Дор маш Практ раб НТТК теория 23 09 2013
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»
Кафедра строительной техники и инженерной механики имени профессора Н.А. Ульянова
ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ
Сборник расчетных работ
для студентов направлений подготовки 190109 Наземные транспортно-технологические средства и
190100 Наземные транспортно-технологические комплексы
Воронеж 2013
УДК 625.76.08 ББК 38.6-5я73
Жулай, В.А. Дорожные машины: сб. расч. работ / В.А. Жулай; Ж87 Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т. – Воронеж, 2013. – 60 с.
ISBN 978-5-89040-225-7
Сборник расчетных работ разработан для проведения практических занятий по курсу «Дорожные машины».
Предназначен для студентов, всех форм обучения направлений подготовки 190109 Наземные транспортно-технологические средства и 190100 Наземные транспортно-технологические комплексы, а также может быть использовано студентами направлений подготовки 190600 Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов, 270800 Строительство, 271101 Строительство автомагистралей, аэродромов и специальных сооружений, 271501 Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей.
.
Ил. 10. Табл. 13. Библиогр.: 8 назв.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского ГАСУ.
Рецензент:
2
ВВЕДЕНИЕ
Инновационное развитие нашего государства невозможно без строительства современных автомобильных дорог и аэродромов с использованием комплексной механизации и автоматизации всех производственных процессов. Это вызывает необходимость проектирования и производства специальных дорожных машин для внедрения новых технологий производства работ.
Не смотря на то, что в настоящее время в России имеется большой парк самых разнообразных дорожных машин, отрасль строительного и дорожного машиностроения продолжает развиваться. При этом на основе достижений научно-технического прогресса имеет место тенденция к повышению мощностей машин и автоматизации их рабочих процессов.
Для организации производства и эффективной эксплуатации дорожных машин требуется большое количество грамотных специалистов. Успешное решение этой задачи возможно лишь в случае обеспечения достаточной теоретической подготовки студентов.
Вэтих условиях создание и производство качественных, высоко эффективных видов, систем и комплексов машин различного назначения, обеспечивающих высокое качество работ, существенное повышение производительности и сокращение материальных, энергетических и трудовых затрат в строительстве, являются определяющей задачей развития строительной и дорожной техники.
Учебное пособие написано в соответствии с ФГОС ВПО для студентов направлений подготовки 190109 Наземные транспортно-технологические средства и 190100 Наземные транспортно-технологические комплексы.
Внем изложены сведения об области применения, рабочих процессах и особенностях расчета дорожных машин, приведены их основные техникоэкономические и эксплуатационные характеристики. Большое внимание уделено рассмотрению специальных агрегатов и механизмов машин, в частности современного рабочего оборудования.
Выполнение приведенных расчетных работ поможет студентам получить практические навыки по расчету дорожных машин и оборудования, изучить современные научные методы выбора их основных параметров.
Целью практических занятий является закрепление и углубление теоретических знаний, и приобретение практических навыков по изучаемому курсу, повышение уровня проектно-конструкторской подготовки студентов.
Учебное пособие могут быть полезны студентам других специальностей изучающих вопросы разработки, производства и организации эффективной эксплуатации машин для сооружения, содержания, ремонта и реконструкции автомобильных магистралей и аэродромов.
3
1. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ АСФАЛЬТОУКЛАДЧИКОВ
1.1.Назначение. Классификация. Принцип работы
Асфальтоукладчики предназначены для приема асфальтобетонной смеси, распределения смеси по всей ширине укладываемой полосы равномерным слоем заданной толщины, разравнивания и предварительного уплотнения уложенного слоя. Асфальтоукладчики применяют при строительстве автомобильных дорог и аэродромов, городских улиц и площадей, а также для ремонта дорожных покрытий.
По способу приема смеси асфальтоукладчики делятся на бункерные и безбункерные.
Асфальтоукладчики могут быть прицепные и самоходные. Самоходные асфальтоукладчики являются машинами непрерывного действия, обеспечивают безостановочную укладку и требуемое качество асфальтобетонных покрытий. Они классифицируются по назначению, способу приема смеси, производительности и типу ходовой части.
По назначению различают следующие типы самоходных асфальтоукладчиков: специализированные для асфальтобетонных и битумоминеральных смесей; универсальные со сменным рабочим оборудованием для устройства покрытий из различных дорожностроительных материалов; специальные, например, предназначенные для уширения дорожного полотна, устройства тротуаров.
По типу ходовой части самоходные асфальтоукладчики разделяют на гусеничные, колесные, комбинированные и рельсовые.
