Материал: Проектирование автогрейдера

Проектирование автогрейдера

Введение

Автогрейдер относится к землеройно-транспортным машинам, так как его работа заключается в срезание слоя земли и транспортирование его в заданном направлении. Это самоходная землеройная машина, так как она снабжена собственной силовой установкой для привода ведущих колес.

Основное назначение автогрейдеров - планировка и профилирование площадей и откосов, разравнивание и перемещение грунта, сыпучих материалов при постройке и ремонте дорог, гидромеханических и других сооружений. Эти работы выполняются отвалом с режущими ножами, размещенным между передней и задней осями автогрейдера и подвешенной к его раме. Важное преимущество автогрейдера заключается в том, что им можно выполнять практически весь цикл земляных работ при строительстве автомобильных и железных дорог, кончая профилированием земляного полотна.

автогрейдер землеройный транспортный тяговый

Исходные данные для проектирования

1. Длина отвала                                                L=4250 мм

. Высота отвала                                       H=720 мм

3. Вес автогрейдера                                 =19000 кг

. Колесная формула                                 1х3х3

. Описание автогрейдера

Автогрейдер предназначен для землеройно-профилировочных работ и служит для эксплуатации в дорожном строительстве. Автогрейдер Д3-98А как мощную и высокоэффективную дорожно-строительную машину целесообразно применять при выполнении особо энергоемких земляных работ большого объема или работ в тяжелых дорожных условиях.

Автогрейдером выполняются следующие работы:

. Строительство и капитальный ремонт грунтовых и гравийных дорог.

. Устройство в грунтовом полотне нароста под основание дороги.

. Перемещение грунта в насыпь.

. Разравнивание насыпного грунта и планировка поверхности.

. Перемещение инертных материалов со стабилизирующими добавками при смешивании их на дороге.

. Киркование (разрыхление грунта и изношенных полотен дорог).

. Планировка поверхности больших территорий.

. Очищение дорог и территорий от снежного заноса.

Автогрейдер (рисунок 1) представляет собой трехосную машину и состоит из двигателя, трансмиссии, ходовой части, рабочего оборудования, механизмов и систем управления, рабочего места машиниста.

Двигатель преобразует химическую энергию топлива, сгорающего в его цилиндрах, в тепловую энергию, а затем в механическую, передаваемую коленчатому валу.

Трансмиссия автогрейдера представляет собой группу механизмов, предназначенных для передачи вращательного движения коленчатого вала ведущим колесам. Механизмами трансмиссии производится плавное троганье автогрейдера с места и остановка, изменение скорости и направления движения. В трансмиссию входят: муфта сцепления, коробка передач, ведущий мост, карданная передача.

Ходовая часть - совокупность элементов, с помощью которых осуществляется передвижение автогрейдера и реализация его силы тяги. К ходовой части автогрейдера относят основную раму с механизмами подвески ведущего моста, переднюю ось с колесами, а также колеса средней и задней осей, конструктивно объединенных в заднюю тележку.

Рисунок 1 - Автогрейдер

- кирковщик, 2 - гидроцилиндр кирковщика, 3 - передняя фара, 4 - основная рама, 5 - рулевое управление, 6 - карданная передача привода переднего моста, 7 - гидроцилиндр подъема и опускания отвала, 8 - подвеска тяговой рамы, 9 - фары кабины, 10-кабина, 11 - воздухоочиститель, 12 - капот, 13 - крыло, 14 - масляный фильтр гидросистемы, 15 - поворотный круг, 16 - отвал, 17 - гидроцилиндр выноса тяговой рамы, 18 - тяговая рама, 19-редуктор поворота отвала, 20-гидромотор

Рабочее оборудование предназначено для непосредственного выполнения операций автогрейдера - резание и перемещение грунта или других материалов.

Рабочее оборудование делится на основное, постоянно установленное на машине, и дополнительное - сменное, предназначенное для вспомогательных операций.

К основному рабочему оборудованию относится отвал 16 с тяговой рамой 18 и механизмом ее подвески 8, к дополнительному - кирковщик 1.

Механизмы и системы управления предназначены для выбора машинистом направления движения автогрейдера, изменения положения рабочего оборудования в процессе работы, быстрой остановки двигателя автогрейдера или удержания его на месте, запуска двигателя, освещения и сигнализации. Механизмы и системы управления включают в себя: рулевое управление, гидросистему, тормоза и электрооборудование.

К рабочему месту машиниста относится: кабина 10 с сидением, пультами управления, система обогрева, вентиляция.

Различают рабочий и транспортный режимы автогрейдера. Основной рабочий режим заключается в срезании и перемещении грунта.

При транспортном режиме, необходимом для передвижения машины к месту работы, отвал 16 максимально поднимают. Работа автогрейдера в этом режиме практически не отличается от работы обычных транспортных средств.

2. Тяговый расчет автогрейдера

Рисунок 2 - Схема сил, действующих на автогрейдер

Общий вес автогрейдера G связан со сцепным весом следующим образом, кг по (5):

, кг,                                              (3.1)

где: -коэффициент, определяемый колесной формулой.

