Асфальтоукладчики. Конструкция и расчет

 

Расчет трубопроводов состоит  из гидравлического расчета и  расчета на прочность.

При гидравлическом расчете определяется внутренний диаметр трубы, мм

               ,                (11.6) где v - скорость потока жидкости, м/с. Для всасывающего трубопровода скорость равна  0,8...1,4 м/с, для  сливного трубопровода - 1,4...2,0 м/с, для  напорного трубопровода - 3,0...5,0 м/с.

Толщина стенки металлического трубопровода определяется по формуле, мм

               ,                   (11.7) где P_н - номинальное давление  рабочей жидкости в системе,  МПа; d_вн - внутренний диаметр трубопровода, мм; - допускаемое напряжение на разрыв, МПа, для стали 20  = 140 МПа.

По ГОСТ 8734-80 по рассчитанным параметрам сечения выбирается стальная бесшовная холоднодеформированная труба.

В качестве эластичных соединений применяются рукава высокого давления по ГОСТ 6286-73.

Остальная гидроаппаратура (распределитель Р5 и предохранительный  клапан КП1 (рис. 11.1) выбирается по рекомендациям [7].

 

11.2. Расчет гидросистемы  управления

 

Гидроцилиндры Ц1 и Ц2 (рис.11.1) подъема рабочего органа выбираются из условия, что они должны  преодолеть вес рабочих органов и механизмов, воздействующих на покрытие через выглаживающую плиту. Если это статическая выглаживающая плита, используется формула (6. 6), в случае использования виброплиты - (6. 9).

Усилие Т₁, которое преодолевают гидроцилиндры 4 подъема рабочего органа (рис. 11.2),определяется из выражения, Н

             

где - масса плиты, кг; g - ускорение свободного падения, м/с; a и l₁ - плечи приложенных сил, м.

В формуле учтена установка в механизме подъема  двух гидроцилиндров. При проектном  расчете предварительно принимается м, а плечо a равно половине расстояния l₁.

Рис.11.2.  Схема для расчета  усилий в гидроцилиндрах

           подъема рабочего органа:

1-тяга; 2-гидромотор; 3-щиты торцевые; 4-гидроцилиндры подъема рабочего органа; 5-лонжероны; 6-гидроцилиндры cистемы автоматики "Стабилослой"; 7-регулятор толщины укладываемого слоя

 

Коэффициент 0,8 учитывает, что  масса плиты подразумевает массу всего рабочего органа, который через плиту давит на асфальтобетонную смесь, но в данном случае масса лонжеронов должна быть исключена.

Для подъема рабочего органа используются гидроцилиндры одностороннего действия (опускание рабочего органа под собственным весом), следовательно диаметр поршня (цилиндра) можно определить по формуле, см,

                             (11.8) где P_н - минимальное давление в гидросистеме, МПа; h_max - механический КПД гидроцилиндра. В расчетах можно принимать h_max = 0,92...0,96. Меньшие значения механического КПД рекомендуется выбирать для давления рабочей жидкости до 10 МПа, а большие - свыше 10 МПа.

В существующих конструкциях асфальтоукладчиков ход  штока этих цилиндров равен 250 мм, скорость подъема рабочего органа - 0,013 м/с.

Шток гидроцилиндра  работает на растяжение и сжатие. При работе штока на растяжение площадь поперечного сечения его должна быть, мм,

              ,                    (11.9) где - допустимое напряжение на растяжение, МПа.

Силовые гидроцилиндры  являются унифицированными агрегатами, регламентированными отраслевой нормалью. Отношение площади поршневой полости к площади штоковой полости y в первом исполнении равно 1,33, во втором - 1,65.

Шток изготавливается  из трубы, поэтому для определения его наружного диаметра d следует задаться коэффициентом y:

              .                (11.10)

Толщина стенки трубы d_ш рассчитывается по известной площади поперечного сечения F (формула (11.9)) и наружному диаметру d.

           

При работе на сжатие шток гидроцилиндра рассчитывается на устойчивость при продольном изгибе по формуле для расчета центрально сжатых стержней:

                           (11.11) где j -коэффициент продольного изгиба, определяемый в зависимости от гибкости стержня l и марки стали. Обычно для изготовления штоков используется сталь 45.

Гибкость стержня l определяется

              ,                           где l - расчетная длина штока, см; i - радиус инерции сечения штока, см.

             

где I - момент инерции сечения, см⁴. Для кольцевого сечения

           

где d_вн - внутренний диаметр трубы, см; - предельное расчетное сопротивление материала на сжатие, Мпа:

              ,

где s_m - предел текучести стали, МПа. Для стали 45

s_m=360 МПа; K_з - коэффициент снижения допускаемых напряжений, K_з=1,5.

По  табл. 11.3 для расчетного допустимого  напряжения и вычисленного значения l определяется величина коэффициента j и проверяется условие устойчивости по формуле (11.11).

 

                                                    Таблица 11.3

           Коэффициент j продольного изгиба

          центрально сжатых стальных элементов

 

Гибкость	Для стали с расчетным сопротивлением, МПа
l	200	240	180	320	360	400	440
10	0,988	0,987	0,985	0,984	0,983	0,982	0,981
20	0,967	0,962	0,959	0,955	0,952	0,949	0,946
30	0,939	0,931	0,924	0,917	0,911	0,905	0,900
40	0,906	0,894	0,883	0,873	0,863	0,854	0,846
50	0,869	0,852	0,836	0,822	0,809	0,796	0,785
60	0,827	0,805	0,785	0,764	0,749	0,721	0,696
70	0,782	0,754	0,724	0,687	0,654	0,623	0,595
80	0,734	0,686	0,641	0,602	0,566	0,532	0,501
90	0,665	0,612	0,565	0,522	0,483	0,447	0,413
100	0,599	0,542	0,493	0,448	0,408	0,369	0,335
110	0,537	0,478	0,427	0,381	0,338	0,306	0,280
120	0,479	0,419	0,366	0,321	0,287	0,210	0,237
130	0,425	0,364	0,313	0,267	0,247	0,223	0,204
140	0,376	0,315	0,272	0,240	0,215	0,195	0,178
150	0,328	0,276	0,239	0,211	0,189	0,171	0,157
160	0,290	0,244	0,212	0,187	0,167	0,152	0,130
170	0,259	0,218	0,189	0,167	0,150	0,136	0,125
180	0,233	0,196	0,170	0,150	0,135	0,123	0,112
190	0,210	0,177	0,154	0,136	0,122	0,111	0,102
200	0,191	0,161	0,140	0,124	0,111	0,101	0,093

Рис.11.3. Схема  для расчета усилий в гидроцилиндре

             управления боковиной бункера

 

Гидроцилиндры 6 системы автоматики "Стабилослой" (рис.11.2) при подъеме  рабочего органа преодолевают сопротивление, Н,

              ,

где l₂ - расстояние от края плиты до точки подвеса лонжерона, l₂=2,9...3,0 м. Так как подъем рабочего органа осуществляется при подаче рабочей жидкости в штоковую полость (рис.11.2), то диаметр поршня определяется по формуле, см,

            ,            (11.12) в этом случае диаметр штока  d  предварительно нужно выразить через D, задавшись коэффициентом Y, по формуле (11.10).

В существующих конструкциях асфальтоукладчиков ход  штока гидроцилиндров системы "Стабилослой" равен 320 мм, скорость подъема - опускания - 4...7 мм/с и регулируется регуляторами потока жидкости.

Расчет гидроцилиндров управления боковинами бункера асфальтоукладчика производится из условия, что смесь в бункер выгружена неравномерно и на одну из боковин приходится треть силы тяжести смеси:

            ,

где - масса асфальтобетонной смеси в бункере, определяемая по формуле (3.1); b₁ и c₁ - плечи приложения сил (рис.11.3). Размеры бункера определены в разделе 4.2.

