Автогрейдер среднего класса

 

где W₁ - сопротивление грунта резанию, Н;

      W₂ - сопротивление волочению грунта перед отвалом, Н;

      W₃ - сопротивление движению грунта вверх по отвалу, Н

      W₄ – сопротивление передвижению отвала  по грунту

      W₅ - сопротивление движению грунта вдоль отвала, Н

      W₆ - сопротивление движению автогрейдера, Н.

 

      Сопротивление  грунта резанию отвалом определяется  по формуле:

 

                                               W₁ = k_р· В_о·h·sinφ,     Н,

 

где В_о - ширина отвала, м;

       h - глубина  резания грунта, м;

       k_р - удельный коэффициент сопротивления грунта резанию, принимается в зависимости от типа грунта, k_р = (0,02 ÷ 0,15 ) МПа, меньшее значение принимается для песка, большее для глины.

        φ -  угол захвата отвала, град, значения угла захвата принимается от 50 до 80 гр.

 

Глубина резания определяется из уравнения свободного тягового усилия:

 

G_сц.а·φ_сц = F_с.·k_к ,

 

отсюда имеем

 

F_с = G_сц.а·φ_сц/ k_к, м²

 

где F_с -  площадь сечения срезаемой стружки грунта, м²;

      k_к - удельное сопротивление грунта копанию, которое учитывает не только резание, но и перемещение грунта как перед отвалом, так и вдоль отвала, принимается в зависимости от типа грунта k_к = (0,05 ÷ 0,3) МПа. меньшее значение для песка, большее для глины.

 

Площадь сечения срезаемой  стружки грунта равна:

 

F_с = h·В_о,  м² ,

 

Приравниваем между собой  две последних формулы:

 

G_сц.а·φ_сц/ k_к = h·В_о.

 

Учитывая это, находим  глубину резания:

 

h = G_сц.а·φ_сц / В_о· k_к ,м,

 

Сопротивление грунта перемещению  перед отвалом определяется по формуле:

W₂ = γ₀·V_пр.·μ₁·g sinφ / k_разр. ,Н,

 

где V_пр - объём грунта, находящегося перед отвалом, м³

        γ_о - объёмная масса грунта, кг/м³, принимается в зависимости от грунта, γ_о= 1200÷ 2000 кг/м³, большие значения для глины.

       μ₁ - коэффициент трения грунта о грунт, принимается в зависимости от типа грунта, μ₁ =(0,5 ÷ 1,2), меньшие значения для глинистых грунтов.

        k_разр - коэффициент разрыхления грунта, принимается k_разр = (1,05 ÷ 1,45), большие значения для глины.

       φ - угол  захвата отвала, град

 

Объём грунта, находящегося перед отвалом, определяется по формуле:

 

V_пр = В_о·Н_о ² /2 tgε,  м³,

 

где В и Н - размеры поворотного отвала автогрейдера, м

       ε - угол  естественного откоса грунта, принимается  ε = (30º÷  45º).

        

         Сопротивление перемещению грунта  вверх по отвалу определяется  по формуле

W₃ = γ_о·V_пр.·μ₂·g cos²δ·sinφ / k_разр. , Н,

 

где μ₂ - коэффициент трения грунта о сталь, принимается μ₂ = (0,35 ÷ 0,9), большие значения для липких грунтов.

        δ - угол резания грунта, принимается δ = (30º ÷ 45º).

   

         Сопротивление  передвижению отвала  по грунту определяется по формуле:

 

W₄ = Рп · μ₂, Н,

 

где Рп – усилие прижатия отвала к грунту, принимается Рп = (5000-10000) Н           

 

Сопротивление грунта перемещению  вдоль отвала определяется по формуле:

 

W₅ = γ₀·V_пр.· μ₁ μ₂·g ·cosφ / k_разр., Н,

 

           Сопротивление движению автогрейдера  определяется по формуле:

 

W₆ = G_cц.а·(f + i) ,Н,

 

где G_cц.а – сцепной вес автогрейдера, Н

         f – коэффициент сопротивления движению автогрейдера, принимается f =( 0,1 ÷ 0,2). Большие значения для песка, меньшие значения для глины.

         i - уклон местности, принимается i = (0,01 ÷ 0,025).

 

Проверим условие движения автогрейдера по условию:

 

T_сц.а. ≥ ∑W_i

 

       В случае  не выполнения условия, необходимо  сделать обоснованные изменения  в исходных данных и расчёт  повторить. 

    Б) в процессе  работы автогрейдера с неповоротным  отвалом возникают следующие  силы сопротивления

 

 

Рисунок 11 - Расчетная схема при работе неповоротным отвалом

 

∑W_i = W₁ + W₂ + W₃ + W₄+W₅.

где W₁ - сопротивление грунта резанию, Н;

 

W₁ = k_р· В_о·h, Н

   

      W₂ - сопротивление волочению грунта перед отвалом, Н;

 

W₂ = Gпр.·μ₁

 

      W₃ - сопротивление перемещению грунта по отвалу, Н;

 

W₃ = Gпр.·μ₂·cos²δ

 

      W₄ – сопротивление передвижению отвала по грунту, Н;

 

W₄ = Gо · μ₂

 

где Gо – вес неповоротного отвала, Н

 

G_о = М_о·g

 

      W₅ - сопротивление движению автогрейдера, Н.

 

W₅ = G_cц.а·(f + i)

 

Размеры неповоротного отвала автогрейдера приведены в таблице  2.

 

Таблица 2 - Параметры неповоротного отвала автогрейдера:

 

Тип автогрейдера	Масса автогрейдера ма, т	Ширина отвала В, мм	Высота отвала Н, мм	Масса отвала Мо, кг
Средний	10	2700	470	950
	14	3300	540	980
	11	2900	470	950
	12	2500	480	950
	13	3200	500	980

 

Проверим условие движения автогрейдера по условию:

 

T_сц.а. ≥ ∑W_i

 

       В случае  не выполнения условия, необходимо  сделать обоснованные изменения  в исходных данных и расчёт  повторить. 

 

Производительность автогрейдера:

 

А) при планировочных работах 

 

П_а = 3600·L·(B_оsinφ – а) k_вр./( (L/v_рх.) + t_п.п) n,  м²/ч

 

где В_о - ширина поворотного отвала, м,

       φ - угол захвата ;

       a - величина перекрытия смежных полос, принимается а = (0,2 - 0,3) м,;

       L - длина участка, м; принимается от 150 до 400 м.

       v_р.х - скорость рабочего хода, принимаем по таблице 2 и рекомендуется v_р.х = (1,2 - 2,0) м/с;

        t_п.п - время на поворот и переключения передач, принимается t_п.п = (60 - 80) с.

        n - число проходов по одному следу, рекомендуется n=(1-3) прохода и принимается от 2 до 3;

        k_вр - коэффициент использования автогрейдера во времени принимается k_вр. = (0,85 ÷ 0,95);

 

Б) при резании и перемещении  грунта

 

П_б. = 3600·V_пр.·k_укл.·k_вр/ Т_ц ,  м³/ч ,

 

где V_пр - объем грунта в призме волочения, м³

          k_укл - коэффициент влияния уклона местности, принимается k_укл = (0,8 ÷ 1,2);

k_вр - коэффициент использования автогрейдера во времени, принимается k_вр. = (0,75 ÷ 0,80);

Т_ц - время цикла работы автогрейдера, с

Объем грунта в призме волочения  определяется по формуле 

 

V_пр = В·Н²/2 tgε,  м³,

 

где  В и Н – размеры неповоротного отвала автогрейдера, м;

        ε  - угол естественного откоса грунта, принимается ε = (30  ÷  45)⁰, большие значения принимается для влажных и липких грунтов.

Время цикла работы автогрейдера, с

 

Т_ц = t_р. + t_пр. + t_пл.. + t_х.х. +t_п.п. ,с.

 

где t_р - время резания грунта, с; при скорости движения автогрейдера v_р = (0,5 ÷ 0,7)м/с;

         t_пр - время перемещения грунта, с; при скорости движения v_пр. = (0,8 ÷ 0,9)м/с;_.

         t_пл – время планировки грунта, при скорости движения v_пл. = (0,7 ÷ 0,8)м/с;

         t_х.х. - время холостого хода, с; при скорости движения v_х.х. = (1,0 ÷ 1,2)м/с;

          t_о.ц - время обслуживания цикла., с, принимается t_о.ц = (60 ÷ 80) с.

    Путь перемещения грунта l_пр принимается от 25 до 44 м;

Путь резания грунта l_р принимается от 5,1 до 7 м;

Путь планировки грунта l_пл принимается от 6,6 до 11 м.

 

 

 5 ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ГРУНТА НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ МАШИНЫ

 

Для выбора наиболее эффективного способа  производства работ необходимо учитывать  следующие основные характеристики грунтов; плотность, влажность, сцепление, разрыхляемость и угол естественного откоса.

Из-за того, что некоторые  процессы, выполняемые при производстве земляных работ автогрейдерами, связаны с пропусканием через грунт электрического тока (осушение электроосмосом, оттаивание током), имеет практическое значение также и электропроводность грунта. Так как минеральные частицы, входящие в состав грунта, обычно не являются проводниками, электропроводность грунта зависит от степени  насыщения его влагой.

В процессе производства земляных работ автогрейдерами приходится сталкиваться с явлениями замерзания и оттаивания грунта, причем эти процессы могут быть естественными и искусственными. Поэтому имеют значение и теплофизические характеристики грунтов — их теплоемкость и теплопроводность. Они также в большей степени зависят от влажности грунта, так как соответствующие значения для воды значительно выше, чем для минеральных частиц.

При выполнении одинакового вида работ  производительность автогрейдеров меняется в зависимости от группы и состояния разрабатываемого грунта. Так, при разработке песчаных грунтов сопротивление их перемещению увеличивается и на преодоление этого сопротивления затрачивается значительная мощность двигателя. Во время транспортировки песчаного грунта большая часть его теряется по пути, ссыпаясь по сторонам отвала. При разработке тяжелых глинистых и переувлажненных пылеватых грунтов производительность автогрейдера снижается вследствие значительного сопротивления этих грунтов резанию и большой плотности. Наиболее производительно автогрейдеры работают в супесчаных и суглинистых грунтах, имеющих нормальную влажность (10… 15%). Объем одновременно перемещаемого супесчаного или суглинистого грунта нормальной влажности примерно в 1,5 раза превышает объем глинистого или сухого песчаного грунта при прочих равных условиях.

Так, при транспортировке грунтов I-III групп (кроме сухого песка) на расстояние 40 м сменная производительность автогрейдера в 2,2 раза выше, чем при транспортировке этих грунтов на 100 м.

 

6 ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Наиболее высокая эксплуатационная производительность автогрейдеров может быть достигнута при условии, если работа этих машин на каждом объекте выполняется по предварительно разработанной схеме организации и технологии ведения работ.

При этом должны быть учтены:

 – условия производства работ  (свойства разрабатываемого грунта, характер работ, расстояние, на  которое транспортируется грунт,  рельеф местности и т. п.);

 – технические возможности  автогрейдера (мощность двигателя, размеры отвала, техническое состояние машины);

– квалификация оператора.

Потери перемещаемого автогрейдером грунта возрастают с увеличением расстояния, на которое грунт транспортируется. Следовательно, с увеличением расстояния транспортировки снижается производительность автогрейдеров.

Эффективным средством борьбы с  потерями грунта является сокращение расстояния его транспортировки. Практика эксплуатации автогрейдеров показывает, что наиболее производительно они работают при перемещении грунта на расстояние до 400 м. При перемещении грунта на большее расстояние работы ведут методом устройства промежуточных валиков, траншейным способом или применяют для перемещения грунта одновременно несколько автогрейдеров.

Одним из путей повышения производительности автогрейдеров является сокращение холостых проходок и снижение затрат времени на развороты, т. е. следует  по возможности увеличивать длину  участков. Опыт эксплуатации автогрейдеров  показывает, что при ведении работ  участками длиной в 300–350 м непроизводительные затраты времени составляют около 20 % рабочего времени. Наиболее эффективно автогрейдеры работают на участках длиной 400 – 500 м. Это условие ограничивает применение автогрейдеров на пересеченной местности, где затруднительно выбрать участки достаточной длины, имеющие одинаковые отметки.