Асфальтоукладчики. Конструкция и расчет

Рис.6.7. Схема к определению параметров дебаланса

 

Скорость вращения дебалансного вала виброплиты определяется, об/мин,

              ,                     (6.14)                

где h - толщина уплотняемого слоя, м.

Мощность, затрачиваемую  на привод дебалансного вала, находят по формуле, кВт,

            ,               6.15) где w - угловая скорость вращения дебалансного вала, 1/с,

               .                   (6.16)

 

7. ПОДВЕСКА РАБОЧИХ  ОРГАНОВ

 

Подвеска рабочих органов в значительной степени влияет на ровность укладываемого покрытия.

Неровности покрытий характеризуются  не только отклонениями фактических  отметок от проектных, но и частотой их появления, т. е. амплитудой и длиной волн, наложенных на проектный профиль. На автотранспорт существенное влияние оказывают неровности с длиной волн до 40 м.

На асфальтоукладчиках применяют  жесткую и плавающую подвески рабочих органов. На большинстве самоходных укладчиков принята плавающая подвеска, когда рабочие органы шарнирно крепятся к раме асфальтоукладчика с помощью тяговых брусьев - лонжеронов.

Ровность укладываемого  покрытия зависит (рис.7.1) от длины опорной  базы движителя L_б, ширины подошвы выглаживающей плиты l_пл, положения шарнира относительно опорной базы укладчика l_шр, расстояния от шарнира до задней кромки плиты l_к и высоты расположения шарнира h_шр над дорогой.

 Так как во время  работы асфальтоукладчика рабочий орган уплотняет асфальтобетонную смесь, то даже в установившемся режиме задняя кромка плиты находится ниже передней и плита движется под углом атаки. При его увеличении плита начинает "всплывать", увеличивая толщину укладываемого слоя, и наоборот. Изменение толщины укладываемого слоя Dh зависит от изменения высоты расположения шарнира h_шр [13]:

           .                  (7.1)

Из формулы (7.1) видно, что изменение толщины  укладываемого слоя происходит постоянно, по мере движения укладчика, и зависит  от величины пройденного машиной пути x и координат подвески лонжеронов к раме. Следовательно, чем больше длина лонжеронов, тем лучше сглаживание неровностей основания дороги.

 

   Рис.7.1. Схемы  подвески рабочих органов 

             асфальтоукладчиков:

а - гусеничного; б - двухосного пневмоколесного;

в - четырехосного  пневмоколесного

 

Для обеспечения  заданной ровности покрытия на асфальтоукладчиках используют две системы регулирования угла атаки выглаживающей плиты. Сначала вручную с помощью талрепов (рис.6.5) устанавливается угол атаки плиты, обеспечивающий заданную толщину укладываемого слоя, а во время работы машины автоматическая система отслеживает высоту подвески шарниров лонжеронов к раме машины и при неровном основании выдерживает их положение на постоянной высоте от заданной базовой поверхности.

Анализ конструкций существующих асфальтоукладчиков показывает [11]:

- длина лонжеронов в  среднем в пять раз больше  ширины выглаживающей плиты l_пл;

- шарнир крепления лонжеронов  устанавливается примерно в середине  опорной базы укладчика;

- минимальное расстояние  шарнира крепления лонжеронов к раме от дороги h_шр составляет 250...300 мм;

- расстояние от шарнира  крепления лонжеронов до задней  кромки плиты l_к составляет в среднем: для легких асфальтоукладчиков - 2,5, средних - 3,0 и тяжелых - 3,5 м.

 

8. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

 

Общее сопротивление, возникающее при передвижении асфальтоукладчика, складывается из следующих составляющих: сопротивления перемещению ходовой части укладчика и призмы смеси груженого автосамосвала, сопротивления сил трения рабочих органов по укладываемой смеси и сопротивления от сил инерции автосамосвала и укладчика при движении после их остановок.

Сопротивление перемещению  ходовой части как тележки W₁, Н

           ,                (8.1) где m_а - масса асфальтоукладчика, кг. При проектировании предварительно массу асфальтоукладчика можно определить по зависимости ; m_см - масса смеси в бункере, кг; f₁ - коэффициент сопротивления перекатыванию гусеничного хода по основанию (меньшее значение) или нижнему слою асфальтобетона,             f₁ = 0,003...0,04; i - наибольший продольный уклон асфальтобетонных покрытий, i = 0,07; g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с².

Сопротивление от перемещения  призмы смеси, укладываемой уплотняющим брусом W₂, Н

              ,                  (8.2) где m_пр - масса призмы смеси, кг, определяется по формуле 

             

где H_пр - высота призмы волочения, м. Принимается равной высоте установки шнека, т. е. ; f₂ - коэффициент трения смеси по смеси, f₂ = 0,8.

Сопротивление перемещению при толкании груженого  автосамосвала W₃, Н

             ,             (8.3) где m_с - масса заправленного порожнего автосамосвала (табл.3.1); - масса асфальтобетонной смеси в кузове автосамосвала (соответствует его грузоподъемности); f_к - коэффициент сопротивления перекатыванию колес автосамосвала с жесткими шинами по щебеночному основанию, f_к = 0,06.

Сопротивление сил трения рабочих органов по поверхности укладываемой смеси W₄, Н

                ,                 (8.4) где m_р - масса рабочих органов и механизмов, воздействующая на покрытие через выглаживающую плиту. Для расчетов принимается , где - коэффициент, зависящий от ширины уплотняемой полосы, 0,029B+0,07; f_р - коэффициент трения скольжения рабочих органов по смеси (табл.6.2).

Сопротивление от сил инерции груженого автосамосвала и асфальтоукладчика при возобновлении движения после вынужденных остановок W₅, Н

           ,             (8.5) где   t_р - время разгона, t_р = 1...2 с; v - рабочая скорость передвижения машин.

Общее сопротивление, возникающее при передвижении асфальтоукладчика, равно

           .            (8.6)                                    

Для обеспечения  нормальной работы асфальтоукладчика без пробуксовки необходимо, чтобы тяговое усилие по сцеплению было достаточным для преодоления всех сопротивлений, возникающих при работе машины:

              ,                   (8.7) где j_сц - коэффициент сцепления движителя асфальтоукладчика для щебеночного (меньшее значение) или асфальтового основания; j_сц=0,5...0,8.    

 

9. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

 

Необходимая мощность двигателя  асфальтоукладчика подсчитывается как сумма мощностей, затрачиваемых  на работу механизмов машины: N₁ - мощность на передвижение укладчика; N₂ - мощность на работу скребковых конвейеров; N₃ - мощность на привод распределительных шнеков; N₄ - мощность на работу трамбующего бруса; N₅  - мощность на привод вибрационной плиты; N₆ - мощность привода вспомогательных механизмов.

Мощность N_1, расходуемая на передвижение асфальтоукладчика, определяется в зависимости от суммы всех сопротивлений, возникающих при движении машины, кВт

           ,                   (9.1)

где  h_m - коэффициент полезного действия трансмиссии h_m=0,7...0,9 (меньшие значения для гусеничного хода).               

Мощность N₂ расходуется на перемещение и подъем материала, на преодоление сил трения, возникающих между слоями смеси, находящейся на скребковом питателе и в бункере, кВт

           ,                      (9.2)

где W_c - сопротивление перемещению смеси и цепи со скребками, Н

          ,

где L_п - длина транспортера (см. разд. 4.3); f_m - коэффициент сопротивления транспортированию смеси, f_m=0,2; h_c - КПД привода питателя, h_c=0,9; l_c и h₃ - длина одного скребка и высота щели под заслонкой, м; v_c - скорость движения скребков (подсчитывается по формуле (4.2)).

Мощность привода  распределительных шнеков N₃   определяется по формуле, кВт

           ,              (9.3) где K_зп - коэффициент запаса, K_зп = 1,2...1,5; K_ш - коэффициент, учитывающий расход смеси через распределительные шнеки, K_ш=0,6; П_ш -производительность одного шнека (см. формулу (3.4)); L_c - максимальный путь перемещения смеси. Для двух шнеков L_c = B; w_см   - коэффициент, характеризующий свойства смеси, w_см = 5; h_ш - КПД привода шнека, h_ш = 0,9.

Мощность привода  трамбующего бруса N₄ расходуется на преодоление сил трения бруса об асфальтобетонную смесь и выглаживающую плиту, а также на преодоление сил сопротивления смеси при ее уплотнении подошвой трамбующего бруса (рис. 9.1).

Рис.9.1. Схема  сил, действующих на трамбующий брус

 

Сила трения трамбующего бруса о выглаживающую  плиту равна, Н:

              ,

где - сопротивление перемещению призмы смеси перед брусом (без влияния части смеси, увлекаемой отражательным щитом); S_пр - давление поджимной пружины. Без большой погрешности расчет можно упростить, не учитывая давление пружины, но подставить полное значение (определяемое по формуле (8.2)).

Таким образом

              ,

где - коэффициент трения трамбующего бруса о плиту, = 0,2...0,3.

Сила трения трамбующего бруса об асфальтобетонную смесь при его возвратно-поступательном движении, Н:

              .

Суммарное сопротивление  сил трения, Н:

              .

Работа суммарной  силы трения за один оборот вала привода  трамбующего бруса, Дж:

              ,

где - эксцентриситет вала привода трамбующего бруса, = 0,05h.

Удельное сопротивление  со стороны смеси при движении бруса вниз при малой ширине бруса можно принять постоянным и равным P₁, т.е. равным давлению под передней кромкой выглаживающей плиты. Тогда суммарная сила давления бруса на смесь при его движении вниз, Н:

              ,

где                P₁ = 10 000 Па;

                   ,

где - ширина кромки ножа бруса (рис.6.3). Так как частично уплотнение происходит и скосом, примем ширину рабочей кромки равной толщине ножа.

Работа на уплотнение смеси, Дж

              .

Суммарная работа

             .

Мощность N₄, расходуемая на работу трамбующего бруса, кВт:

             ,                   (9.4)

где b - коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки за счет инерции и веса самого груза, b=1,3...1.4; n_б  - угловая скорость вала привода бруса, об/с (см. формулу (6.3); h_бр  - КПД привода трамбующего бруса.

Для определения  затрат мощности N₅ для привода вибрационной выглаживающей плиты воспользуемся зависимостью (6.14), кВт.

Мощность привода вспомогательных механизмов     (топливного насоса и воздуходувки системы обогрева выглаживающей плиты) составляет 1,5...2,0 кВт.

Общая мощность двигателя  асфальтоукладчика равна сумме  мощностей, расходуемых на передвижение машины и работу его механизмов:

        ,            (9.5)

По рассчитанной мощности из табл. 9.1 выбирается соответствующий  двигатель.

Таблица 9.1.

Техническая характеристика некоторых  дизельных

двигателей

 

Характеристика  двигателя	Марка дизельного двигателя
	Д-144-66	Д-144	СМД-14НГ	Д-240Т	А-01М	ЯМЗ-236	ЯМЗ-238М	ЯМЗ_238П
Мощность, кВт	37	44	59	73	96	125	166	194
Частота вращения, об/мин:
номинальная	1800	2000	1800	2200	1700	2100	2100	2100
при максимальном крутящем моменте	1500	1500	1250	1400	1200	1600	1500	1500
Максимальный  крутящий момент, Н×м	248	248	343	375	642	667	883	1039
Удельный  расход топлива при номинальной мощности, г/кВт×ч	237	237	238	224	238	234	232	232
Масса двигателя (сухого), кг	375	385	675	450	1080	890	1075	1130
Габаритные размеры, мм:
Длина	951	951	1066	985	1486	1020	1222	1418
ширина	741	741	746	680	805	1041	1006	1045
высота	848	848	1564	1270	1423	1195	1190	1064