проектирование асфальтоукладчика гусеничного производительностью 270 т/ч

РЕФЕРАТ

Курсовой проект содержит 4 листа чертежей формата А1, пояснительную записку на 49 листах формата А4 включающую 13 рисунков, 3 литературных источника.

АСФАЛЬТОУКЛАДЧИК, ПИТАТЕЛЬ, БУНКЕР, ТРАМБУЮЩИЙ БРУС, КОРОБКА ПЕРЕДАЧ, РЕДУКТОР, ТОРМОЗ, ГИДРОМУФТА, СОПРОТИВЛЕНИЯ, СКОРОСТЬ, МОЩНОСТЬ, ШНЕК, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ.

Цель курсового проекта - проектирование асфальтоукладчика гусеничного производительностью 270 т/ч.

В ходе работы, исходя из данных, производительности, ширины укладываемой полосы, толщины укладываемого слоя асфальтобетонной смеси, наибольшей транспортной скорости, а также других заданных условий были определены основные параметры проектируемого асфальтоукладчика. Затем были рассчитаны различные устройства, рабочие органы, гидросистема и трансмиссия, проведены тяговый и мощностной расчёты.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МАШИНЫ

1.1 Расчёт основных технологических параметров

1.2 Выбор грузоподъёмности и необходимого количества автосамосвалов

2. ПРИЁМНОЕ УСТРОЙСТВО УКЛАДЧИКА

2.1 Упорная балка

2.2 Бункер

2.3 Питатель

3. РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ

4. РАБОЧИЕ ОРГАНЫ

4.1 Трамбующий брус

4.2 Выглаживающая плита

5. ТЯГОВЫЙ РАСЧЁТ

6. РАСЧЁТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

7. РАСЧЁТ ТРАНСМИССИИ АСФАЛЬТОУКЛАДЧИКА

7.1 Расчёт муфты сцепления

7.2 Расчёт коробки передач

7.3 Расчёт бортового планетарного редуктора

7.4 Расчёт тормоза гусеничного ходового механизма

7.5 Расчёт гидромуфты

8. РАСЧЁТ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

8.1 Расчёт гидросистемы привода трамбующего бруса

8.2 Расчёт гидросистемы управления

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Уровень развития и техническое состояние дорожной сети оказывают значительное влияние на экономическое и социальное развитие страны. Надежные транспортные связи способствуют повышению эффективности использования основных производственных фондов, вовлекаются в хозяйственный оборот ресурсы отдельных регионов, создаются условия для развития экономики и экономии общественного времени.

Бурно разбивающийся процесс автомобилизации в нашей стране, рост объемов перевозок и их дальности, повышение скоростей движения требуют совершенствования конструкций дорожных одежд и развития сети автомобильных дорог.

Строительство автомобильной дороги состоит из отдельных технологических процессов, выполняемых в определенной последовательности и требующих больших затрат материальных и трудовых ресурсов.

В последнее время произошли значительные изменения в технологии устройства асфальтобетонных покрытий. Увеличена толщина укладываемого слоя, что улучшает условия структурообразования при уплотнении благодаря сохранению высокой температуры в течение более длительного времени. Укладка асфальтобетонной смеси на большую ширину уменьшает количество продольных стыков, что улучшает качество и долговечность дорожных покрытий, упрощает и удешевляет их сооружение.

Чтобы успешно решить поставленные задачи, необходимо технически оснастить строителей автодорог, обеспечить их высокопроизводительной дорожной техникой.

1. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МАШИНЫ

Рисунок 1.1 – Схема для расчета основных параметров асфальтоукладчика

1.1 Расчет основных технологических параметров

В технологическом расчете в первую очередь определяется количество асфальтобетонной смеси /1/, которое должно загружаться в приемный бункер укладчика, т

, (1.1)

где П_а =270 т/ч – производительность асфальтоукладчика;

t_м – время от момента освобождения от смеси предыдущего автосамосвала до начала разгрузки следующего при «подпоре» самосвалов (при хорошей организации работ), t_м=2,0…2,5 мин,

т.

Геометрическая ёмкость приемного бункера /1/, м

, (1.2)

где К_н – коэффициент наполнения бункера, К_н=0,6…0,7;

 – насыпная объемная масса асфальтобетонной смеси, =1,8 т/м ³,

м ³.

Рабочая скорость передвижения асфальтоукладчика при непрерывном движении машины /1/, м/мин

, (1.3)

где  – объемная масса уложенной смеси, =2,0 т/м ³;

В=9 м – ширина укладываемой полосы;

h=0,15 м – толщина укладываемого слоя.

м/мин.

