Автогрейдер ДЗ-122 с дополнительным оборудованием для профилировки откосов (стр. 2 из 7)
Длина отвала:
где mа – масса автогрейдера, mа = G/g = 105,3/9,81 = 10,7 т
Высота отвала:
Радиус кривой отвала:
В поперечном сечении профиль отвала обычно очерчивается по дуге окружности (рис.1). 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.
Рис.1 Поперечный профиль отвала
Чтобы исключить пересыпание грунта за отвал, угол опрокидывания ψ принимают равным 65…70°. При установки углов должно быть обеспечено равенство
ά + ώ + ψ = π
т.е. ώ = π – ά – ψ = 180° - 50° - 65° = 65°
База автогрейдера выбирается из условия возможности разворота отвала (рис.2).
рис.2 Ходовое устройство автогрейдера
где L – база трёхосного автогрейдера
L1 – база двухосного автогрейдера:
Lотв = 3,72м – длина отвала
b= 2,0м – колея автогрейдера
Δ = 0,055м – минимальный зазор между отвалом и колесом
D = 1,2м – внешний диаметр шины
Δ’ = 0,6м – минимальный зазор между задними колёсами
Размеры b и Lотв и связанного с ними радиуса поворота R автогрейдера (рис.2) выбираю такими, чтобы машина имела наименьшие размеры. Однако наличие наименьших величин обуславливается следующим. Устойчивость движения автогрейдера при вырезании стружки с наибольшей шириной захвата обеспечивается, если колёса автогрейдера идут по краям забоя.
Тяговый расчёт автогрейдера
В процессе работы автогрейдера возникают различного характера и разной величины силы сопротивления его движению.
Для определения сопротивлений, возникающих в рабочем режиме при резании и перемещении грунта автогрейдером определённого типа, должны быть известны род грунта и его характеристики, размеры отвала и углы его установки, вес автогрейдера.
Тяговый расчёт автогрейдера позволяет оценить возможности тягача при транспортировании грунта с подрезанием стружки. Для нормального протекания процессов резания, перемещения грунта или планирования поверхностей необходимыми являются условия ∑W ≤ Тн и ∑W ≤ Тφ, где Тн – номинальное значение силы тяги автогрейдера на используемой передаче:
где ήТ – КПД трансмиссииб V = 4 км/ч = 1,1м/с – скорость движения
Предельное значение тягового усилия по сцеплению с грунтом:
где Gсц = G ψ1 = 105,3 . 0,75 = 79 кН – сцепной вес
φсц = 0,6 – коэффициент сцепления колёс с грунтом
Суммарное сопротивление копанию автогрейдером:
где W1 – сопротивление грунта резанию,
где К = 15кПа – удельное сопротивление грунта резанию
Fст - площадь поперечного сечения вырезаемой стружки грунта при резании полной длиной отвала,
Fст = Lотвh = 3,72 . 0,16 = 0,6м2
W2 – сопротивление перемещению призмы грунта
где μ2 = 0,5 – коэффициент внутреннего трения грунта
Gпр = γгрgVпр = 1800 . 9,81 . 0,62 = 10948Н = 11кН
Vпр – объём призмы перед отвалом с учётом, что длины ножа погружены в грунт для резания
где Кр = 1,2 – коэффициент разрыхления грунта
h = 0,16м – толщина стружки
δ = 40° - угол естественного откоса грунта
W3 - сопротивление перемещению стружки грунта вверх по отвалу:
где μ1 =0,9 – коэффициент трения грунта по отвалу
ά = 50° - угол резания ножа
W4 - сопротивление перемещению стружки грунта вдоль по отвалу:
W5 – сопротивление перекатыванию колёс:
W6 – сопротивление от преодоления подъёма
Сопротивление от сил инерции W7 считают равными нулю, так как принимают, что движение автогрейдера происходит без ускорения и без переключения скоростей, т.е. при установленном движении. Тогда полное сопротивление:
Проверим, соблюдается ли условия ∑W =42,6 кН ≤ Тн =61,6кН и ∑W = 42,6 кН ≤ Тφ = 47,4 кН
При установке дополнительного отвала тяговая характеристика изменится:
где Gгр+отв – вес автогрейдера и дополнительного отвала (3468Н)
где
где Gпр = γгрgVпр = 1800 . 9,81 . 0,54 = 9535,3Н = 9,5кН
Проверим, соблюдается ли условия
∑W =49 кН ≤ Тн =61,6кН и
∑W = 49 кН ≤ Тφ = 49 кН
Условие соблюдается, значит, данный автогрейдер подходит для работ в выбранных условиях.
Расчёт на прочность оборудования автогрейдера
Расчёт основной рамы
Первое расчётное положение. В первом расчётном положении, соответствующем нагрузкам, возникающим в процессе нормальной эксплуатации автогрейдера, наиболее неблагоприятные условия возникают в конце зарезания, когда отвал режет грунт одним концом, опущннам настолько, что передний мост вывешен и упирается в край кювета, задние колёса буксуют на месте, работа производится на поперечном уклоне с углом λ = 16°.
В этих условиях основная рама оказывается максимально нагруженной нормальными нагрузками (рис.3). В центре тяжести автогрейдера сосредотачивается сила его веса и равнодействующая сил инерции, которая раскладывается на состовляющие, так как автогрейдер работает на уклоне. Первая, равная Gcosλ, действует перпендикулярно опорной поверхности, а вторая, Gsinλ, - параллельно ей.
Координаты Н(м) и l(м) центра тяжести современных автогрейдеров приблизительно определяют из соотношений:
где rс – статический радиус колеса, rс = 0,93 rк = 0,93 . 0,6 = 0,56м
Рис.3 Схема сил, действующих на автогрейдер в первом расчётном положении
В центре тяжести автогрейдера помимо его веса сосредотачивается равнодействующая инерционных сил
где Кд = 1,5 – коэффициент динамичности
θmax = 0,85 – максимальный коэффициент использования сцепного веса машины
G2 = 73,7кН – сила тяжести автогрейдера, приходящейся на задний мост
В точке О, которой обозначен конец режущей кромки ножа отвала, сосредотачиваются усилия Рх, Рy и Рz, возникающие в результате сопротивления грунта резанию.
В точках О’2 и О’’2, соответствующих проекциям середин балансиров на опорную поверхность, действуют вертикальные реакции задних правых и левых колёс Z2п и Z2л, свободные силы тяги X2п и X2л и боковые реакции Y2п и Y2л
Боковые реакции
Y2п = Y2л = 0,5Gsinλ = 0.5 . 105,3 .sin 16° = 14.5кН
В точке О3, в которой передний мост касается кювета, возникает боковая реакция Y1
Составим систему уравнений равновесия:
∑X = 0: X2п + X2л + Ри – Рx = 0;
∑Y = 0: Y2п + Y2л- G sinλ – Py + Y1 = 0;
∑Z = 0: Z2п + Z2л – Gcosλ + Pz = 0;
∑Мx = 0: Gcosλ b/2 - Z2п b - G sinλH = 0;
∑Мy = 0: Pz L1 – Gcosλl – Pи Н = 0;
∑Мz = 0: (Y2п + Y2л)L1 + X2л b + Pи b/2 + G sinλ(L1-l) – Y1(L – L1) = 0;
Определим неизвестные силы и реакции Рx, Pz, Z2п и Z2л из уравнений равновесия, используя систему уравнений:
