Курсовая работа: Расчет автогрейдеров
Название: Расчет автогрейдеров Раздел: Рефераты по транспорту Тип: курсовая работа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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
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)
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) |