книги / Машины для уплотнения твердых бытовых отходов. Технология использования, конструкция и расчет

Обобщение полученной модели на систему подобных компакторов различного размера и условий эксплуатации осуществляется путем введения подобных соотношений:

bhlк = qб; qб = k15·m; mqvк = N, mqvу = N; N = k2·m,

где k2 и k15 – размерные коэффициенты подобных преобразований, k2 = 7…10 Вт/кг; k15 = 0,7 10–4 м3/кг.

В полученном выражении первый член определяет продолжительность операции копания (отделение) и перемещение материала отвалом бульдозера; второй – продолжительность операции уплотнения материала.

Выше приняты следующие обозначения: N – мощность двигателя, Вт;

kуд.б – удельное сопротивление копанию грунта неповоротным отвалом бульдозера, Н/м2;

b – ширина отвала, м;

h – толщина отделяемой стружки, м;

lк – путь компактора при транспортировке материала при повороте колеса на угол (см. рис. 53), м;

lу – путь компактора в горизонтальном направлении за время погружения кулачка в материал на высоту кулачка, м, lу = lк;

m – масса машины, кг;

kк = kу – безразмерный коэффициент, учитывающий затраты мощности на перемещение уплотнителя (компактора), kк = kу = ( с· k –

– fк i)(1 – ) · kз.д;

fк – коэффициент сопротивления передвижению уплотнителя

(компактора), fк = 0,2…0,3;

vк = vу – рабочая скорость перемещения компактора, м/с; Ссц – сцепление частиц рыхлого материала, Н/м2;

hу – глубина погружения кулачка в грунт, м;

91

z – количество кулачков, одновременно погружающихся в материал, м;

dкл – диаметр кулачка, м;

kd – безразмерный коэффициент, определяющий площадь сечения кулачка, kd = /4;

с – коэффициент сцепления движителя с поверхностью; k – коэффициент распределения веса на ведущие колеса; i – уклон местности;

– коэффициент буксования;– КПД трансмиссии;

kз.д – коэффициент загрузки двигателя.

Из анализа общей математической модели (2) следует, что наименьшая продолжительность операций уплотнителя (компактора) и, следовательно, максимальная производительность имеет место при определенной оптимальной массе машины mопт и неизменных других факторах.

Оптимальная масса компактора mопт, кг, как многоцелевого агрегата определяется из соотношения dtц/dm = 0.

где km опт – безразмерный коэффициент, учитывающий условия экс-

1/2

плуатации, km опт = kd kк , для предварительных расчетов прини-

kу

мают km опт = 1,5…2,1.

При отсутствии информации о мощности величина mопт, кг, мо-

Оптимальную энергонасыщенность (N/m)опт, Вт/кг, определяют на основании зависимости (3):

92

Из формулы (4) по известной mопт определяется мощность. Минимальная продолжительность операций компактора, с, оп-

ределяется на основании анализа его математической модели путем подстановки в выражение (2) величины оптимальной массы (3):

где kt min – безразмерный коэффициент, зависящий от условий эксплуа-

kt min = 6,5…7,5.

Максимальная скорость уплотнения, м/с, определяется на осно-

Величина lк устанавливается по формуле lк = 0,01 Dвл,

где Dвл – диаметр вальца, м; – угол между рядами кулачков, град

(см. рис. 53).

В этом случае скорость, м/с,

где kv = 0,01 /kt min, принимают kv = 0,04…0,06.

Максимальная производительность, м2/с, определяется по фор-

муле

Пmax = b · vmax,

где b – ширина обрабатываемой полосы, м.

93

Максимальная производительность компактора увеличивается с ростом мощности, ширины и диаметра вальца. Производительность падает с увеличением прочности уплотняемого и перемещаемого материала, площади кулачка, числа кулачков, внедренных в материал.

Расход топлива компактора в смену, кг/смена, определяется по формуле

где ge – удельный расход топлива двигателя, г/(кВт ч); N – мощность двигателя, Вт; Т – число часов работы машины в смену.