Для подачи асфальтобетонной смеси из приемного бункера к распределительным шнекам применяются два скребковых питателя. Скорости движения цепей питателей синхронизированы со скоростью передвижения укладчика. Суммарная производительность питателей на 50 % больше производительности асфальтоукладчика, то есть 1,5Ħ270=405 т/ч. Для регулирования количества смеси, подаваемой питателями к шнекам, служат заслонки.

Питатели подают асфальтобетонную смесь к двум распределительным шнекам, наибольшая производительность каждого из которых должна быть равна производительности скребкового питателя,

П_ш=0,75ĥП_а, (1.4)

П_ш=0,75Ħ270=203 м/ч.

1.2 Выбор грузоподъемности и необходимого количества автосамосвалов

Эффективность работы асфальтоукладчика в значительной степени зависит от правильной организации транспортирования асфальтобетонной смеси.

Количество асфальтобетонной смеси, загружаемое в приёмный бункер укладчика, определяется по формуле (1.1), в соответствии с которой по таблице 3.1 /1/ выбирается автосамосвал грузоподъёмностью близкой этому количеству. Таким самосвалом является КамАЗ-5511 с грузоподъёмностью 10 т.

Число автосамосвалов для безостановочной работы асфальтоукладчика определяется по формуле,

, (1.5)

где П_с – производительность автосамосвала, подвозящего асфальтобетонную смесь со смесительной установки к укладчику, т/ч.

Производительность автосамосвала, подвозящего асфальтобетонную смесь со смесительной установки к укладчику, определяется по формуле

, (1.6)

где g_с =10 т – грузоподъемность самосвала, т;

Т_ц – время цикла, мин.

Время цикла, определяется по формуле,

, (1.7)

где t_гр – время загрузки кузова автосамосвала асфальтобетонной смесью, мин;

t_м – время от момента освобождения от смеси предыдущего автосамосвала до начала разгрузки следующего при «подпоре» самосвалов (при хорошей организации работ), мин; t_м=2,0…2,5 мин;

t_в – длительность разгрузки кузова автосамосвала, мин t_в=1,5…2,0 мин;

L=3,75 км – дальность возки асфальтобетонной смеси, км;

v_ср =25 км/ч – средняя скорость движения автосамосвала, выбранная по таблице 3.2 /1/.

Время загрузки кузова автосамосвала асфальтобетонной смесью, определяется по формуле,

t_гр=0,5Ħg_c+2,

t_гр=0,5Ħ10+2=7 мин.

мин;

т/ч;

 шт.

2. ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО УКЛАДЧИКА

2.1 Упорная балка

К приемным устройствам относят: упорную балку с толкающими роликами и бункер.

Так как прием материала из автосамосвалов производится без остановки асфальтоукладчика, последний толкает перед собой разгружающийся автосамосвал, упираясь в колеса упорными балками с толкающими роликами. Упорная балка (рисунок 2.1) представляет собой присоединенный к нижней раме 1 укладчика металлический брус 2, к которому спереди на проушинах 3 крепятся два толкающих ролика 4, расположенных по осям задних колес 5 автосамосвала.

Рисунок 2.1 Схема работы поворотной балки асфальтоукладчика

В конструкциях современных асфальтоукладчиков применяют поворотные упорные балки, шарнирно укрепленные на нижней раме. Это объясняется тем, что направление движения укладчика не всегда совпадает с направлением движения автосамосвала, например, при его подъезде к укладчику или на закруглениях дороги.

При жестком закреплении упорной балки в контакте с колесами автосамосвала находится один толкающий ролик, возникает несимметричная нагрузка на раму, разворачивающая укладчик, машину трудно удержать по курсу, что ведет к нарушению ровности покрытия.

Благодаря установке поворотной балки оба толкающих ролика нагружаются равномерно, облегчается управление асфальтоукладчиком и отпадает необходимость в дополнительном маневрировании автосамосвалов при подъезде к укладчику.

Анализ существующих в мире конструкций асфальтоукладчиков позволяет рекомендовать следующие параметры упорной балки рисунок 2.2

Рисунок 2.2 Схема к определению основных параметров упорной балки

Длина упорной балки В_у – 2300 мм;

Длина толкающего ролика b_р – 650 мм;

Диаметр толкающего ролика d_р – 1000 мм;

Расстояние от оси ролика до дороги h_р – 400 мм.

2.2 Бункер

Бункер асфальтоукладчика, предназначен для приема материалов непосредственно из кузова автосамосвала, служит для нормальной работы укладчика с заданной производительностью. Таким образом, бункер согласует циклическую подачу асфальтобетонной смеси с непрерывной её укладкой в покрытие.

Приёмные бункеры бывают двух типов: с активным питающим органом – питателями, и не имеющими питателей – бездонные, у которых днищем служит основание дороги.

