Похожие рефераты | Скачать .docx |
Курсовая работа: Расчет автогрейдеров
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра: "Автомобиле - и тракторостроение"
Расчет автогрейдеров
Выполнил:
студент группы АТФ-3С
Бондарев И.Ю.
Проверил:
Шевчук В.П.
Волгоград 2010 г.
Теоретическая часть
К главным и основным параметрам автогрейдеров относятся: масса автогрейдера та , удельная мощность, высота отвала с ножом (Но ), длина отвала без удлинителя Lo , скорости движения, высота подъема отвала в транспортное положение h , угол резания , боковой вынос отвала l , заглубление (опускание) отвала ниже опорной поверхности h Г ; колесная формула; угол для срезания откосов между опорной поверхностью и режущей кромкой отвала, вынесенного за пределы основной рамы и наклоненного так, что один край режущей кромки находится на опорной поверхности, а другой максимально поднят ( = 0... 80°); угол наклона отвала или угол зарезания, аналогичен , но определяется при положении отвала, симметричного оси автогрейдера ( = 0.. .30°); угол захвата (рис. 2.4.3.1)—угол в плане между режущей кромкой отвала и осью автогрейдера ( = 0±90°); при вырезании грунта = 30...40°; при перемещении = 60...75°, при планировке = 90°.
Радиус кривизны отвала (рис. 1,б)
,
где — угол опрокидывания отвала, во избежание пересыпания грунта за отвал =65... 75°; при установке отвала
,
где — центральный угол, град.
Производительность. При постройке насыпи из боковых резервов производительность (м3 /ч)
(1)
где V — объем грунта, перемещаемого за один проход, м3
(2)
=1,8...2,0 — коэффициент наполнения; =30...40° — угол естественного откоса; —продолжительность цикла, с;
, , и , , — длина пути (м) и скорость (м/с) соответственно резания, перемещения и обратного (холостого) хода; — время на переключение передач, с; =5 с; t 0 — время на опускание и подъем отвала, с; to =1,5... 2,5 с; — время поворота в конце участка, с; — коэффициент разрыхления грунта. Тяговые сопротивления и тяговый расчет. Различают два режима работы автогрейдера: рабочий и транспортный. Для первого характерны большие тяговые сопротивления и малые скорости движения, а для второго при движении с поднятым отвалом—большие скорости движения и сравнительно малые тяговые усилия.
При рабочем режиме общее тяговое сопротивление (кН)
, (3)
где — сопротивления соответственно резанию грунта, трению ножа о грунт, перемещению призмы волочения по грунту, перемещению грунта вдоль отвала, перемещению грунта вверх по отвалу, перемещению автогрейдера на колесах, преодолению уклона пути и разгона автогрейдера до установившейся рабочей скорости, кН; ;— соответственно суммарные сопротивления копанию и перемещению, кН. Сопротивление (кН) резанию грунта
, (4)
где — удельное сопротивление грунта резанию ножом, кН/м2 : SC проекция площади поперечного сечения стружки грунта на плоскость, перпендикулярную к направлению движения автогрейдера, м2 ; при угле захвата =90° и <90° и угле зарезания = 0 (отвал горизонтален) соответственно (м2 )
Sc = Lo hp и ;(5)
Lo — в м; h 0 глубина резания, м.
При резании половиной длины отвала
где все линейные размеры — в м.
Сопротивление (кН) трению ножа о грунт.
, (6)
где — вертикальная составляющая суммарного усилия, действующего на нож, зависящая от типа автогрейдера, положения ножа внутри базы, угла захвата и определяемая из общей схемы сил, действующих на автогрейдер, кН. Для ориентировочных предварительных расчетов при колесных схемах 123, 112, 133 для легких автогрейдеров =2,5... 40,0 кН, средних =40... 60 кН, тяжелых =60 ... 80 кН;fc — коэффициент трения стали о грунт.
Сопротивление (кН) перемещению призмы волочения
, (7)
где —вес призмы волочения, кН; —удельный вес грунта, кН/м3 ; — коэффициент разрыхления грунта; — угол трения грунта о грунт.
Сопротивление (кН) перемещению грунта вдоль отвала
(8)
и вверх по нему
,(9)
где — сила перемещения призмы волочения, нормальная в плане к отвалу, кН; — сила трения грунта при движении вдоль отвала.
Общее сопротивление копанию грунта автогрейдером (кН)
Сопротивление перемещению автогрейдера (кН)
,
где —суммарный коэффициент сопротивления качению колес;
— суммарная нормальная реакция на все колеса, кН; — масса автогрейдера, кг; g=9,81 м/с2 ; — угол наклона поверхности движения к горизонту, град.
