЙДЕРА

2.1 Определение расчётных параметров автогрейдера

2.1.1 Тяговый расчёт

Рисунок 2.1 - Схема сил, действующих на автогрейдер

Сцепной вес автогрейдера связан с его весом следующим образом

(2.1)

где - коэффициент, определяемый колёсной формулой 1х2х3,

– общий вес автогрейдера.

В свою очередь сцепной вал автогрейдера определяет тяговое усилие на ведущих колесах.

(2.2)

где - коэффициент использования сцепного веса.

Данный коэффициент – величина переменная и зависит, в основном, от коэффициента буксования ведущих колес. При отсутствии буксования , коэффициент близок к нулю; при 100% буксовании он достигает своего максимального значения .

Исследованиями установлено, что существует такой коэффициент использования сцепного веса , при котором мощность, развиваемая автогрейдером на отвале, имеет максимальное значение

Величина , в естественных условиях работы автогрейдера колеблется в пределах , при этом коэффициент буксования равен

Наиболее эффективное использование автогрейдера будет в том случае, когда сила тяги на ведущих колесах равна оптимальной

Оптимальное сечение стружки, разрабатываемой автогрейдером за один проход м²

где - расчётное значение сопротивления грунта копанию, учитывающее, как резание, так и перемещение грунта.

Мощность на отвале, кВт

(2.4)

где - фактическая скорость движения автогрейдера при выполнении им заданной рабочей операции, км/ч. Принимаем фактическую рабочую скорость , при

Наблюдения за работой автогрейдеров в эксплуатационных условиях показывает, что при вырезании кювета фактическая рабочая скорость машины без применения автоматов не может превышать 4 км/ч.

Потери мощности на буксование, кВт

где - коэффициент сопротивления перекапыванию в естественных условиях

Потери мощности на буксование объясняется тем обстоятельством, что ведущее колесо, развивая тяговое усилие, обязательно буксует.

Потери мощности на перекатывание, кВт

Суммарная мощность на ведущих колесах, кВт

(2.7)

Потребная мощность двигателя, кВт

где – коэффициент уменьшения мощности двигателя из-за неустановившейся нагрузки,

– коэффициент полезного действия трансмиссии.

Выбираем двигатель модели Д260.2 - четырехтактный шестицилиндровый дизельный с непосредственным впрыскиванием топлива мощностью , с номинальной частотой вращения .

Номинальный момент двигателя, H ⋅ м

2.1.2 Определение основных параметров рабочего оборудования

Основными параметрами отвала являются высота H, длина l и радиус кривизны R. Высоту отвала определяют, приравняв объём валика грунта, поступающего на отвал при перемещении на пути S, объёму, который может разместиться перед отвалом в виде призмы волочения.

Оптимальная сила тяжести автогрейдера

где S –площадь сечения треугольного кювета,

m – коэффициент, учитывающий неравномерность сечений стружки при последовательных проходах, m = 1,35,

k – удельное сопротивление грунта резанию, k = 130 кПа,

ψ – коэффициент учитывающий колёсную формулу автогрейдера, ψ = 0,75 при формуле 1х2х3,

φ – коэффициент сцепления при буксовании колёс, φ = 0,45,

n – число проходов при устройстве земляного полотна в нулевых отметках, n = 4;

Объём грунта м³, который может разместиться перед отвалом в виде призмы волочения, определяется по формуле

где – коэффициент заполнения отвала грунтом ( =1,6…2),

– угол естественного откоса.

Высота отвала

Длина отвала

где - масса автогрейдера (

– вес автогрейдера ( .

Радиус кривой отвала

В поперечном сечении профиль отвала обычно очерчивается по дуге окружности . При таком профиле стружка вырезаемого грунта, перемещаясь по отвалу вверх, поворачивается на нём в направлении его движения и, дойдя до верхней кромки отвала, рассыпается или опрокидывается перед ним, образуя призму грунта. Чтобы исключить пересыпание грунта за отвал, угол опрокидывания принимают равным 65…70°. При установки углов должно быть обеспечено равенство

Площадь поперечного сечения валика грунта , м², определяется в зависимости от тягового усилия машины

где - толщина стружки.

2.2 Проектирование механизмов отвала

2.2.1 Расчет отвала на прочность

Расчёт отвала следует проводить с учётом нагрузки его максимальной реакцией грунта Р_х , приложенной к концу отвала, находящегося в положении наибольшего выноса в сторону относительно кронштейнов (рисунок 2.2). 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.

Рисунок 2.2 - Схемы к расчету отвала

Изгибающий момент в опасном сечении

где – длина консольного конца отвала при его максимальном боковом смещении относительно кронштейнов, определяется по формуле

где – максимальный вынос отвала в сторону,

– расстояние между опорами отвала.

Силу Р_х принимают, равную 92,6 кН, так как она максимальна при первом расчётном положении. Под действием силы Р_х в волокнах части сечения, расположенной справа от нейтральной линии О-О, 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 О-О сечения. Это расположение определяется расстояниями а и b от нейтральной линии до крайних точек сечения

где  – средний радиус кривизны сечения отвала,

– центральный угол дуги отвала.

Момент инерции в сечении

где δ = 10мм – толщина отвала,

Тогда моменты сопротивления зон растяжения и сжатия сечения определяют по выражениям

Нормальные напряжения

Наибольшее значение напряжения в растянутых волокнах

Наибольшее значение напряжения в сжатых волокнах

Наименьшее значение допускаемого напряжения [σ] = 541,7МПа, тогда

Условия прочности выполняются.

Полученный достаточно большой запас прочности позволяет при необходимости уменьшить толщину стенки или выбрать другой менее прочный материал, что приведёт к уменьшению металлоёмкости и капиталовложений в производимый отвал.

2.2.2 Расчет механизма подъема-опускания отвала

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 (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - Схема сил для расчета усилия подъема отвала

Для определения величины подъёмного усилия S_п принимаем следующее расчётное положение: отвал заглублён одним концом, производится подъём этого конца отвала; на отвал действует максимальная горизонтальная составляющая реакции грунта Р₁ . При этом принимаем 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 механизма подъёма, инерционные силы не учитываются так как, скорость подъёма отвала принимают равной 15м/с. Тогда, подъёмное усилие без учёта инерционных сил можно рассчитывать по формуле

где – сила, прижимающая отвал к грунту,

 = 34 кН – сила тяжести поднимаемого оборудования,

 – сила сопротивления грунта,

где – коэффициент, учитывающий колёсную формулу,

 – коэффициент сцепления,

– оптимальная сила тяжести автогрейдера.

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

Внутренний диаметр гидроцилиндра

По ГОСТ 12477-80 выбираем стандартный внутренний диаметр гидроцилиндра,  .

Диаметр штока

Мощность механизма подъёма отвала

2.2.3 Расчет механизма поворота отвала

Мощность привода механизма поворота вследствие её небольшой величины требуется определять только в случаях, когда поворот отвала производится от индивидуальных гидромоторов (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - 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

где – удельное сопротивление грунта резанию,

 – площадь поперечного сечения вырезаемой стружки.

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

По моменту сопротивления повороту рассчитывается мощность привода механизма поворота отвала

где

2.2.4 Расчет механизма изменения угла резания отвала

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

Внутренний диаметр гидроцилиндра: