Главная | Обратная связь

Тяговый расчет автогрейдера

При работе автогрейдера преобладающим является тяговый режим, связанный с разработкой и перемещением грунта. Он составляет около 80 % рабочего времени. Остальное время машина занята на выполнении транспортных операций.

Тяговый расчет автогрейдера на рабочем режиме можно вести двумя методами:

а) по заданным параметрам ножа и характеристике технологического процесса, выполняемого машиной, определяется необходимое тяговое усилие, а затем параметры двигателя;

б) по заданным параметрам двигателя и массе машины определяется свободная сила тяги.

Ниже рассмотрен тяговый расчет автогрейдера по первому методу.

Наиболее тяжелые условия работы автогрейдера возникают при резании и продольном перемещении грунта отвалом, установленным нормально к продольной оси машины. Для этого случая общее сопротивление

 

Р₀₁ = Р_р + Р_пр + Р_с + Р_н + Р_т , (7)

 

где Р_р – сопротивление резанию грунта; Р_пр – сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом; Р_с – сопротивление от скольжения грунта вверх по отвалу; Р_н – сопротивление трению ножа отвала по грунту; Р_т –сопротивление перемещению автогрейдера.

Сопротивление (кН) резанию грунта (рис. 15, а)

 

Р_р = k₁ В с (8)

 

где k₁ – удельное сопротивление грунта резанию, кПа;

В – ширина отвала, м; с – толщина стружки, м; при расчетах принимают с = (0,08…0,12) Н₀ (здесь Н₀ – высота отвала, м).

 

а) б) в)

Рис. 15. Схемы к определению сопротивления

копанию грунта автогрейдером

 

Сопротивление (кН) перемещению призмы грунта перед отвалом

 

Р_пр = V_пр ρ g μ^' , (9)

 

где V_пр – объем перемещаемой отвалом призмы грунта, м³,

 

V_пр = В Н_о² /(2 К_пр.) , (10)

 

здесь К_пр – коэффициент, зависящий от характеристики грунта и формы отвала, для связных грунтов К_пр = 0,8…0,9, для несвязных К_пр = 1,25…1,3;

ρ – плотность грунта, кг/м³; g – ускорение свободного падения тела, м/с²;

μ^' – коэффициент трения грунта по грунту, для связных грунтов μ^' = 0,5, а для несвязных μ^' = 0,7.

Сопротивление (кН) от скольжения грунта по отвалу (рис. 15, б)

 

Р_с = V_пр ρ g μ соs² α_р , (11)

 

где μ – коэффициент трения грунта по металлу, μ = 0,35…0,6.

Сопротивление (кН) трению ножа автогрейдера о грунт вводится в расчет, когда отвал не поддерживается в подвешенном состоянии подъемными гидроцилиндрами

Р_н = μ (m_оg + R_г.в) , (12)

 

где m_о – масса отвала с поворотным кругом и частично (примерно 0,5 ) массы тяговой рамы, т; R_г.в – вертикальная составляющая сопротивления грунта копанию, кН, обычно R_г.в = 0,5 R_г.г.

Сопротивление (кН) перемещению автогрейдера

 

Р_т = g m _а (ƒ ± i ), (13)

 

где m _а – масса автогрейдера, т; ƒ – коэффициент сопротивления перемещению движителя; i – преодолеваемый уклон.

При разработке грунта автогрейдером, когда отвал находится под углом φ_о к направлению движения машины, для определения полного сопротивления движению первые три слагаемые ранее приведенной формулы запишутся так:

 

Р_р^' = Р_о sin φ_о; Р_пр^' = Р_пр sin φ_о; Р_с^' = Р_с sin φ_о + Р_с^'',

 

где Р_с^''– сопротивление трению, возникающему при движении грунта вдоль отвала, кН:

Р_с^'' = G_пр μ μ^' соs φ_о . (14)

 

В изложенной методике поведение грунта перед отвалом автогрейдера рассмотрено упрощенно и однозначно и в наибольшей степени соответствует случаю, когда разрабатывается связный грунт. При этом срезанная ножом стружка при движении сохраняет свою форму и поднимается вверх в виде пласта. Этому способствует и криволинейная с наклоном в сторону машины форма отвала.

При разработке сыпучего несвязного или малосвязного грунта поведение стружки перед отвалом иное и имеет свои особенности. После отделения от массива она в основном накапливается в нижней части отвала. В конце копания, когда перед отвалом находится призма, достигающая её верхней части (рис.16), такое накопление грунта вблизи от ножа при дополнительном его поджатии призмой сверху при­водит и образованию уплотненной внизу зоны.

Рис. 16. Схема к определению сопротивления

перемещению грунта вверх по отвалу

 

Противодействуя призме усилиями V₁ и V₂ , эта зона стремится поднять призму вверх. Процесс этого взаимодействия сопровождается делением призмы по А-Б как бы на два клина, которые усилиями V₁ и V₂ , со стороны уплотненной зоны перемещаются вверх по отвалу и по наклонной грани, образующейся перед отвалом неподвижной трехгранной призмы А-В-Г. Угол ρ наклона грани зависит от вида и состояния грунта и связан с углом его внутреннего трения

ρ = π/4 - μ^'/2

 

Работа автогрейдера на сыпучих грунтах будет связана с преодолением сопротивления скольжению грунта по грунту по плоскости А В (см. рис.16)

и грунта по отвалу. Это сопро­тивление определяют из зависимости

 

Р_с^''= μG_л соs² δ + (μ^' G_п соs ρ + G_п sin ρ) соs ρ.