При <10°
при >10°
Сопротивление F 8 (кН) определяют как силу инерции при разгоне
(10)
где — масса автогрейдера и грунта в призме волочения, кг; vp — рабочая скорость движения, м/с; tP - время разгона, с; =3... 5 с. '
Сила сцепления автогрейдера (кН)
,
где — характеристика развески колес по осям автогрейдера; е=1 при схеме 333, 133, 222 и =0,7...0,75 при схеме 112 и 123; G а — полный конструктивный вес, кН.
Номинальная сила тяги по сцеплению (кН), соответствующая 20% коэффициента буксования, при котором тяговая мощность близка к максимальной,
Условия возможности рабочего движения по сцеплению
При движении с установившейся рабочей скоростью (F 8 =0)возможную максимальную площадь сечения вырезаемой стружки Sc (м2 ) определяют из уравнения
,
где левая часть уравнения представляет собой свободное тяговое усилие, которое реализуется непосредственно для копания. При разработке автогрейдером выемки площадью поперечного сечения SK (м2 ) необходимое число проходов
где — коэффициент, учитывающий неравномерность сечения стружки при отдельных проходах; = 1,30 ... 1,35; Sc — по уравнению (5).
При транспортном режиме общее тяговое сопротивление (кН)
где F 9 — сопротивление воздуха, кН; F8 — по формуле (10), кН.
Сопротивление воздуха (кН)
где k 0 — коэффициент обтекаемости;
k 0 =0,6...0,7 Н-с2 /м4 ; — лобовая площадь, м2 ;
; vT — установившаяся транспортная скорость, км/ч.
Мощность двигателя.
На первой рабочей скорости при режиме максимальной тяговой мощности с учетом коэффициента буксования 6 = 20% двигатель должен работать на режиме максимальной мощности (кВт)
,(11)
где G a — в кН; vp — в м/ч; — общий КПД трансмиссии, kB Ы X — коэффициент выходной мощности двигателя; kB Ы X =0,9; ko — коэффициент, учитывающий отбор мощности на привод вспомогательных механизмов (подъем отвала и др.);. ko =0,75 . .. 0,90.
Мощность (кВт) при передвижении на максимальной транспортной скорости v т max
,(12)
гдеG a и F 9 — в кН; —в м/ч.
По наибольшему значению N [формулы (11) и (12)] с коэффициентом запаса = 1,2 ... 1,4 подбирают двигатель.
Рис. 2.4.3.1. Схема к расчету автогрейдера в рабочем режиме (а) и его отвала (б)
Внешние силы и реакции, действующие на автогрейдер. Рассмотрим внешние силы и реакции на примере наиболее распространенного автогрейдера с колесной схемой 123 при копании грунта (рис. 1,а). На автогрейдер действуют активные силы: Ga — вес автогрейдера (кН), силы тяги на ведущих колесах Рк2 и Рк3 . Реактивные силы — суммарные нормальные составляющие реакции на передние R 1 и задние R '2 и R ' z колеса, суммарные касательные составляющие на те же колеса foR 1 , foR ’2 и foR ' Z (сопротивления движению колес), составляющие реакции, действующие на отвал, Rx , Ry и Rz , боковые горизонтальные реакции F '1 F'2 , F'3 и F 1 .
При рассмотрении этой системы сил сделаны следующие допущения: пренебрегли смещением реакций R 1 R '2 и R '3 вследствие деформации шин, то есть , так как они малы по сравнению с длиной базы L ’ a ; реакции f 0 R 1 , fQ R 2 , f 0 R '3 , F 1 , F '2 и F ' Z , силы и расположены в одной плоскости на уровне опорной линии колес; составляющие реакций грунта Rx , Ry , Rz приложены к переднему концу отвала параллельно соответствующим осям координат; на режиме максимальной тяговой мощности ; вертикальные составляющие реакций на правые и левые колеса соответствующих осей равны между собой; 2 R 2 '+ 2 R 3 ' = R 2 , которая приложена на оси подвески заднего балансира по оси автогрейдера, соответственно 2 fo R ’2 +2 fo R ’3 = fo R 2 ; общая сила тяги на ведущих колесах и приложена по оси автогрейдера; боковые реакции на задние оси F 2 '=3 ' и F 2 '+ F ’3 = F ’1
Рассматривая отвал как косой клин, можно найти соотношения между составляющими реакции грунта, действующими на отвал
где x 1 и х2 определяются по теории косого клина; в среднем x 1 =0,15...0,20; х2 =0,3...0,4.