К достоинствам гусеничного движителя относятся: малая чувствительность к неровностям основания и небольшое давление на опорную поверхность, высокая маневренность и возможность реализации большого тягового усилия. Недостатками такого ходового оборудования являются большая металлоемкость и стоимость, быстрое изнашивание деталей, а также возможность повреждения асфальтобетонного покрытия при крутых разворотах машины на свежеуложенной полосе. Скорость гусеничных укладчиков не превышает 2 … 3 км/ч.
Достоинствами колесных асфальтоукладчиков являются высокая транспортабельность (транспортная скорость до 20 км/ч), лучшая, чем у гусеничных укладчиков, маневренность без повреждения свежеуложенного покрытия, меньшая металлоемкость и стоимость движителя, меньший износ деталей ходовой части.
Асфальтоукладчики с комбинированной ходовой частью имеют в качестве рабочего хода гусеницы, а в качестве транспортного хода – пневматические колеса. Рельсовые асфальтоукладчики получили небольшое распространение.
4
Асфальтоукладчики, в зависимости от ширины укладки выпускаются четырех типоразмеров (ГОСТ 21915-93) – с шириной укладки, м: I – 1,0 … 3,0;
II – 1,5 …4,5; III – 2,0 … 7,0; IV – 3,0 …. свыше 7,0.
Технологический процесс работы асфальтоукладчика заключается в следующем. Асфальтобетонная смесь, доставляемая автосамосвалами, выгружается в бункер укладчика со стороны передней части машины, затем питателями подается из передней в заднюю часть за гусеничный ход машины, распределяется шнеком позади гусениц на ширину укладки, профилируется, выравнивается и уплотняется выглаживающей плитой. Окончательное уплотнение осуществляется моторными катками.
Асфальтоукладчик (рис. 1.1) состоит из шасси 9, бункера 8, рамы рабочих органов 6, рабочих органов со сменными уширителями, двигателя, электрооборудования и гидросистемы.
Рис. 1.1. Схема самоходного асфальтоукладчика
Шасси 9 с ходовым оборудованием 5 обеспечивает передвижение асфальтоукладчика, прием и распределение асфальтобетонной смеси. Все сборочные единицы шасси расположены на нижней и верхней рамах, соединенных между собой. Основными элементами рабочих органов являются: выглаживающая плита 1, предназначенная для выравнивания смеси и регулирования толщины слоя в продольном и поперечном направлениях; трамбующий брус 2 с эксцентриковым валом, предназначенный для предварительного уплотнения асфальтобетонной смеси; отражательный щит, служащий для очистки трамбующего бруса от прилипшей асфальтобетонной смеси; шнек 4, предназначенный для равномерного распределения асфальтобетонной смеси по всей ширине укладываемой полосы; питатель 7, перемещающий асфальтобетонную смесь из бункера в шнековую камеру и состоящий из двух разделенных скребковых конвейеров с независимыми приводами. Гидросистема асфальтоукладчика обеспечивает привод цилиндров подъема и опускания рабочих органов,
5
боковин и заслонок бункера, систем автоматической стабилизации положения выглаживающей плиты при движении машины по неровностям основания, управления муфтами хода, шнеков, питателей и привода трамбующего бруса.
1.2.Основы расчета асфальтоукладчиков
Исходными данными для расчета и проверки правильности выбора параметров основных механизмов и двигателей асфальтоукладчика являются производительность П, т/ч, ширина укладки В, м, толщина укладываемого слоя h, м, масса укладчика mM, т и некоторые другие характеристики приведенные в приложении П.1.1.
Расчет основных технологических параметров
В технологическом расчете сначала определяется необходимое количество смеси, загружаемой в приемный бункер укладчика, т
|
mсбl = |
П to |
, |
(1.1) |
|
|
|||
|
60 |
|
|
|
где П – |
производительность асфальтоукладчика, т/ч; |
|
||
to |
– время от момента освобождения от смеси |
предыдущего |
автосамосвала до начала разгрузки следующего при "подпоре" самосвалов (при хорошей организации работ) (to = 2,0...2,5 мин).
Требуемая геометрическая вместимость приемного бункера, м3
Vб |
= |
mсбl |
|
, |
(1.2) |
||
|
|
||||||
|
|
k |
n |
γ |
н |
|
|
|
|
|
|
|
где kn – |
коэффициент наполнения бункера (kn = 0,6 ... 0,7); |
γ – |
насыпная объемная масса асфальтобетонной смеси (γ = 1,8 т/м3). |
н |
н |
Рабочая скорость передвижения асфальтоукладчика при непрерывном |
движении, необходимая для обеспечения заявленной производительности, м/мин
vl |
= |
П |
|
, |
(1.3) |
|
|
||||
|
|
||||
p |
|
60 Bmax hmax |
γ y |
|
|
|
|
|
где Вmax – максимальная ширина укладки, м;
hmax – максимальная толщина укладываемого слоя, м; γу – объемная масса уложенной смеси, γу = 2,0 т/м3.
