Асфальтоукладчики. Конструкция и расчет

 

 

10. РАСЧЕТ  ТРАНСМИССИИ АСФАЛЬТОУКЛАДЧИКА

 

Трансмиссия асфальтоукладчика  соединяет двигатель машины с движителем и служит для изменения тяговых усилий, скорости и направления движения. В существующих конструкциях асфальтоукладчиков применяются простые и планетарные механические трансмиссии.

Расчет и конструирование  трансмиссии проследим на примере  укладчика ДС-143. Крутящий момент от двигателя 1 (рис.10.1) через муфту сцепления 2 и зубчатую передачу 3 передается на коробку передач 4. Для более равномерной загрузки валов коробки передач крутящий момент снимается с трех валов для привода гидронасоса 5, гусеничного хода машины 6, скребковых питателей 7 и распределительных шнеков 8 [5].

Рис.10.1. Кинематическая схема  асфальтоукладчика

 

Методика выбора двигателя  асфальтоукладчика рассмотрена в главе 9.

 

10.1. Расчет муфты  сцепления

 

Для соединения вала двигателя  с трансмиссией в асфальтоукладчиках обычно используется сухая однодисковая постоянно замкнутая муфта сцепления (рис.10.2).

Во включенном состоянии  ведомый 1 и нажимной 2 диски пружинами 10 прижаты к маховику двигателя, и вращение от ведомого диска через вал 9 передается на зубчатую ременную передачу. Для отключения двигателя от трансмиссии машинист нажимает на педаль, при этом отводка включения 8 нажимает на установленные на опорном диске 3 рычаги 4, которые болтами 6 отводят нажимной диск 2. Для регулировки зазора между рычагами 4 и отводкой включения 8 на болт 6 навернута гайка 5, доступ к которой обеспечивает окно с крышкой 7.

Размеры муфты сцепления  следует определять по значению момента, превышающего момент двигателя. Это  необходимо для обеспечения надежной передачи момента двигателя в трансмиссию при некоторых отклонениях параметров муфт от номинальных (износ дисков, уменьшение усилий пружины и т.д.). Тогда расчетный момент трения муфты сцепления, Н м [8]:

               ,                 (10.1) где - крутящий момент двигателя; - коэффициент запаса сцепления при сухом трении, = 2,0...2,5.

Рис.10.2. Муфта сцепления  двигателя

 

Выразив момент трения муфты через ее конструктивные параметры, находим

            ,              (10.2) где m - коэффициент трения; Q - сила сжатия поверхностей трения дисков, Н; R_ср - средний радиус приложения равнодействующей сил трения (средний радиус трения), м; z - число пар поверхностей трения (для однодисковой муфты z = 1).

Коэффициент трения зависит от разных факторов: материала  и температуры трущихся поверхностей, их состояния и относительной  скорости скольжения. При расчетах условно принимают, что m зависит от материала трущихся поверхностей (табл. 10.1).

                                                 Таблица 10.1.

     Величина  коэффициента трения m и допускаемого

давления q фрикционных материалов

 

	Трение
Фрикционный материал	Сухое		В масле
	q,МПа	m	q,МПа	m
Металлокерамический:
-на  медной основе БМК-1, 263, БС-1, МК-403, МК-5, М-140	0,4	0,4	4,0	0,1
-на  железной основе ФМК-8, ФМК-3а, ФМК-11	0,4	0,3	-	-
Асбокаучуки 6КФ31, 6КФ38, 7КФ31,6КФ15, КФ-2	0,4	0,4	2,5	0,1
Пластмасса  с фенолформальдегидной смолой К-217-57, К-15-6, 143-63, ФК-16Л, ФК-24а	0,4	0,3	2.0	0,1

 

Радиус приложения равнодействующей сил трения, м

              ,               (10.3) где R₁ и R₂ - внутренний и наружный радиусы поверхностей трения (рис.10.3). В практических расчетах с достаточной степенью точности (ошибка 2..3 %) этот радиус определяют по формуле, м

              .               (10.4) 

Рис.10.3. Расчетная схема  фрикционной

однодисковой муфты

 

Радиусы поверхностей трения принимают с учетом размеров маховика двигателя и ГОСТ 1786-80 на размеры фрикционных накладок (табл.10.2). При этом целесообразно принимать наружный радиус по возможности большим, а внутренний - меньшим.