Считая, что автогрейдер находится в равновесии под действием системы сил и реакций, показанной на рисунке 2.4.3.1, а, можно найти силы и реакции из шести уравнений равновесия относительно пространственной системы координат xyz . Начало координат в точкеО
Совместным решением этих уравнений определяют реакции Rx , Ry , Rz , R 1 , R 2 , F ’1 и F 1 Возможность реализации тягового усилия Рк проверяют по условию сцепления.
Порядок выполнения работы
Исходные данные
Параметры | индекс машины |
ГС-10.01 | |
Класс | 100 |
Двигатель: | |
модель | Д-243 |
мощность, кВт | 58,7 |
Тип трансмиссии | механическа |
Скорость движения вперед/назад, км/ч | 2...35/ |
4,2...9,4 | |
Колесная формула | 1x2x2 |
База, мм | 4200 |
Колея колес передних/задних, мм | 1800/1770 |
Дорожный просвет, мм | 300 |
Радиус поворота, мм | 4750 |
Тип рамы | ШСР* |
Угол складывания шарнирно-сочлененной рамы, град | н/д |
Смещение колес переднего моста, мм | н/д |
Угол наклона передних колес, град | 20 |
Рабочее оборудование: | |
грейдерный отвал: | |
размеры (длина х высота), мм | 2730 х 470 |
максимальное заглубление, мм | 100 |
угол резания регулируемый, град | 30...70 |
угол поворота в плане, град | ± 45 |
боковой вынос, мм | 600/400 |
угол обрабатываемого откоса, град | — |
бульдозерный отвал: | |
размеры (длина х высота), мм | 2440 х 625 |
максимальное заглубление, мм | 50 |
кирковщик (рыхлитель): | |
число зубьев | - |
ширина киркования, мм | - |
наибольшая глубина рыхления, мм | - |
Габаритные размеры, мм | 7140х2400х3220 |
Масса эксплуатационная, кг | 7500 |
Изготовитель | ОАО "Брянский арсенал" |
между опорной поверхностью и режущей кромкой отвала, вынесенного за пределы основной рамы и наклоненного так, что один край режущей кромки находится на опорной поверхности, а другой максимально поднят ( = 0... 80°); угол наклона отвала или угол зарезания, аналогичен , но определяется при положении отвала, симметричного оси автогрейдера ( = 0.. .30°); угол захвата - угол в плане между режущей кромкой отвала и осью автогрейдера ( = 0±90°); при вырезании грунта = 30...40°; при перемещении = 60...75°, при планировке = 90°.
Радиус кривизны отвала (рис. 1,б):
(м),
где — угол опрокидывания отвала, во избежание пересыпания грунта за отвал =65... 75°; при установке отвала , где — центральный угол, град.
Производительность. При постройке насыпи из боковых резервов производительность будет равна:
(1)
где V — объем грунта, перемещаемого за один проход, м3
(2)
=1,8...2,0 — коэффициент наполнения; =30...40° — угол естественного откоса; —продолжительность цикла, с;
(с)
, , и , , — длина пути (м) и скорость (м/с) соответственно резания, перемещения и обратного (холостого) хода; — время на переключение передач, с; =5 с; t 0 — время на опускание и подъем отвала, с; to =1,5... 2,5 с; — время поворота в конце участка, с; — коэффициент разрыхления грунта.
Тяговые сопротивления и тяговый расчет
Различают два режима работы автогрейдера: рабочий и транспортный. Для первого характерны большие тяговые сопротивления и малые скорости движения, а для второго при движении с поднятым отвалом—большие скорости движения и сравнительно малые тяговые усилия.
При рабочем режиме общее тяговое сопротивление (кН)
, (3)
где — сопротивления соответственно резанию грунта, трению ножа о грунт, перемещению призмы волочения по грунту, перемещению грунта вдоль отвала, перемещению грунта вверх по отвалу, перемещению автогрейдера на колесах, преодолению уклона пути и разгона автогрейдера до установившейся рабочей скорости, кН; ;— соответственно суммарные сопротивления копанию и перемещению, кН.
Сопротивление (кН) резанию грунта
(кН) (4)
где — удельное сопротивление грунта резанию ножом, кН/м2 : SC проекция площади поперечного сечения стружки грунта на плоскость, перпендикулярную к направлению движения автогрейдера, м2 ; при угле захвата =90° и <90° и угле зарезания = 0 (отвал горизонтален) соответственно (м2 )
Sc = Lo hp =3,7*0,05=0,2 (м2 )
;(5)
Lo — в м; h 0 глубина резания, м.
Сопротивление (кН) трению ножа о грунт.