На самоходных асфальтоукладчиках нашли применение бункеры с питателями (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 – Бункер

Бункер асфальтоукладчика образован передними стенками 1 рам, левой 2 и правой 6 боковинами, а дном служат стальные листы, закрепленные на раме на всю ее длину. По этим листам асфальтобетонная смесь перемещается скребковыми питателями из передней в заднюю часть машины.

Заслонки бункера 3 и 5 шиберного типа, установлены на передней стенке верхней рамы, перемещаются винтами 4 и служат для регулирования количества смеси, подаваемой к распределительным шнекам.

Поворачиваемые гидроцилиндрами 7 боковины облегчают поступление смеси на питатели и ликвидируют ручной труд по очистке боковых стенок.

Ширина бункера В_б = 3,2 м (рисунок 2.3) не зависит от типа асфальтоукладчика, а определяется габаритными размерами автосамосвала

Ширина боковин b_б составляет 0,6 м в зависимости от принятой ширины скребкового транспортёра.

Угол наклона нижней части боковин  составляет 15^о, при подъеме угол наклона нижней части боковин  составляет 53^о.

Рисунок 2.4 – Основные параметры бункера

Высота задней стенки бункера h_з в существующих моделях машин составляет 1,28 м, а высота передней стенки h_п = 0,85.

Задавшись значениями геометрических параметров бункера (В_б = 3,2 м.; в_б = 0,6 м.; ; ; h_з =1,28м.; h_п =0,85 м.), подсчитываем его длину.

Геометрическая ёмкость бункера /1/ равна (рисунок 2.4):

V=V₁+V₂+V₃

в развернутом виде:

.

отсюда выразим длину бункера:

;

м.

2.3 Питатель

Наибольшее распространение получили асфальтоукладчики с двухсекционными питателями, работающими по принципу погруженных скребков.

Скребковый питатель (рисунок 2.5) получает крутящий момент от приводной звёздочки 7 на ведущие звёздочки 1, установленные на приводном валу 5, вращающимися в подшипниковых опорах 6. тяговые цепи 2 натянуты с помощью винтового натяжного устройства 3 между ведущими звёздочками 1 и натяжными колёсами 8.

Рисунок 2.5 – Питатель

На цепях закреплены скребки 4, которые при работе питателя скользят по стальным листам днища бункера и, находясь в погруженном состоянии, транспортируют асфальтобетонную смесь из бункера к распределительным шнекам. Нижняя ветвь тяговой цепи проходит под днищем бункера.

Ведомый вал размещается в передней части приемного бункера под передней стенкой, ведущий вал со звездочками 1 - в задней части рамы асфальтоукладчика.

Использование тяговых цепей с большим шагом и стесненные условия для размещения скребкового конвейера требуют применения звездочек с малым количеством зубьев (от 4 до 8). На натяжном валу вместо звездочек обычно применяются гладкие колеса 8, по которым обкатывается тяговая цепь 2.

В качестве тяговых цепей используются специальные цепи с большим разрывным усилием с шагом от 62,8 до 106 мм. Желательно применение разборных цепей, позволяющих быстрее устранить поломки во время эксплуатации асфальтоукладчика.

Натяжное устройство питателя 3 состоит из специальных винтов с гайками, общий ход натяжного винта составляет до 1,5 шага цепи.

Скребки 4 питателя вставляются между звеньями тяговых цепей и по концам закрепляются шплинтами или крепятся болтами с потайными головками.

Скребки и наконечники скребков изготавливаются из кованой стали с повышенной износостойкостью.

Днище питателя делают из листовой износоустойчивой стали толщиной 8...12 мм.

На всем протяжении питателя тяговые цепи имеют козырьки, ограждающие их от попадания асфальтобетонной смеси. В бункере козырьки крепят на шарнирах для облегчения доступа к тяговым цепям.

Основным параметром скребкового питателя является производительность. Суммарная производительность питателей должна быть 1,5·П_а. то есть 1,5·270=405 т/ч.

Анализ существующих моделей асфальтоукладчиков показывает, что длина скребков l_c (рисунок 2.5) находится в пределах 450...760 мм и зависит от ширины днища бункера.

Рисунок 2.6 – Схема к определению основных параметров скребкового питателя: а – схема питателя; б – схема скребка

Учитывая, что высота подъема заслонки не должна превышать h_з≤0,3l_п, можно определить скорость движения скребков, м/мин:

, (2.1)

где l_с = 0,76 м – длина скребков;

h_з = 0,3· h_п = 0,3·0,85=0,255 м – высота подъема заслонки;

т/м ³ –насыпная объёмная масса асфальтобетонной смеси;

К_v – коэффициент скорости, К_v=0,8;

К_уп – коэффициент, учитывающий уплотнение смеси скребками питателя, К_уп=1,05.

м/мин.

Шаг тяговой цепи t_ц принимаем 80 мм, шаг скребков t_с=3·80=240 мм, высота скребков h_с=20 мм, ширина b_с=60мм.

Длина питателя равна L_п=1,5·l_б=1,5·2=3 м, а длина заборной части питателя, находящейся в бункере – L_п.б.=0,4·L_п=0,4·3=1,2 м.

3. РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ АСФАЛЬТОБОТОННОЙ СМЕСИ

Для распределения асфальтобетонной смеси по ширине укладываемой полосы применяют шнековые распределители.

Основным параметром шнекового распределителя является производительность П_ш , определяемая по формуле (1.4) и численно равная 203 т/ч.

Для шнеков асфальтоукладчика принимается диаметр шнека D_ш равный шагу шнека t_ш=0,35 м.

Частота вращения шнека /1/ равна

, (3.1)

где: D_ш =0,35 м – диаметр шнека;

t_ш =0,35 м – шаг шнека;

К_пр – коэффициент снижения производительности из-за проскальзывания и прессования материала, К_пр = 0,95;

К_з – коэффициент заполнения сечения, К_з = 0,7.

 об/мин.

Важным с точки зрения нормальной работы шнека являются координаты расположения шнека в шнековой камере (рисунок 2.6).

Анализ конструкции показывает, что координаты расположения шнека в шнековой камере практически не зависят от диаметра шнека D_ш.

Рисунок 3.1 – Координаты расположения шнека в шнековой камере

Расстояние от шнека до дороги H_ш=300 мм. Расстояние от шнека до отражательного щита рабочего органа А_ш=270 мм. Расстояние от шнека до переднего щита С_ш=240 мм. Расстояние от шнека до нижней кромки рабочего органа S_ш=400 мм.

4. РАБОЧИЕ ОРГАНЫ

Рабочие органы асфальтоукладчика предназначены для профилировки, предварительного уплотнения укладываемого слоя и отделки его поверхности.

4.1 Трамбующий брус

Масса трамбующего бруса /1/ определяется по формуле:

, (4.1)

где: l_бр = 0,03 м – толщина трамбующего бруса (по оси движения машины);

В=9 м – ширина укладываемой полосы;

h=0,15 м – толщина укладываемого слоя;

кг/м ³ – объёмная масса уложенной смеси.

 кг.

Эксцентриситет вала трамбующего бруса /1/, м:

r=0,05·h, (4.2)

r=0,05·0,15=0,008 м.

Ход трамбующего бруса равен 5 мм.

Скорость вращения эксцентрикового вала трамбующего бруса определяется из выражения;

, (4.3)

 об/мин.

Проведенные исследования /1/ позволили установить взаимосвязь между числом уплотняющих воздействий уплотняющего бруса и коэффициентом уплотнения асфальтобетонного покрытия;

, (4.4)

где:  = 0,5 м – ширина выглаживающей плиты (от оси движения машины);

V = 1,7 м/мин – скорость передвижения укладчика.

4.2 Выглаживающая плита

Выглаживающая плита служит опорой рабочего органа и формирует поперечный профиль, уплотняет укладываемое покрытие и отделывает его поверхность.

Основные параметры выглаживающей плиты определяются следующим образом.

При рабочей скорости движения асфальтоукладчика менее 5,5 м/мин, применяется статическая выглаживающая плита.

, (4.5)

где: F – площадь поверхности контакта с уплотняемой поверхностью выглаживающей плиты

F=l_пл·B, (4.6)

F=0,5·9=4,5 м ²;

=419·10 ³ Па - предельно допустимое напряжение сдвига асфальтобетонной смеси/1/;

с=50·10 ³ Па – внутреннее сцепление уплотняемого материала/1/;

j=35^о – угол внутреннего трения смеси (tgj=0,7);

l - коэффициент, определяемый по формуле:

, (4.7)

где: , (4.8)

, (4.9)

где: x=0,995 – относительна координата;

m=0,2 – коэффициент Пуассона асфальтобетонной смеси;

=0,477 – коэффициент трения плиты о рабочую поверхность/1/.

;

;

;

 кг.

5. 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 равно

W₁=g·(m_a+m_см)·(+), (5.1)

где: g=9,8 м/с ² – ускорение свободного падения;

m_а – масса асфальтоукладчика.

При проектировании массу асфальтоукладчика можно определить по зависимости m_а=56·П_а+4600, то есть m_а=56·270+4600=19720 кг.

m_см=10000 кг – масса смеси в бункере;

=0,01 – коэффициент сопротивления перекатыванию гусеничного хода по основанию или по нижнему слою асфальтобетона;

=0,07 – наибольший продольный уклон асфальтобетонных покрытий.

W₁=9,8·(19720+10000)·(0,01+0,07)=23300 Н. (5.2)

Сопротивление от перемещения призмы смеси, укладываемой уплотняющим брусом равно:

W₂=g·m_пр·, (5.3)

где: m_пр – масса призмы смеси, определяется по формуле:

,

где: Н_пр – высота призмы волочения. Принимается равной высоте установки шнека, то есть Н_пр=D_ш+h=0,35+0,15=0,5 м.

 кг,

=0,8 – коэффициент трения смеси по смеси.

W₂=9,8·1350·0,8=10584 Н

Сопротивление перемещению при толкании груженого автосамосвала;

W₃=g·(m_c+m"_см)·(+i), (5.4)

где m_c=8850 кг – масса заправленного порожнего автосамосвала /1/;

m"_см=10000 кг – масса асфальтобетонной смеси в кузове автосамосвала (соответствует его грузоподъемности);

=0,06 – коэффициент сопротивления перекатыванию колёс автосамосвала с жесткими шинами по щебеночному основанию;

W₃=9,8·(8850+10000)·(0,06+0,07)=24015 Н.

Сопротивление сил трения рабочих органов по поверхности укладываемой смеси определяется по зависимости;

W₄=g·m_р·, (5.5)

где: m_р – масса рабочих органов и механизмов, воздействующая на покрытие через выглаживающую плиту. Для расчетов принимается;

m_р=К_в·m_а ,

где: К_в – коэффициент, зависящий от ширины уплотняемой полосы,

К_в=0,029·В+0,07,

К_в=0,029·9+0,07=0,33;

m_р=0,33·19720=6508 кг,

W₄=9,8·6508·0,477=30422 Н.

Сопротивление от сил инерции груженного автосамосвала и асфальтоукладчика при возобновлении движения после вынужденных остановок;

, (5.6)

где: =1 с – время разгона;

v=1,7 м/мин=0,03 м/сек – рабочая скорость передвижения машин.

 Н.

Общее сопротивление, возникающее при передвижении асфальтоукладчика, равно;

, (5.7)

 Н.

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

, (5.8)

где: j_сц=0,7 – коэффициент сцепления движителя асфальтоукладчика и основания;

9,8·19720·0,7=135279 Н > 89778 Н.

Условие выполняется.

6. 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 привода вспомогательных механизмов

Мощность N₁ расходуемая на передвижение асфальтоукладчика, определяется в зависимости от суммы всех сопротивлений, возникающих при движении машины:

, (6.1)

где: h_m=0,8 – коэффициент полезного действия трансмиссии;

v=0,03 м/с – рабочая скорость передвижения машины.

 кВт.

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

, (6.2)

где: W_c – сопротивление перемещению смеси и цепи со скребками, Н

W_с=20000·l_c·h_з·L_n·f_m·g₁ ,

где: l_с =0,76 м – длина скребков;

h₃ =0,255 м – высота подъёма заслонки;

L_п =3 м – длина транспортера;

f_m=0,2 – коэффициент сопротивления транспортированию смеси;

= 1,8 т/м ³ – насыпная объёмная масса асфальтобетонной смеси.

W_с=20000·0,76·0,255·3·0,2·1,8=4186 Н.

v_с=11,5 м/мин=0,192 м/с – скорость движения скребков;

h_с=0,9 – КПД привода питателя:

 кВт.

Мощность привода распределительных шнеков N₃ определяется по формуле:

, (6.3)

где L_с – максимальный путь перемещения смеси. Для двух шнеков L_с=В=9 м;

w_см=5 – коэффициент, характеризующий свойства смеси;

К_зп=1,25 – коэффициент запаса;

К_ш=0,6 – коэффициент, учитывающий расход смеси через распределительные шнеки;

h_ш=0,9 – КПД привода шнека.

 кВт.

Мощность привода трамбующего бруса N₄ расходуется на преодоление сил трения бруса об асфальтобетонную смесь и выглаживающую плиту, а так же на преодоление сил сопротивления смеси при ее уплотнении подошвой трамбующего бруса (рисунок 6.1)

Рисунок 6.1 – Схема сил, действующих на трамбующий брус

Сила трения трамбующего бруса о выглаживающую плиту равна:

,

где: W^’"₂ – сопротивление перемещению призмы 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 W₂=10584 Н

Таким образом:

,

где: =0,25 – коэффициент трения трамбующего бруса о плиту,

 Н.

Сила трения трамбующего бруса об асфальтобетонную смесь при его возвратно-поступательном движении;

,

где: =0,477 – коэффициент трения скольжения рабочих органов по смеси,

 Н.