Выбор компактора из существующих для конкретных условий работы следует осуществлять по расчетным величинам mопт и (N/m)опт, которые определяются по формулам (3), (4). Из существующих машин следует выбирать машину с массой m ближайшей по величине к расчетному значению mопт. При равенстве m предпочтение следует отдать машине с большим значением (N/m)опт. При проектировании новой машины по формулам mопт и (N/m)опт определяют исходные значения искомых величин, при которых машина в заданных условиях эксплуатации будет наиболее эффективна.

Вопросы для самоконтроля по материалам главы 4

1.Приведите структурную модель рабочего цикла уплотнителя (компактора). Какова последовательность выполнения операций?

2.Приведите методику определения времени рабочего цикла уплотнителя (компактора).

3.Приведите формулу для определения оптимальной массы уплотнителя (компактора) в зависимости от технико-эксплуатационных факторов, составляющих условия эксплуатации машины.

4.Приведите формулу для определения максимальной скорости уплотнения.

5.Как определяется расход топлива компактора в смену?

94

Глава 5 . ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ УПЛОТНИТЕЛЯ (КОМПАКТОРА)

Эффективное использование мощности уплотнителя-компак- тора при планировке участка заложения отходов бульдозерным отвалом и получение максимальной производительности имеет место в том случае, если сумма сопротивлений на каждом этапе работы машины будет равняться наибольшему тяговому усилию, которое машина может реализовать без существенного буксования. Тяговый расчет определяет параметры рабочего процесса, позволяющие приблизиться к выполнению этого условия.

В случае лобового резания и транспортирования грунта бульдозерным отвалом по горизонтальной поверхности возникает сумма сопротивлений, Н,

где Wр – сопротивление резанию, Н; Wпр – сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом, Н; Wот – сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу, Н; Wпл – сопротивление, возникающее на площадке затупления и от трения ножа отвала о грунт, Н; Wf – сопротивление перемещению компактора, Н.

где kуд – удельное сопротивление резанию, Па; F – площадь поперечного сечения вырезаемой стружки грунта, м2, определяется как произведение ширины отвала L, м, на глубину резания h, м, при транспортировании грунта F = Lh1, h1 – глубина резания при перемещении грунта, находится из условия восполнения потерь грунта в боковые

= 0,06…0,07), h1 = KпVпр/L, где Vпр – объем призмы волочения, образующейся перед отвалом при полном его заполнении, м3.

95

Сопротивления перемещению призмы волочения и перемещению грунта вверх по отвалу определяются при углах резания= 45…60° по следующим зависимостям:

где Gпр – сила тяжести призмы волочения, Н, Gпр = mпрg; mпр – масса призмы волочения, кг; Vпр – объем призмы волочения, зависящий от характера грунта (связности, коэффициента разрыхления), соотношения высоты Н и ширины L отвала, м3; гр – объемная масса грунта в плотном теле, кг/м3; g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2; Kр – коэффициент разрыхления грунта; 1 – коэффициент трения грунта о грунт;2 – коэффициент трениягрунтао поверхностьотвала.

Значения коэффициента Kпр в зависимости от отношения Н/L и вида грунта приведены в табл. 10.

Таблица 10

Значения коэффициента Kпр

Сопротивление, возникающее на площадке затупления при уг-

где Руд – удельное сопротивление от затупления, зависящее от ширины площадки затупления и вида грунта, Н/м2.

96

При тяговом расчете компактора с поворотным отвалом необходимо дополнительно учитывать сопротивление от движения грунта вдоль по отвалу, Н:

где G – сила тяжести компактора, Н; f – удельное сопротивление перекатыванию, для кулачковых вальцов f = 0,25…0,30 на первых проходах; f = 0,2…0,25 на последних проходах.

При работе компактора на подъемах и уклонах в тяговом расчете необходимо учесть составляющую силы тяжести компактора

± Gi. Тогда

Wf = G (f ± i),

где i – уклон местности, доли единиц.

При угле уклона , большем 10°, Wf = G (f cos ± sin ).

При i = 0 удельное сопротивление перекатыванию находят как

где µ – коэффициент, характеризующий состояние материала, по экспериментальным данным µ = 0…1,0 (последнее значение для уплотненного покрытия); h – величина необратимой деформации, вызываемаядействиемсилывесаитяги, м; D – диаметрвальца, м.