 Сила сжатия дисков, Н         

              ,              (10.5) где F - площадь одной поверхности трения, м; q - допустимое для выбранного материала фрикционной накладки давление на поверхность, Па (табл.10.1); b=R₂-R₁ - ширина поверхности трения, м.

Подставив в  выражение (10.2) значение силы сжатия дисков (10.5), получим формулу для расчета R_ср, м:

               .              (10.6)                               

 

                                                 Таблица 10.2

     Диаметры  и толщина фрикционных накладок

сцепления, мм по ГОСТ 1786-80

 

Диаметр		Толщина	Диаметр		Толщина
наружный D2	внутренний D1		наружный D2	внутренний D1
50	20, 30	2,5	180	100, 120, 125	3
65	30, 40	3.0	190	110, 130, 140	3,5
75	40. 50	3.5	200	120, 130, 140	4, 4,5
85	45, 50	2.5	215	140, 150, 160	4, 4,5
100	60, 70	3.0	225	140, 150, 175	4, 4,5
115	65. 90	3.5	240	160, 180	4, 4,5
140	75, 85, 100	4, 4,5	250	155, 180	4, 4,5
150	90, 100	4, 4,5	280	165, 180, 200	4, 4,5
160	95, 110	4, 4,5	300	165, 175, 200	3,5, 4
170	100, 120	4, 4,5	310	175, 200	4,5, 5, 6

 

По таблице 10.2 следует задаться значением b и, подсчитав значение R_ср по формуле (10.6), подобрать по формуле (10.4) и табл. 10.2 размеры фрикционной накладки.

После определения  конструктивных параметров необходимо оценить износостойкость фрикционной муфты. Для этого находим удельную работу буксования, Дж/м:

              ,                 (10.7) где A - работа буксования, Дж; F - площадь одной поверхности трения, м (формула (10.5)); - допустимая удельная работа буксования. При проектировании новых фрикционных устройств, работающих всухую, удельную работу  буксования свыше 500...600 кДж/м  допускать не следует.

В случае, если момент внешней нагрузки равен моменту двигателя , работа буксования определится, Дж [3]:

              ,               (10.8) где t₀ - время, за которое при выключении муфты крутящий момент убывает от максимума до нуля. Это время - величина конструктивная и для каждой конкретной муфты постоянная. Для расчетов принимается в пределах t₀ = 1,0...1,5 с; I_а - приведенный момент инерции ведомых масс асфальтоукладчика, кг м:

              ,                  (10.9) где m_а - масса снаряженного асфальтоукладчика (без смеси и упора в автосамосвал, т. к. расчет ведется для высшей передачи, т. е. перемещения на транспортной скорости, кг; r_к - радиус ведущей звездочки гусеничного хода, м; - передаточное число трансмиссии на высшей передаче.

По  аналогии  с асфальтоукладчиком ДС-143 для расчетов r_к = 0,22 м.

Передаточное  число  на высшей передаче определяется

              ,

где n_к - скорость вращения колеса, об/мин:

                  .

Приняв максимальную транспортную скорость v = 1,29 м/с, можно определить искомое передаточное число (для рассматриваемого примера).

Валы муфт рассчитывают на кручение по номинальному моменту двигателя

              ,

где d - диаметр наименьшего сечения вала, м; t = 80...100 МПа - допустимое напряжение материала вала, обеспечивает  примерно трехкратный запас по пределу текучести. Валы муфт сцепления изготавливают из углеродистых сталей с последующей термической обработкой (сталь 40Х, 45, 33ХСА и др.).