Суммарное сопротивление сил трения равно:

,

Н.

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

А_тр=4·F_тр·r_бр,

где: r_бр – эксцентриситет вала привода трамбующего бруса,

r_бр=0,05·h,

r_бр=0,05·0,15=0,008 м,

А_тр=4·7695·0,008=246 Дж.

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

Р=Р₁·F_бр ,

где: Р₁=10000 Па;

F_бр=В·l_бр,

где: l_бр=0,03 м – ширина кромки ножа бруса. Так как частично уплотнение происходит не только кромкой, но и скосом, примем ширину рабочей кромки равной толщине ножа;

F_бр=9·0,03=0,27 м ²;

Р=10000·0,27=2700 Н.

Работа на уплотнение смеси равна

А_уп=2·r_бр·P,

А_уп=2·0,008·2700=43 Дж.

Суммарная работа:

А=А_тр+А_уп,

А=246+43=289 Дж.

Мощность N₄, расходуемая на работу трамбующего бруса

, (6.4)

где: b=1,3 – коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки за счет инерции и веса самого груза;

n_бр=1274 об/мин=21 об/с – угловая скорость вала привода бруса;

h_бр=0,9 – КПД привода бруса:

 кВт.

Мощность привода вспомогательных механизмов (топливного насоса и воздуходувки систем обогрева выглаживающей плиты) составляет N₅=1,5 кВт.

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

N=N₁+N₂+N₃+N₄+N₅ , (6.5)

N=3,4+0,9+41,4+9,1+1,5=56,3 кВт.

По расчетной мощности выбирается двигатель СМД-14НГ с мощностью 59 кВт.

7. РАСЧЁТ ТРАНСМИССИИ АСФАЛЬТОУКЛАДЧИКА

Трансмиссия асфальтоукладчика соединяет двигатель машины с движителем и служит для изменения тяговых усилий, скорости и направления движения.

7.1 Расчёт муфты сцепления

асфальтоукладчик грузоподъёмность двигатель трансмиссия

Для соединения вала двигателя с трансмиссией в асфальтоукладчике используется сухая однодисковая постоянно замкнутая муфта сцепления.

Размеры муфты сцепления определяются 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 так далее). Тогда расчетный момент трения муфты сцепления будет равен:

М_м=b_м·М_дв , (7.1)

где: b_м=2,5 – коэффициент запаса сцепления при сухом трении;

М_дв=343 Н·м – крутящий момент двигателя (рисунок 7.1);

М_м=2,5·343=772 Н·м.

Рисунок 10 – Расчётная схема фрикционной однодисковой муфты

Радиус приложения равнодействующей сил трения R_ср, (м), определяется по формуле:

, (7.2)

где: m=0,4 – коэффициент трения;

q=0,4 – допустимое для выбранного материала фрикционной накладки давление на поверхность /1/;

b=0,07 – ширина поверхности трения (предварительно принимаем);

z=1 – число пар поверхностей трения (для однодисковой муфты).

 м.

По /1/ принимаем D₂=0,24 м, D₁=0,16 м.

После определения конструктивных параметров оценивается износостойкость фрикционной муфты. Для этого находится удельная работа буксования по формуле:

, (7.2)

где А – работа буксования;

F – площадь одной поверхности;

[l_б]=550 кДж/м² – допустимая удельная работа буксования. В случае, если момент внешней нагрузки равен моменту двигателя М_дв, работа буксования определяется /3/

,

где: t₀=1,5 с – время за которое при выключении муфты крутящий момент убывает от максимума до нуля;

I_а – приведенный момент инерции ведомых масс асфальтоукладчика.

, (7.5)

где: m_а=19720 кг – масса снаряженного асфальтоукладчика (без смеси и упора в автосамосвал, так как расчет ведется для высшей передачи, то есть перемещения на транспортной скорости); r_к=0,22 м – радиус ведущей звёздочки гусеничного хода;  - передаточное число трансмиссии на высшей передаче; n_дв=1800 об/мин – скорость вращения двигателя;  - скорость вращения колеса; v=0,83 м/с – наибольшая транспортная скорость.

 об/мин;

,

 кг м²,

 Дж.

Площадь одной поверхности трения F, (м²), определяется по формуле

F=2·p·R_ср·b, (7.6)

где R_ср=0,1;

b=R₂-R₁=0,04 м.

F=2·3,14·0,1·0,04=0,025 м²,

 Дж/м².

Так как l_б=0,7<500 кДж/м², следовательно, условие  (7.3) выполняется.

Валы муфт рассчитываются на кручение по номинальному моменту двигателя

, (7.7)

где: d – диаметр наименьшего сечения вала;

[t]=90·10 ⁶ Па – допустимое напряжение материала вала, обеспечивает примерно трехкратный запас по пределу текучести.

