Объясните основные зависимости для определения сил, действующих на автогрейдер

К главным и основным параметрам автогрейдеров относятся: масса автогрейдера та, удельная мощность, высота отвала с ножом (Но), длина отвала без удлинителя Lo, скорости движения, высота подъема отвала в транспортное положение h, угол резания, боковой вынос отвала l, заглубление (опускание) отвала ниже опорной поверхности hГ; колесная формула; угол для срезания откосов между опорной поверхностью и режущей кромкой отвала, вынесенного за пределы основной рамы и наклоненного так, что один край режущей кромки находится на опорной поверхности, а другой максимально поднят (= 0… 80°); угол наклона отвала или угол зарезания, аналогичен, но определяется при положении отвала, симметричного оси автогрейдера (= 0. .30°); угол захвата (рис. 3)—угол в плане между режущей кромкой отвала и осью автогрейдера (= 0±90°); при вырезании грунта = 30…40°; при перемещении = 60…75°, при планировке = 90°.

Радиус кривизны отвала.

.

где — угол опрокидывания отвала, во избежание пересыпания грунта за отвал =65… 75°; при установке отвала.

.

где — центральный угол, град.

Производительность. При постройке насыпи из боковых резервов производительность (м3/ч).

(1).

где V — объем грунта, перемещаемого за один проход, м3.

(2).

=1,8…2,0 — коэффициент наполнения; =30…40° — угол естественного откоса; —продолжительность цикла, с;

, и, , — длина пути (м) и скорость (м/с) соответственно резания, перемещения и обратного (холостого) хода; — время на переключение передач, с; =5 с; t0— время на опускание и подъем отвала, с; to=1,5… 2,5 с; — время поворота в конце участка, с; — коэффициент разрыхления грунта.

Тяговые сопротивления и тяговый расчет. Различают два режима работы автогрейдера: рабочий и транспортный. Для первого характерны большие тяговые сопротивления и малые скорости движения, а для второго при движении с поднятым отвалом—большие скорости движения и сравнительно малые тяговые усилия.

При рабочем режиме общее тяговое сопротивление (кН).

(3).

где — сопротивления соответственно резанию грунта, трению ножа о грунт, перемещению призмы волочения по грунту, перемещению грунта вдоль отвала, перемещению грунта вверх по отвалу, перемещению автогрейдера на колесах, преодолению уклона пути и разгона автогрейдера до установившейся рабочей скорости, кН; ;— соответственно суммарные сопротивления копанию и перемещению, кН.

Сопротивление (кН) резанию грунта.

(4).

где — удельное сопротивление грунта резанию ножом, кН/м2: SC проекция площади поперечного сечения стружки грунта на плоскость, перпендикулярную к направлению движения автогрейдера, м2; при угле захвата =90° и <90° и угле зарезания = 0 (отвал горизонтален) соответственно (м2).

Sc = Lohpи;(5).

Lo — в м; h0 глубина резания, м.

При резании половиной длины отвала.

где все линейные размеры — в м.

Сопротивление (кН) трению ножа о грунт.

где — вертикальная составляющая суммарного усилия, действующего на нож, зависящая от типа автогрейдера, положения ножа внутри базы, угла захвата и определяемая из общей схемы сил, действующих на автогрейдер, кН. Для ориентировочных предварительных расчетов при колесных схемах 123, 112, 133 для легких автогрейдеров =2,5… 40,0 кН, средних =40… 60 кН, тяжелых =60 … 80 кН;fc— коэффициент трения стали о грунт.

Сопротивление (кН) перемещению призмы волочения.

(7).

где —вес призмы волочения, кН; —удельный вес грунта, кН/м3; — коэффициент разрыхления грунта; — угол трения грунта о грунт.

Сопротивление (кН) перемещению грунта вдоль отвала.

(8).

и вверх по нему.

(9).

где — сила перемещения призмы волочения, нормальная в плане к отвалу, кН; — сила трения грунта при движении вдоль отвала.

Общее сопротивление копанию грунта автогрейдером (кН).

Сопротивление перемещению автогрейдера (кН).

.

где —суммарный коэффициент сопротивления качению колес;

— суммарная нормальная реакция на все колеса, кН; — масса автогрейдера, кг; g=9,81 м/с2; — угол наклона поверхности движения к горизонту, град.

При <10°.

при >10°.

Сопротивление F8(кН) определяют как силу инерции при разгоне.

(10).

где — масса автогрейдера и грунта в призме волочения, кг; vp— рабочая скорость движения, м/с; tP — время разгона, с; =3… 5 с. '.

Сила сцепления автогрейдера (кН).

.

где — характеристика развески колес по осям автогрейдера; е=1 при схеме 333, 133, 222 и =0,7…0,75 при схеме 112 и 123; Gа — полный конструктивный вес, кН.

Номинальная сила тяги по сцеплению (кН), соответствующая 20% коэффициента буксования, при котором тяговая мощность близка к максимальной,.

