3.1 Математическое моделирование работы автогрейдера

3.2 Расчет конструктивных и основных силовых и эксплуатационных параметров автогрейдера

Тяговый расчет [2,5,6]

Таблица 3.1 – коэффициенты f и φ

Вид опорной поверхности	Шинноколесный движитель
	шины высокого давления		шины низкого давления
	f	φ	f	φ
Грунт:
рыхлый свежеотсыпанный	0,2...0,3	0,3... 0,4	0,1...0,2	0,4...0,6
слежавшийся уплотненный	0,1...0,2	0,4... 0,6	0,1...0,15	0,5...0,7

Таблица 3.2- значения коэффициентов k (при α = 45…60°) и k_n

Категория грунта	k, кг/м2	Грунты	kn
I	7000	связные	0,025…0,032
II	11000	несвязные	0,06…0,07
III	17000	--------	--------

Таблица 3.3 – величины необходимые для расчета

G, кH	Рх, кВт	Η х	пд, б/мин.	и	λ, м		δ
135	95,6	0,73…0,76	1575…1800	0,98	Плотный грунт	Рыхлый грунт	0,1	0,2	0,3
					0,12 . . . 0,15	0,08 ... 0,1

Установлено, что при δ = 0,1 колесный движитель работает с максимальным КПД, при δ = 0,2 достигается максимальная тяговая мощность, при δ = 0,3 развивается наибольшая устойчивая сила тяги.

Движение машины возможно, если максимальное тяговое усилие Т_mах (Н) будет не меньше суммарного сопротивления движению W(Н):

Т_mах ≥ W.

Усилие Т_mах ограничено двумя факторами - мощностью привода ходового устрой­ства и условиями сцепления движителя с опорным основанием, с которыми оно связа­но зависимостями:

Т_mах(Р_х) = 1000 Р_х η_х / v; Т_mах(φ) = G φ

где Р_х - суммарная мощность двигателей механизма передвижения

(Вт); η_х - общий КПД меха­низма передвижения (табл. 3.3);

φ - коэффициент сцепления движителя с основанием (табл. 3.1).

v - скорость передвижения (м/с);

Для шинноколесных движителей v - теоретическая скорость (м/с):

_v =

где r_c - силовой радиус, м;

п_д - номинальная частота вращения вала двигателя ходового механизма (об/мин);

и - передаточное число трансмиссии.

Силовой радиус определяется как радиус недеформированного колеса r_о за выче­том наибольшей радиальной деформации шины (в центральной зоне контактной по­верхности) λ (м):

r_c = r_о – λВ.

Приближенно при движении по плотному грунту λ = (0,12…0,15) В; по рыхлому грунту - λ = (0,08...0,1) В (В - ширина профиля шины).

Фактическую скорость передвижения шинноколесной машины определяют с учетом буксования по формуле (м/с):

v_ф = v (1 - δ),

где δ - коэффициент буксования.

Совместив необходимые формулы, рассчитываем v_ф:

Полученное значение соответствует I передаче автогрейдера (табл. 3.6).

Имея необходимые показатели рассчитываем усилие (Т_mах(Р_х)) мощности привода ходового устрой­ства и усилие (Т_mах(φ)) сцепления движителя с опорным основанием;

Для дальнейших расчетов берем меньшее из полученных значений.

Сопротивление передвижению W (Н) складывает­ся из сопротивлений на рабочем органе машины W_p (Н), передвижению (перекатыва­нию) движителей W_пep (H) по горизонтальному пути, повороту машины W_noв (H), движению на уклоне местности W_у (Н), инерции при разгоне и торможении W_и (H) и ве­трового давления W_B (H):

W = W_p + W_пep + W_noв ± W_у ± W_и + W_B

Из этого набора сопротивлений удерживаются только те сопротивления, которые имеют место в конкретном транспортном режиме работы машины.

Сопротивление повороту колесных машин, (рыхлый грунт);

W_noв = (0,25 . . . 0,5) W_пep

Сопротивление движению от уклона местности ;

W_у = ± тgsinα

где т - масса машины, кг;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;

α - угол подъема пути машины, (+) на подъем, (-) под уклон.

Сопротивление сил инерции при разгоне и торможении:

W_и = ± m v / t_р(т),

где v - скорость в конце разгона или начале торможения (м/с):

t_р(т) - продолжительность разгона (торможения) (с).

Сопротивление ветрового давления:

W_B = S q_B

где S - площадь, воспринимающая давление ветра (м²);

q_B =125 – 500 - распределенная ветровая нагрузка на 1 м² (Па).

Сопротивления W_noв, W_у, W_B и W_и в данном тяговом расчете не учитываются, так как по условию участок горизонтальный, автогрейдер движется с равномерной скоростью, а разворот совершается после выполнения операций (резание, транспортировании, укладке), а сопротивление ветрового давления незначительно при данной скорости.

Сопротивление резанью:

где k – коэффициент сопротивления резанью (табл. 3.2);

В – ширина отвала (м);

h₁ – глубина резания во время перемещения призмы грунта (м²).

где k_n – коэффициент потерь грунта при перемещении (табл. 3.2)

V_пр – объем призмы волочения(м³).

Вычисляем объем призмы волочения;

Вычисляем глубину резания во время перемещения призмы грунта;

Вычислив необходимые величины находим сопротивление резанью;

Сопротивление перекатыванию:

W_пep ≈ fG,

где f- коэффициент сопротивления передвижению движителей (табл. 3.1);

G - вертикальная составляющая внешней нагрузки на движители (Н) (табл. 3.2).