Выражая из формулы (7.7) d, (м), получаем

, (7.8)

Тогда:

 м.

При расчете учитывается дополнительная деформация пружин от перемещения нажимного диска.

Сила нажатия дисков Q, (Н·м), определяется по формуле

Q=F·q, (7.9)

где: F=0,025 м²;

q=0,4·10 ⁶ Па.

Получаем:

Q=0,025·0,4·10 ⁶=10000 Н.

Суммарная сила нажимных пружин принимается;

Q_п=1,2·Q=1,2·10000=12000 Н.

7.2 Расчет коробки передач

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

На асфальтоукладчике используется восьмискоростная коробка передач. Ряд рабочих скоростей определяется по закону геометрической прогрессии.

Диапазон скоростей определяется

, (7.10)

.

Знаменатель геометрического рада скоростей равен:

, (7.11)

где: z=8 – число скоростей передвижения:

.

Тогда скорости будут равны:

V₂=V_min ·q_m=0,026·1,64=0,043 м/с

V₃=V₂ ·q_m=0,043·1,64=0,071 м/с

V₄=V₃ ·q_m=0,071·1,64=0,116 м/с

V₅=V₄ ·q_m=0,116·1,64=0,19 м/с

V₆=V₅ ·q_m=0,19·1,64=0,312 м/с

V₇=V₆ ·q_m=0,312·1,64=0,512 м/с

V₈=V₇ ·q_m=0,512·1,64=0,83 м/с

Передаточные числа для каждой передачи определяются по формуле

, (7.12)

где n_дв=1800 об/мин – скорость вращения двигателя;

r_к=0,22 – радиус ведущей звёздочки гусеничного хода;

V – скорость на данной передаче;

i_бр=5 – передаточное число бортового планетарного редуктора;

i_ц=2 – передаточное число цепной передачи;

i_рп=2 – передаточное число ременной передачи.

 - передаточное число для 1 передачи;

 - передаточное число для 2 передачи;

 - передаточное число для 3 передачи;

 - передаточное число для 4 передачи;

 - передаточное число для 5 передачи;

 - передаточное число для 6 передачи;

 - передаточное число для 7 передачи;

 - передаточное число для 8 передачи.

7.3 Расчет бортового планетарного редуктора

Бортовыми редукторами называют механизмы трансмиссии, устанавливаемые непосредственно перед ведущими колесами Они предназначены для увеличения крутящего момента, подводимого к ведущим колесам, и уменьшают нагрузку на детали трансмиссии.

Планетарные бортовые редукторы позволяют получать большие передаточные числа при малых габаритах, детали их менее нагружены, они надежнее в работе.

Передаточное число бортового планетарного редуктора подсчитывается по формуле

I_р=1+К, (7.13)

где К – характеристика планетарного ряда;

, (7.14)

где Z_ц и Z_с – числа зубьев центрального и солнечного колес.

Принимая i_р=5 и преображая уравнение (7.13), получим К=i_р-1=5-1=4. Так как К>3, то меньшей шестерней планетарного ряда является солнечное колесо. По рекомендациям Z_с=14. Далее определяем число зубьев центрального колеса, выраженное из уравнения (7.14).

Z_ц=К·Z_c=4·14=56.

Подбор чисел зубьев шестерен планетарного редуктора произведен с условием получения заданного передаточного числа, обеспечения прочности, возможности сборки и геометрической соосности звеньев.

Между зубьями соседних сателлитов обеспечивается зазор d=(3…5) мм (рисунок 7.2), при этом зубья не будут задевать друг за друга, а потери энергии на перебалтывание масла не будет чрезмерным. Исходя из этого имеется 4 сателлита (при К<4,5).

Рисунок 7.2 – Условие соседства сателлитов

Число зубьев сателлита определится по формуле:

, (7.15)

.

7.4 Расчет тормоза гусеничного ходового механизма

Механизм управления приводам хода (рисунок 7.3) предназначен для включения и выключения гидромуфт привода хода, а также для затормаживания левой или правой гусеничной ленты.

Для вычисления тормозного расчетного момента рассматривают два характерных режима работы тормоза: удержание машины на спуске и торможение на горизонтальном участке.

В первом случае при максимальном угле подъема асфальтоукладчика a_max=10⁰ тормозная сила должна отвечать условию

P_m>G_сц·sina_max , (7.16)

где G_сц=G_а=m_аxg – сцепной вес асфальтоукладчика;

m_а=19720 кг – масса асфальтоукладчика.

Рисунок 12 – Схема механизма управления приводом хода

P_m>19720·9,8·sin10 ⁰=33559 Н.