Полученное значение рабочей скорости vlp необходимо сравнить с
максимальной рабочей скоростью υр, приведенной в технической характеристике (табл. П.1.1).
На самоходных асфальтоукладчиках наибольшее распространение
6
получили двухсекционные питатели, работающие по принципу погруженных скребков. Суммарная производительность питателей должна быть равна 1,5 П. Из этого условия выбирается скорость движения скребков, м/мин
vc |
= |
1,5 П |
|
|||
|
|
|
, |
(1.4) |
||
2( 60 lc hn3 |
γ |
|
||||
|
|
н kv k уп ) |
|
где lc – длина скребков, м;
hn3 – высота подъёма заслонки, м; kv – коэффициент скорости, kv = 0,8;
kуп – коэффициент, учитывающий уплотнение смеси скребками питателя,
kуп = 1,05.
Длина скребков, в зависимости от типоразмера асфальтоукладчика составляет 0,45 … 0,76 м. Максимальная высота подъема заслонки принимается равной hn3 = 0,33 lc. Скорость движения скребков питателей современных асфальтоукладчиков составляет 30 … 45 м/мин.
Для распределения асфальтобетонной смеси по ширине укладываемой полосы применяют в основном шнековые распределители, состоящие из двух шнеков, производительность которых должна быть на менее производительности питателя. Для обеспечения этого условия их частота вращения должна быть равна, мин –1
|
nш = |
1,5 П |
|
|
|
|
|
|
, |
(1.5) |
||
|
2( 47,1D2 t |
|
γ |
|
k |
|
k |
|
|
|||
|
|
w |
н |
np |
3c |
) |
|
|||||
|
|
w |
|
|
|
|
|
|
||||
где Dw – |
диаметр шнека, м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tw – |
шаг шнека, м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
knp – |
коэффициент снижения производительности из-за проскальзывания |
|||||||||||
и прессования материала, knp = 0,9...0,95; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
k3c – |
коэффициент заполнения сечения, k3c = 0,7. |
|
||||||||||
Размеры шнеков обычно принимают Dw = 0,3 … 0,4 ( |
м) и Dw = tw. |
Частота вращения шнеков современных асфальтоукладчиков регулируется в пределах 30 … 142 мин–1 .
Тяговый расчет асфальтоукладчика
Тяговый расчет асфальтоукладчика заключается в проверке возможности движения машины по тяговым возможностям движителя
Тсц ³ ΣW , |
(1.6) |
где Тсц – сила тяги по сцеплению движителя машины с опорной
поверхностью, кН;
ΣW – сумма всех сопротивлений, возникающих при работе укладчика, кН.
7
Тсц =ϕсц Gсц, |
(1.7) |
где ϕсц – коэффициент сцепления движителя машины |
с опорной |
поверхностью (ϕсц ~ 0,65 для колесного движителя, ϕсц ~ 0,8 для гусеничного
движителя);
Gсц – сцепной вес асфальтоукладчика, кН,
|
Gсц = θсц mo g, |
(1.8) |
где θсц – |
коэффициент использования веса в качестве сцепного (θсц ≈ 0,8 для |
|
колесного укладчика, θсц = 1,0 для гусеничного укладчика); |
|
|
g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения; |
|
|
mo – |
общая масса машины, т, |
|
mo = mм – для колесного укладчика, т; |
|
|
mo = mм + mсб – для гусеничного укладчика, |
|
|
где mм – |
масса асфальтоукладчика, т: |
|
mсб – |
вместимость бункера, т. |
|
При работе асфальтоукладчиков возникают следующие сопротивления: сопротивление перемещению асфальтоукладчика и призмы смеси, груженого автосамосвала; сопротивление сил трения рабочих органов по поверхности смеси; сопротивление от сил инерции автосамосвала и асфальтоукладчика при движении после их остановок; сопротивления перерезыванию потока смеси.