Подставив значения необходимых усилий находим сопротивление перемещению W (H);

Проверяем соответствие условию Т_mах ≥ W:

Тяговый расчет автогрейдера с модернизированным отвалом:

Вычисляем объем призмы волочения;

V'_пр =

Вычисляем глубину резания во время перемещения призмы грунта;

_{h1 = (0.065×0.624) ÷ 5.2 =0.0078,м2}

Вычислив необходимые величины находим сопротивление резанью;

_{W p = 11000×5.2×0.0078 = 446, H}

Сопротивление перекатыванию:

W_пep ≈ fG,

где f- коэффициент сопротивления передвижению движителей (табл. 3.1);

G - вертикальная составляющая внешней нагрузки на движители (Н) (табл. 3.2).

Подставив значения необходимых усилий находим сопротивление перемещению W (H);

_{W = W p +Wпер = 446 +20300 = 20.8 кH}

Проверяем соответствие условию Т_mах ≥ W:

Условие соблюдено, тяговые характеристики автогрейдера подходят для работы в заданных условиях. Неудовлетворение указанному выше условию по тяговому усилию Т_mах(Р_х) озна­чает недостаток мощности для движения машины с заданной скоростью v. Если то же условие не удовлетворяется по усилию Т_mах(φ), то это означает, что машина не может двигаться из-за буксования движителей.

Расчет производительности автогрейдера [6]

Производительность является важнейшей выходной характеристикой машины. Ее определяют количеством продукции, произведенной машиной в едини­цу времени. Различают расчетную (теоретическая или конструктивная), техни­ческую и эксплуатационную производительность. Под расчетной (теоретической, конструктивной) производительностью по­нимают производительность за 1 ч непрерывной работы при расчетных скоростях рабо­чих движений, расчетных нагрузках на рабочем органе и расчетных условиях работы. Теоретическую производительность рассчитывают на стадии разработки конст­рукторской документации на машину, используя для этого нормативные значения рас­четных параметров и расчетных условий. Под технической производительностью понимают максимально возможную в данных производственных условиях производительность при непрерывной работе машины. Под эксплуатационной производительностью понимают фактичес­кую производительность машины в данных производственных условиях с учетом ее простоев и неполного использования ее технологических возможностей.

Таблица 3.4 - средние значения коэффициента разрыхления k_p

Категория породы по трудности разработки	Разновидность горной породы	kp
I	Песок, супесок, растительный грунт, торф	1,05...1,12
II	Легкий и лессовидный суглинок, влажный рыхлый лёсс, мягкий солончак, гравий мелкий и средний, песок, супесок и растительный грунт, смешанные со щебнем и галькой, насыпной слежавшийся грунт с примесью щебня или гальки	1,12....1,20
III	Жирная мягкая глина, тяжелый суглинок, гравий крупный, галька мелкая, щебень крупностью 15...40 мм, суглинок со щебнем пли галькой	1,20...1,25

Таблица 3.5 - коэффициент призмы k_пр

Грунты	Значение kпр при отношении H/B
	0,15	0,3	0,45
Связные	0,75	0,78	0,85
Несвязные	1,15	1,20	1,50

Таблица 3.6 – параметры автогрейдера ДЗ-143

Скорости движения, м/с						Ширина отвала, мм		Высота отвала, мм
I	II	III	IV	max	В		Н
1,9	3,5	6,4	11,7	11,7	3740		620

Производительность определяем по формуле (м³/ч):

П = 3600V_пp × k_y × k_и /(t_цk_p),

где V_пp – объем грунта в разрыхленном состоянии (объем призмы волочения), находящийся перед отвалом в конце транспортирования, м³;

t_ц – продолжительность цикла, с;

k_y – коэффициент уклона (k_у=1, так как участок горизонтальный);

k_и – коэффициент использования автогрейдера во времени(k_и =0,85);

k_p – коэффициент разрыхления грунта, т.е. отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта такой же массы в естественно плотном состоянии ( k_p =1,085 табл. 3.4).

Объем призмы волочения (м³):

V'_пр = BH²/(2k_пр),

где В и Н – ширина и высота отвала, м;

k_пр – коэффициент призмы, установленный экспериментально и зависящий от свойств грунта и соотношения размеров отвала (табл.2.5 ).

k_пр =,

V'_пр =

Продолжительность цикла:

t_ц = l₁/u₁ + l₂/u₂ + l₃/u₃ + l₄/u₄ + n_пt_п + n_оt_о + n_повt_пов ,

где l₁, l₂, l₃, l₄ – длины пути резания, перемещения, укладки грунта и обратного хода, м;

l₄= l₁+ l₂+ l₃=10+40+15=65 м

u₁=1,9, u₂=u₃=3,5, u₄=u_мах=11,7 – скорости движения на соответствующих участках пути, м/с (табл. 3.6);

t_п – время на переключение передач (t_п ≈2,5с);

t_о – время опускания и подъема отвала (t_о ≈ 4,5с);

t_пов – время разворота автогрейдера на 180° (t_пов ≈ 12,5с);

n_п=3, n_о=5, n_пов=2 – соответственно количество переключений передач, подъемов и опусканий отвала и разворотов на 180°.

t_ц=≈81,5 с,

П = 3600V_пp × k_y × k_и /(t_цk_p)=17,3 м³/ч