, кг

В свою очередь сцепной вал автогрейдера определяет тяговое усилие на ведущих колесах.

                                           (3.2)

где: коэффициент использования сцепного веса.

Коэффициент данный - величина переменная и зависит, в основном, от коэффициента буксования ведущих колес. При отсутствии буксования  коэффициент  близок к нулю; при 100% буксовании =100% он достигает своего максимального значения

Исследованиями установлено, что существует такой коэффициент использования сцепного веса , при котором мощность, развиваемая автогрейдером на отвале, имеет максимальное значение .

Величина  в естественных условиях работы автогрейдера колеблется в пределах , при этом коэффициент буксования .

Наиболее эффективное использование автогрейдера будет в том случае, когда тяга на ведущих колесах равна оптимальной:

 (H)

Оптимальное сечение стружки, разрабатываемой автогрейдером за один проход, :

,                                           (3.3)

где: К=220000 () - расчетное значение сопротивление грунта копанию, учитывающий как резание, так и перемещение грунта.

=0,43 ().

Мощность на отвале, кВт:

,                                  (3.4)

где: - фактическая скорость движения автогрейдера при выполнении им заданной рабочей операции, км/ч.

Наблюдения за работой автогрейдеров в эксплуатационных условиях показывает, что при вырезания кювета фактическая рабочая скорость машины без применения автоматов не может превышать 4.

Примем фактическую рабочую скорость =3,5 км/ч при =0,2.

=93,467 (кВт).

Потери мощности на буксование, кВт:

,                               (3.5)

где: =0,09 - коэффициент сопротивления перекапыванию в естественных условиях.

 =27,8 (кВт).

Потери мощности на буксование объясняется тем обстоятельством, что ведущее колесо, развивая тяговое усилие, обязательно буксует.

Потери мощности на перекатывание, кВт:

 =16,8 (кВт).

Суммарная мощность на ведущих колесах, кВт:

=138,1 (кВт).

Потребная мощность двигателя, кВт:

,                                           (3.6)

=0,85 - коэффициент полезного действия трансмиссии.

 (кВт).

Выбираем двигатель модели У1Д6-250ТК-С4 - четырехтактный шестицилиндровый дизельный с непосредственным впрыскиванием топлива мощностью =184 (кВт) с номинальной частотой вращения =1500 (об./мин.).

Номинальный момент двигателя, Hм

(Hм)

Расчет скорости движения автогрейдера с механической трансмиссией.

Автогрейдер имеет два четко выраженных диапазона работы.

Первый диапазон соответствует силовым режимам работы - вырезанию стружки, планировке, работе с дополнительными навесным оборудованием.

Второй, транспортный диапазон, соответствует скоростными режимами двигателя, имеющий место при патрулировании дорог, передвижение к месту работы, снегоочистке и т.п.

Для механической трансмиссии минимальное число скоростей в каждом диапазоне должно быть не менее трех.

Передаточное число рабочей передачи.

,                                                      (3.7)

где: а - коэффициент, зависящий от грунтовых условий: при  и , .

с - коэффициент:

,                            (3.8)

где: =0,68 м - статический радиус качения шины.

=69,8

Рабочая скорость ведущих колес, км/ч

=5,5

Проходимость автогрейдера обеспечивается при наличии скорости, позволяющей развить на ведущих колесах максимальное усилие по сцеплению без заглохания двигателя.

Максимальная касательная сила тяги по сцеплению, развивающаяся на колесах.

 (Н)

Максимальная скорость на ведущих колесах.

(км/ч).

Показатель геометрической проекции:

.

Приминаем: .

Третья скорость первого диапазона, км/ч

(км/ч).

Принимаем максимальную транспортную скорость км/ч., тогда скорости во втором диапазоне:

 (км/ч)

(км/ч)

(км/ч)

3. Определение конструктивных параметров

Основным рабочим органом автогрейдера является отвал, размеры которого должны быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить выполнение всех требуемых работ.

Основными параметрами отвала являются длина - и высота по хорде . Длина должна обеспечивать вырезание стружки и перемещение на необходимое расстояние, а высота - формирование валика грунта и перемещение его перед отвалом.

Длина и высота являются исходными данными для проектирования: мм.,

мм.

Форма профиля отвала автогрейдера оказывает существенное влияние на энергоемкость процесса копания. Меньшей энергоемкостью обладает отвал, профиль которого выполнен по дуге постоянного радиуса. Величина радиуса зависит от угла резания , высота отвала  и угла отваливания  (рис. 3.1).

Рисунок 3 - Схема отвала автогрейдера

Угол резания  изменяют в зависимости от вида работы в пределах 30 - 70. Обычно принимают =30 - 45.

Чтобы исключить пересыпание грунта за отвал, угол опрокидывания  принимают равным 65-70.

Приближенно радиус кривизны  определяем по формуле; мм.