(кН) (6)
де — вертикальная составляющая суммарного усилия, действующего на нож, зависящая от типа автогрейдера, положения ножа внутри базы, угла захвата и определяемая из общей схемы сил, действующих на автогрейдер, кН. Для ориентировочных предварительных расчетов при колесных схемах 123, 112, 133 для легких автогрейдеров =2,5... 40,0 кН, средних =40... 60 кН, тяжелых =60 ... 80 кН;fc — коэффициент трения стали о грунт, который подбирается по таблице 1.
Таблица 1. Коэффициент трения грунта о поверхность ножа (полированная сталь)
Состояние грунта | Глина | Песчаник | Песчано-глинистый | Глинистый перегной |
Влажный | 0,43-0,48 | 0,79-0,82 | 0,63-0,78 | 0,45-0,52 |
Сухой | 0,33-0,41 | 0,38-0,55 | 0,36-0,5 | 0,350,43 |
Сопротивление (кН) перемещению призмы волочения:
(кН), (7)
где —вес призмы волочения, кН;
Сопротивление (кН) перемещению грунта вдоль отвала
(кН) (8)
и вверх по нему
кН) (9)
где — сила перемещения призмы волочения, нормальная в плане к отвалу, кН; — сила трения грунта при движении вдоль отвала.
Общее сопротивление копанию грунта автогрейдером (кН)
(кН)
Сопротивление перемещению автогрейдера (кН)
,(кН)
где —суммарный коэффициент сопротивления качению колес;
— суммарная нормальная реакция на все колеса, кН; — масса автогрейдера, кг; g=9,81 м/с2 ; — угол наклона поверхности движения к горизонту, град.
При <10°
при >10°
Сопротивление F 8 (кН) определяют как силу инерции при разгоне
(кН)(10)
где — масса автогрейдера и грунта в призме волочения, кг; vp — рабочая скорость движения, м/с; tP - время разгона, с; =3... 5 с. '
Сила сцепления автогрейдера (кН)
(кН)
где — характеристика развески колес по осям автогрейдера; е=1 при схеме 333, 133, 222 и =0,7...0,75 при схеме 112 и 123; G а — полный конструктивный вес, кН.
Номинальная сила тяги по сцеплению (кН), соответствующая 20% коэффициента буксования, при котором тяговая мощность близка к максимальной,
(кН)
Условия возможности рабочего движения по сцеплению
При движении с установившейся рабочей скоростью (F 8 =0)возможную максимальную площадь сечения вырезаемой стружки Sc (м2 ) определяют из уравнения
5,3-0,01=28*0,1
где левая часть уравнения представляет собой свободное тяговое усилие, которое реализуется непосредственно для копания. При разработке автогрейдером выемки площадью поперечного сечения SK (м2 ) необходимое число проходов
где — коэффициент, учитывающий неравномерность сечения стружки при отдельных проходах; = 1,30 ... 1,35; Sc — по уравнению (5).
При транспортном режиме общее тяговое сопротивление (кН)
(кН)
где F 9 — сопротивление воздуха, кН; F8 — по формуле (10), кН.
Сопротивление воздуха (кН)
(кН)
где k 0 — коэффициент обтекаемости; k 0 =0,6...0,7 Н-с2 /м4 ; — лобовая площадь, м2 ; ; vT — установившаяся транспортная скорость, км/ч.
Мощность двигателя. На первой рабочей скорости при режиме максимальной тяговой мощности с учетом коэффициента буксования 6 = 20% двигатель должен работать на режиме максимальной мощности (кВт)
,(кВт)(11)
где G a — в кН; vp — в м/ч; — общий КПД трансмиссии, kB Ы X — коэффициент выходной мощности двигателя; kB Ы X =0,9; ko — коэффициент, учитывающий отбор мощности на привод вспомогательных механизмов (подъем отвала и др.);. ko =0,75 . .. 0,90.
Мощность (кВт) при передвижении на максимальной транспортной скорости v т max
,(кВт)(12)
гдеG a и F 9 — в кН; —в м/ч.
По наибольшему значению N [формулы (11) и (12)] с коэффициентом запаса = 1,2 ... 1,4 подбирают двигатель
(кВт)
Похожие рефераты:
Автогрейдер ДЗ-122 с дополнительным оборудованием для профилировки откосов
Строительство автомобильных дорог
Применение и устройство строительных машин
Методика расчётов режимов резания
Основные технологические процессы на разрезе "Томусинский"
Земляные работы в строительстве
Технология и техника разработки карьера
Технология строительного производства
Проектирование электрической тяговой подстанции постоянного тока
Исследование путей повышения эффективности работы гусеничного двигателя /1-3/
Строительство земляного полотна автомобильной дороги
Объемная штамповка и обработка металлов резанием
Модернизация поперечно–строгального станка с ходом ползуна 700 мм на базе модели 7307