 

Расчеты, выполненные по рассмотренным зависимостям, по­казывают, что сопротивления от скольжения, полученные для сыпучего несвязного или малосвязного грунта, существенно превышают аналогичное, найденное для связного грунта. В связи с этим при определении тягового усилия автогрейдера расчет необходимо вести для случаев его работы в связном и несвязном грунтах. За последний, как правило, принимают тяжелый разрыхленный грунт.

Полученное общее сопротивление Р₀₁ должно быть согласовано с тяговым усилием тягача по сцеплению Р_φ его движителей с грунтом. При этом должно выполняться условие

 

Р₀₁ ≤ Р_φ = m _сц g φ = m _а ξ g φ , (15)

 

где m _сц – сцепная масса автогрейдера, т.

 

Проверку поперечной устойчивостимашины проводят для случая, когда совершается копание одним из концов повернутого на угол φ_о отвала (рис.17).

 

 

Рис. 17. Схема к расчету поперечной устойчивости автогрейдера

 

На машину в этом случае будут дей­ствовать продольная и поперечная силы. Первая в наихудшем случае может достигать тягового усилия F_а. Вторая при этом составит

 

F_б = F_а tg φ_о (16)

 

Эти силы стремятся повернуть машину относительно одного из задних колес. От поворота машина будет удерживаться силами трения передних колес, появляющимися при их боковом скольжении по опорной поверхности.

Для обеспечения поперечной устойчивости автогрейдера необходимо, чтобы момент М_ссил сопротивления повороту был больше момента М_п, поворачивающих сил, или чтобы их отношение было больше единицы, т. е. при Р_а = Р_б :

М_с Р_A (ℓ_A + ℓ_Б)

К = —— = ———————— > 1,1 (17)

М_п F_а (ℓ_а + ℓ_б tg φ_о)

Рабочие органы автогрейдера приводятся в движение с по­мощью гидроцилиндров. Только поворотное движение отвала относительно тяговой рамы осуществляется посредством гидродвигателя.

При определении парамет­ров цилиндров подъема отвала обычно принимают, что последний установлен с углом захвата φ₀ = 90^о и разрабатывает грунт одним из его концов. Подъем отвала, поворотного круга и тяговой рамы общим весом G₀ осуществляется одним цилиндром. При подъеме гидроцилиндр помимо веса G₀ преодолевает еще и состав­ляющую сопротивления грунта копанию, обычно принимаемую

Rв = 0,5Р_r.

Усилие в гидроцилиндре подъема отвала находят из выраже­ния (рис. 18)

S_п = (G₀ ι₁ + R_в ι₂) / ι₃ . (18)

 

 

Рис. 18. Схема к определению Рис. 19. Схема к определению -

пара­метров гидроцилиндров подъема пара­метров гидроцилиндров наклона

отвала передних колес

Мощность привода механизма подъема отвала N_п (кВт) находится по формуле

N_п = S_п υ_п /η _п , (19)

где υ_п – скорость подъема отвала, принимается равной 0,09…0,18 м/с, η _п – к.п.д. привода механизма подъема отвала (η _п = 0,95).

Усилие в гидроцилиндре наклона передних колес, когда на них действует нагрузка G_п от массы m_а автогрейдера, определится из выражения (рис. 19)

S_п = G_п ι/ι₂ . (20)

Механизм поворота отвала рассчитывается для двух поло­жений. В первом из них отвал выглублен и максимально смещен от оси вращения, автогрейдер расположен на максимальном поперечном уклоне α_макс. Во втором расчетном положении отвал располагается гори­зонтально и поворот осуществляется, когда уже образована призма волочения. Большее из полученных значений момента сопро­тивления повороту М_пов принимается для расчета мощности привода механизма поворота по формуле

 

N_пов = М_пов ω/ η _п , (21)

 

где ω – угловая скорость поворота, ω = 2 υ_пов/В, где υ_пов – скорость поворота отвала, при гидравлическом приводе υ_пов = 0,03…0,06 м/с.

Исходя из значений ω и частоты вращения вала выбранного двигателя определяют общее передаточное число механизма поворота, после чего устанавливают передаточные числа для отдельных кинематических звеньев.

Механизм выдвижения отвала рассчитывают по усилию, равному силе тяжести отвала. Скорость выдвижения отвала для гидравлического привода считают равной 0,06...0,1 м/с.

Механизм выноса тяговой рамы в сторону рассчитывают при выглубленном отвале. Ориентировочно можно принять, что уси­лие выноса тяговой рамы в сторону равно половине ее силы тяжести (вместе с отвалом). Скорость выноса тяговой рамы в сторону для механизма с гидравлическим приводом 0,01…0,035 м/с.

Для автогрейдеров с гидравлическим приводом управления гидронасос выбирают, ориентируясь на большее из полученных значений мощности привода механизмов управления отвала.