Условия возможности рабочего движения по сцеплению.

При движении с установившейся рабочей скоростью (F8=0)возможную максимальную площадь сечения вырезаемой стружки Sc (м2) определяют из уравнения.

.

где левая часть уравнения представляет собой свободное тяговое усилие, которое реализуется непосредственно для копания. При разработке автогрейдером выемки площадью поперечного сечения SK (м2) необходимое число проходов.

где — коэффициент, учитывающий неравномерность сечения стружки при отдельных проходах; = 1,30 … 1,35; Sc — по уравнению (5).

При транспортном режиме общее тяговое сопротивление (кН).

где F9— сопротивление воздуха, кН; F8 — по формуле (10), кН.

Сопротивление воздуха (кН).

где k0— коэффициент обтекаемости;

k0 =0,6…0,7 Н-с2/м4; — лобовая площадь, м2;

; vT — установившаяся транспортная скорость, км/ч.

Мощность двигателя.

На первой рабочей скорости при режиме максимальной тяговой мощности с учетом коэффициента буксования 6 = 20% двигатель должен работать на режиме максимальной мощности (кВт).

(11).

где Ga — в кН; vp — в м/ч; — общий КПД трансмиссии, kBЫX— коэффициент выходной мощности двигателя; kBЫX=0,9; ko — коэффициент, учитывающий отбор мощности на привод вспомогательных механизмов (подъем отвала и др.);. ko =0,75.. 0,90.

Мощность (кВт) при передвижении на максимальной транспортной скорости vтmax.

(12).

гдеGa и F9— в кН; —в м/ч.

По наибольшему значению N [формулы (11) и (12)] с коэффициентом запаса = 1,2 … 1,4 подбирают двигатель.

Рис. 3. Схема к расчету автогрейдера в рабочем режиме (а) и его отвала (б)

Внешние силы и реакции, действующие на автогрейдер. Рассмотрим внешние силы и реакции на примере наиболее распространенного автогрейдера с колесной схемой 123 при копании грунта (рис. 3, а). На автогрейдер действуют активные силы: Ga— вес автогрейдера (кН), силы тяги на ведущих колесах Рк2 и Рк3. Реактивные силы — суммарные нормальные составляющие реакции на передние R1и задние R'2и R’zколеса, суммарные касательные составляющие на те же колеса foR1, foR'2и foR’Z (сопротивления движению колес), составляющие реакции, действующие на отвал, Rx, RyиRz, боковые горизонтальные реакции F'1F'2, F'3и F1.

При рассмотрении этой системы сил сделаны следующие допущения: пренебрегли смещением реакций R1R'2и R'3 вследствие деформации шин, то есть, так как они малы по сравнению с длиной базы L’a; реакции f0R1, fQR2, f0R'3, F1, F'2и F’Z, силы и расположены в одной плоскости на уровне опорной линии колес; составляющие реакций грунта Rx, Ry, Rzприложены к переднему концу отвала параллельно соответствующим осям координат; на режиме максимальной тяговой мощности; вертикальные составляющие реакций на правые и левые колеса соответствующих осей равны между собой; 2R2'+ 2R3'= R2, которая приложена на оси подвески заднего балансира по оси автогрейдера, соответственно 2foR'2+2foR'3= foR2; общая сила тяги на ведущих колесах и приложена по оси автогрейдера; боковые реакции на задние оси F2'=3' и F2'+F'3=F'1.

Рассматривая отвал как косой клин, можно найти соотношения между составляющими реакции грунта, действующими на отвал где x1и х2 определяются по теории косого клина; в среднем x1=0,15…0,20; х2=0,3…0,4.

Считая, что автогрейдер находится в равновесии под действием системы сил и реакций, показанной на рисунке 2.4.3.1, а, можно найти силы и реакции из шести уравнений равновесия относительно пространственной системы координат xyz. Начало координат в точке О.

Совместным решением этих уравнений определяют реакции Rx, Ry, Rz, R1, R2, F'1 и F1 Возможность реализации тягового усилия Рк проверяют по условию сцепления.

Начертите схему внешних сил, действующих на скрепер, и напишите основные зависимости для их определения В этом расчетном положении на машину действуют следующие силы: сила тяжести тягача GТ, сила тяги тягача ТР, толкающее усилие толкача ТТ, силы сопротивления копанию Р1 и Р2, вертикальные реакции на колесах R1 и R2, силы сопротивления перекатыванию Pf 1 и Pf 2. Величина и точка приложения силы тяжести тягача и скрепера с грунтом обычно заданы или находятся по общеизвестным правилам. Наибольшая возможная сила тяги определяется мощностью двигателя и условиями сцепления ведущего ходового устройства с грунтом. Расчетная сила тяги для самоходного скрепера равна:

Рис. 1 Схема сил действующих на скрепер

где — максимальная окружная сила колесных двигателей, кН,.

— сила сопротивления качению ведущих колес скрепера, кН,.

— коэффициент динамичности, .