Сопротивление перемещению асфальтоукладчика, кН
W1 = g( mм + mсб )( fк + i ), |
(1.9) |
где fк – коэффициент сопротивления перемещению |
асфальтоукладчика |
(fк = 0,02 … 0,03 для колесного укладчика и fк = 0,06 … 0,07 для гусеничного укладчика);
i – |
наибольший продольный уклон покрытия; i = 0,03…0,07. |
|
||||
Сопротивление сил трения рабочих органов по поверхности |
||||||
укладываемой смеси, кН |
|
|
|
|
||
|
|
|
W2 = g m p |
f1 , |
|
(1.10) |
где mp – |
масса рабочих органов (mp ≈ 0,25 mм), т; |
|
|
|||
f1 |
– |
коэффициент |
трения скольжения рабочих органов |
по смеси |
||
( f1 = 0,5 …0,6). |
|
|
|
|
||
Сопротивление |
перемещению |
призмы |
смеси, |
увлекаемой |
||
уплотняющим брусом, кН |
|
|
|
8
|
|
|
|
W3 = g mпp f2 , |
(1.11) |
||||
где |
f2 - коэффициент внутреннего трения смеси ( f2 = 0,7…0,8); |
|
|||||||
|
mпp – |
масса призмы смеси, т, |
|
||||||
|
|
|
mпр = |
1 |
Вmax (hmax – h min)2 qсм, |
(1.12) |
|||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
3 |
|
|
|||
где |
hmin |
– минимальная |
толщина укладываемого слоя (по |
условиям |
|||||
технологии укладки смеси hmin = 0,03 м), м; |
|
||||||||
|
qсм – |
плотность неуплотненной смеси (qсм = 1,8 т/м3), т/м3. |
|
||||||
|
Сопротивление перемещению груженого автосамосвала, кН |
|
|||||||
|
|
|
W4 |
= g ma ( fк + i ), |
(1.13) |
||||
где mа – масса груженого автосамосвала (mа ≈ 1,8 mсб), т. |
|
||||||||
|
Сопротивление от сил груженого автосамосвала и асфальтоукладчика |
||||||||
при возобновлении движения после вынужденных остановок, кН |
|
||||||||
|
|
|
W = |
(mм + mcб + mа )υ p |
, |
(1.14) |
|||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
5 |
|
|
|
60t p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где υр – |
рабочая скорость движения, м/мин; |
|
|||||||
|
tp – |
время разгона; tp = 1…2 с. |
|
||||||
|
|
|
ΣW = W1 + W2 + W3 + W4 + W5. |
(1.15) |
Мощностной баланс асфальтоукладчика
При определении мощности двигателя асфальтоукладчика необходимо учитывать мощность на перемещение асфальтоукладчика, привода питателя, шнека, уплотняющего бруса, вспомогательных механизмов и механизмов управления.
Мощность, затрачиваемая на перемещение асфальтоукладчика, кВт
N пер |
= |
ΣW υ p |
, |
(1.16) |
|
||||
|
|
60 ηТ |
|
где ηТ – КПД трансмиссии привода движителя (ηТ ≈ 0,85).
Мощность привода скребкового питателя Nп расходуется на перемещение и подъем материала, на преодоление сил трения, возникающих между слоем смеси, находящейся на питателе и в бункере. При горизонтальном расположении питателя мощность, кВт
9
|
|
Nn |
= |
1,5 П k Lω g |
, |
(1.17) |
|
|
|
||||
|
|
|
|
3600ηП |
|
|
где L – |
максимальный путь перемещения смеси, (L ≈ 0,7 Вmin) м; |
|
||||
Вmin – |
минимальная ширина укладки, м; |
|
||||
k – |
коэффициент, учитывающий расход смеси через распределитель (для |
|||||
скребкового питателя k = 1); |
|
|
|
|
||
ω |
– |
коэффициент, |
характеризующий свойства |
смеси (для |
||
асфальтобетонной смеси ω = 2…3); |
|
|||||
ηП – |
КПД привода питателя (ηП ≈ 0,87). |
|
||||
Мощность привода двух распределительных шнеков Nш подсчитывают |
||||||
по формуле (1.17). При этом принимают kш = 0,6; Lш = 0,5 (Вmax – 0,6), |
ωш = 5. |
Мощность привода трамбующего бруса Nбр расходуется на преодоление сил трения бруса о выглаживающую плиту под действием давления, оказываемого пружиной Sпр, и сопротивлением перемещению призмы смеси W3, а также на преодоление сил сопротивления среды Р при ее уплотнении (рис. 1.2).
Сила трения трамбующего бруса о выглаживающую плиту
|
F / = ( S |
пр |
+ W ) f |
3 |
, |
(1.18) |
|
тр |
3 |
|
|
||
где Sпр – |
усилие поджатия пружины ( Sпр = 0,5 …0,7 |
кН), кН; |
||||
W3 – |
сопротивление перемещению призмы смеси перед трамбующим |
|||||
брусом, определяемое по формуле (1.11); |
|
|
|
f3 – коэффициент трения трамбующего бруса о плиту ( f3 = 0,2 …0,3).
Рис. 1.2. Схема сил, действующих на трамбующий брус асфальтоукладчика
10