97

При учете также и упругой, обратимой деформации, которая наблюдается при конечной стадии уплотнения, имеет место следующая зависимость:

где h2 – величина полной деформации, h2 = h; h1 – величина обратимой деформации (упругой).

При h1 = 0, т.е. если обратимая деформация не учитывается, зависимость (20) идентична (19). При проходе вальца уплотнителя по одному и тому же следу плотность уплотняемого материала будет увеличиваться с каждым проходом, а остаточная деформация уменьшаться. Затем наступает момент, когда при данном весе вальца остаточная деформация не создается, и последующие проходы будут вызывать лишь упругую деформацию.

Зависимости между осадкой грунта h, силой тяги Т, величиной коэффициента сопротивления перекатыванию f и, соответственно, количествомпроходовколесаn хорошоописываютсяэмпирическимиформулами

h = h1 + lgn; Т = Т1 – 0lgn; f = f1 – lgn,

где h1, T1 и f1 – соответственно осадка, сила тяги и коэффициент сопротивления перекатыванию при первом проходе; , 0 и β – коэффициенты пропорциональности; n – число проходов машины по одному следу. Зависимости эти в виде кривых изображены на рис. 54.

h, T, f

h

T, f

Рис. 54. График зависимости между осадкой h, силой тяги T, коэффициентом сопротивления перекатыванию f и числом проходов компактора n

98

Кроме сопротивлений, возникающих при движении, проявляются также сопротивления трению в опорах вальцов, сопротивление повороту на криволинейных участках и сопротивление сил инерции.

Суммарное сопротивление движению должно быть меньше развиваемой машиной силы тяги:

Требуемая мощность двигателя самоходных уплотнителей

где vmin – минимальная скорость передвижения уплотнителя при максимальном значении Тmax; – КПД привода, определяемый в соответствии с его кинематической схемой.

После расчета мощности Nдв проверяют окружное усилие на ведущих вальцах Тmax. Оно должно быть меньше или равно силе тяги, обеспечиваемой сцеплением движителя с грунтом,

где Gсц – сцепной вес компактора, включая балласт, Н; сц – коэффициент сцепления между ведущими вальцами и уплотняемым мате-

риалом, для кулачковых вальцов на сухом грунте сц = 0,6…0,8, на влажном связном грунте сц = 0,4…0,55.

По найденному значению тягового усилия находится возможная скорость движения машины. С учетом буксования вальцов и (или) колес рабочая скорость движения компакторов в среднем составляет 70–75 % номинального значения.

Вопросы для самоконтроля по материалам главы 5

1.С какой целью выполняется тяговый расчет компактора?

2.Из каких сопротивлений складывается суммарное сопротивление передвижению уплотнителя-компактора?

3.Как изменяется сила тяги с увеличением числа проходов?

4.Приведите формулу для определения необходимой мощности двигателя самоходных уплотнителей.

99

Глава 6. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ КОМПАКТОРОВ

В процессе работы потеря устойчивости и опрокидывание компактора могут произойти при его движении под уклон и внезапной встрече отвала с труднопреодолимым препятствием (рис. 55). Столкновение влечет за собой стопорение машины. За счет запаса кинетической энергии машины деформируются препятствие и рабочее оборудование; движитель отрывается от опорной поверхности, и центр тяжести машины смещается вверх и вперед. При запертом положении гидроцилиндров компактор опрокидывается относительно режущей кромки отвала.

Полагаем, что деформирование рабочего оборудования и препятствия мало в сравнении со смещением центра тяжести машины (см. рис. 55). Тогда из условия

Gкv2/(2g) = Gк h

при R = l02 hц ; tg 0 = hц/l0 находим угол наклона поверхности движения компактора, при котором возможно опрокидывание:

= arcsin [1 – v2/(2gR)] – 0,

где Gк – сила тяжести компактора; v – скорость движения компактора к моменту встречи отвала с препятствием; g – ускорение свободного падения; lс, hц – координаты центра тяжести компактора относительно ребра опрокидывания.

Допустимый угол наклона поверхности движения компактора в рабочем процессе устанавливают с учетом коэффициента запаса, равного 1,2. Допустимые углы наклона поверхностей движения в транспортном режиме определяются из условий устойчивости, скольжения (сползания) и реализации 100 % мощности двигателя.

100