 

Рекомендуется ход штока  этих цилиндров принимать равным 200 мм, скорость подъема - 13 мм/с.

Диаметр поршня определяется по формуле (11.8).

Расчеты штока на прочность  и устойчивость проводятся по вышеприведенной методике.

Гидроцилиндры системы управления приводятся в действие одним гидронасосом. Учитывая, что одновременно гидроцилиндры разного назначения не работают, полезную мощность, по которой определяется мощность гидронасоса, следует посчитать для всех гидроцилиндров, и по максимальной выбрать насос.

Полезная мощность на штоке  гидроцилиндра, кВт,

             

где T - усилие на штоке гидроцилиндра, Н; v - скорость перемещения штока, м/с; h_общ - общий КПД гидроцилиндра, для предварительных расчетов h_общ=0,9.

Так как скорость перемещения штоков v задана, можно рассчитать производительность насоса Q_н, л/мин:

- при подаче  жидкости в бесштоковую полость

              ,

- при подаче  жидкости в штоковую полость

             .

При расчетах объемный КПД h_об гидроцилиндров можно принимать равным единице.

По рассчитанным величинам мощности, расхода, а также  величине номинального давления по табл. 11.1 и 11.2 выбирается гидронасос системы  управления.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Анализ существующих в настоящее время в мире конструкций  асфальтоукладчиков позволяет определить основные направления их развития:

- выпуск асфальтоукладчиков  всех типов: прицепных, полуприцепных и самоходных, на гусеничном и пневмоколесном ходу, специализированных и универсальных, малогабаритных и широкозахватных;

- выпуск парных  моделей на гусеничном и пневмоколесном ходу;

- применение  раздвижных рабочих органов;

- применение  гидрообъемного привода рабочих  органов и механизма передвижения;

- повышение  уплотняющей способности с целью  отказа от использования комплекта (легкий, средний, тяжелый катки);

- универсализацию  укладчиков с обеспечением укладки не только асфальтобетонной смеси, но и щебеночных и гравийных смесей, жестких цементобетонных смесей;

- создание на базе  асфальтоукладчиков машин для  регенерации дорожного асфальтобетона.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. М.: Машиностроение, 1978.

2. Артемьев К.А., ,Алексеева Т.В., Белокрылов В.Г. и др. Дорожные машины. Ч.II. Машины для устройства дорожных покрытий. М.: Машиностроение, 1982. 316 с.

3. Борисов С.М. Фрикционные муфты и тормоза строительных и дорожных машин. М.: Машиностроение, 1973. 169 с.

4. Варганов С.А., Марков П.И., Шереметьев Б.М. Машины для укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси. М.: Высш. шк., 1979. 207 с.

5. Кабанов В.В., Кириллова Л.М. Устройство дорожных покрытий асфальтоукладчиками и бетоноукладочными комплексами. М.: Транспорт, 1990. 262 с.

6. Кабанов В.В., Скворцова Л.Б. Параметрический ряд асфальтоукладчиков для строительства автомобильных дорог // Создание и совершенствование дорожных машин: Научные труды ВНИИстройдормаша. 1985. вып. 102. С. 46-49.

7. Каверзин С.В. Гидропривод строительных и дорожных машин. Красноярск, 1975. 126 с.

8. Каптюшин Г.К., Баженов С.П. Конструкция, основы теории, расчет и испытание тракторов. М.: Агропромиздат, 1990. 511 с.

9. Кизряков А.Н., Кабанов В.В., Фруктов П.А. Определение параметров виброуплотняющих органов асфальтоукладчиков // Повышение эффективности ударных машин: Научные труды ВНИИстройдормаша. 1986. вып. 107. С. 63-68.

10. Иванченко С.Н., Шестопалов А.А. Взаимодействие выглаживающей плиты асфальтоукладчика с укладываемым материалом // Актуальные проблемы механизации дорожного строительства. Санкт-Петербург, 1992. С. 32-34.