В фрикционных  муфтах применяют цилиндрические, конические или тарельчатые пружины. При расчете необходимо учитывать дополнительную деформацию пружин от перемещения нажимного диска.

Суммарную силу нажимных пружин принимают  . При выключении муфты зазор между соседними витками пружины должен быть не менее 2 мм. Пружины  рассчитывают обычными методами [1].

 

10.2. Расчет коробки  передач

 

Коэффициент приспособляемости  тракторных двигателей внутреннего сгорания составляет 1,1...1,2; в то же время сопротивление движению асфальтоукладчика может изменяться в 10...12 раз. Диапазон изменения частоты вращения вала двигателя также меньше требуемого диапазона рабочих и транспортных скоростей асфальтоукладчика, поэтому после двигателя устанавливается коробка перемены передач 4 (см. рис.10.1).  Для расчета передаточных чисел трансмиссии необходимо знать диапазон скоростей передвижения асфальтоукладчика.

В задании на проектирование указывается максимальная транспортная скорость передвижения, а минимальная - по аналогии с существующими конструкциями принимается равной 0,026 м/с.

На асфальтоукладчиках обычно используется шести или восьмискоростная коробка передач. Ряд рабочих  скоростей определяется по закону геометрической прогрессии.

Диапазон скоростей определяется:

              .                  (10.10)                                 

Знаменатель геометрического  ряда скоростей

              ,                 (10.11) где z - число скоростей передвижения.

Тогда

              ,

              и т. д.

Так, например,  на асфальтоукладчике  ДС-143  установлена восьмискоростная коробка передач (рис. 10.1). Максимальная скорость 0,733 м/с, минимальная - 0,026 м/с. Диапазон  скоростей:

            

Знаменатель геометрического  ряда скоростей:

            

В соответствии с этим крутящий момент на различных передачах передается следующим образом:

I. Т1-Т6-Т7-Т11-Т12-Т10-Т8-Т15-Т16, а передаточное число   i_I = 115,05;

II. Т1-Т6-Т7-Т11-Т13-Т9-Т8-Т15-Т16, а передаточное число   i_II = 66,09;           

III. Т1-Т6-Т7-Т11-Т14-Т9-Т8-Т15-Т16, а передаточное число   i_III = 41,15;         

IV. Т1-Т6-Т7-Т11-Т10-Т8-Т15-Т16, а передаточное число   i_IV = 23,45;             

V. Т1-Т6-Т7-Т11-Т12-Т10-Т8-Т15-Т17, а передаточное число   i_V = 12,75;          

VI. Т1-Т6-Т7-Т11-Т13-Т9-Т8-Т15-Т17, а передаточное число   i_VI = 7,33;           

VII. Т1-Т6-Т7-Т11-Т14-Т9-Т8-Т15-Т17, а передаточное число   i_VII = 4,54;

VIII. Т1-Т6-Т7-Т11-Т10-Т8-Т15-Т17, а передаточное число   i_VIII = 2,60.

Для получения  заднего хода в зацепление с шестерней Т1 включается блок шестерен Т2, изменяющий направление вращения валов, остальной порядок передачи вращения тот же, что и при движении вперед.

Зубчатые колеса коробки  передач рассчитывают при различных  нагрузках по методике ГОСТ 21354-87. Расчет на прочность при изгибе максимальной нагрузкой проводят для предотвращения хрупкого излома зуба  или остаточных деформаций. Зубчатые колеса изготавливаются из сталей 20Х, 12ХН3А, 18ХГТ, 20ХН3А, 20ХНР, 20ХГНР и др. После цементации и термообработки твердость зубьев достигает HRC 56...63 при глубине слоя цементации 0,8...1,5 мм. Используют также и среднеуглеродистые стали 35ХГТ, 45Х и др., которые для придания поверхностной твердости нагревают токами высокой частоты с последующей закалкой и отпуском.