Тормозной момент, необходимый для удержания машины, равен:

, (7.17)

где j_сц=1 – коэффициент сцепления;

r_к=0,22 – радиус ведущей звездочки;

 – коэффициент полезного действия бортового редуктора;

 – коэффициент полезного действия гусеничного хода;

 – коэффициент полезного действия цепной передачи от вала коробки передач до бортового редуктора;

i_р=5 и i_ц=2 – передаточные числа бортового редуктора и цепной передачи.

Н·м.

Для торможения асфальтоукладчика на горизонтальном участке при полном использовании сил сцепления гусениц с Дорожным покрытием, тормозной момент равен

, (7.19)

Н·м.

Из двух расчетных случаев для определения параметров тормоза выбирается больший тормозной момент, то есть М_т=976 Н·м.

С другой стороны, из условия равновесия тормозного шкива тормозной момент находится по формуле

, (7.20)

где Р₀ - окружное усилие на тормозном шкиве;

Р₁ и Р₂ - силы натяжения набегающей и сбегающей ветвей ленты (рисунок 7.3);

Rm=0,175 м - радиус тормозного шкива.

В соответствии с уравнением Эйлера связь между набегающей Р₁ и сбегающей Р₂ силами, определится как

, (7.21)

где m=0,4 — коэффициент трения материала тормозной ленты о шкив;

a=4,71 рад - угол обхвата лентой тормозного шкива;

, (7.22)

Отсюда выражается Р₂

, (7.23)

 Н.

Подставляя численное значение сбегающей силы Р₂ в выражение (7.21), определяется сила Р₁

Н.

Когда линии действия тормозного усилия Р и набегающего (сбегающего при вращении в другую сторону) усилия Р₁ совпадают, величина тормозного усилия определяется

, (7.24)

Н.

Исходя из величины потребного тормозного усилия и учитывая, что усилие, прикладываемое машинистом асфальтоукладчика к рычагу, не должно превышать 120 Н, рассчитывается длина плеч рычагов и тяг.

Перемещение сбегающего конца ленты определяется как

, (7.25)

где d=1,5 10^-3 м – радиальный зазор между лентой и тормозным шкивом в начале ее затягивания;

a=270⁰ – угол обхвата тормозного шкива.

 м.

Ширина фрикционной накладки на тормозную ленту рассчитывается по формуле

, (7.26)

где q=0,4·10 ⁶ Па – допустимое давление в ленточном тормозе.

 м.

Для определения радиальной нагрузки F_m на вал тормозного шкива одноленточного тормоза силы Р₁ и Р₂ переносятся на ось вращения и геометрически складываются;

, (7.27)

 Н.

Работоспособность рабочих поверхностей тормоза проверяют по удельной работе трения и температуре нагрева. Удельную работу трения определяют по формуле

, (7.28)

где n – частота вращения тормозного шкива в начале процесса торможения

Частота вращения тормозного шкива определяется по формуле

, (7.29)

где V=0,83 м/с – максимальная скорость асфальтоукладчика;

i_бр =5 – передаточное число бортового планетарного редуктора;

i_ц =2 – передаточное число цепной передачи;

r_к =0,22 м – радиус ведущей звездочки.

 об/мин,

 МДж/м².

Температура тормозного барабана в конце торможения равна

, (7.30)

где t_н=70⁰ С – начальная температура тормозного шкива;

t=2 с – время торможения;

m_m=25 кг – масса тормозного барабана;

С_r=480 Дж/(кг·град.) – теплоёмкость чугуна.

 ⁰С.

Для тормоза, работающего в условиях сухого трения, разность начальной и конечной температур не должна превышать 80 ⁰С. Данное условие подтверждено расчетами (разность составляет 114-70=44 ⁰С).

7.5 Расчет гидромуфты

В асфальтоукладчиках гидромуфты используются в приводе хода левой и правой гусениц, а также в приводе питателей и шнеков.

При проектировании новой муфты число пар поверхностей трения определится как

, (7.31)

где m=0,1 коэффициент трения фрикционного материала;

i¹_кп=79,7 – передаточное число на первой передаче;

b_ь=1,8 – коэффициент запаса сцепления;

q=4 МПа – допустимое давление фрикционного материала.

штук.

8. РАСЧЁТ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

8.1 Расчет гидросистемы привода трамбующего бруса

Гидропривод трамбующего бруса рассматривается как работающий непрерывно с коэффициентом использования номинального давления, равным 0,9, но число включений в час невелико, поэтому режим работы назначается тяжелый

Номинальное давление в системе привода трамбующего бруса принимается равным Р_Н=10 МПа.

Скорость вращения вала гидромотора равна скорости вращения эксцентрикового вала трамбующего бруса, то есть п_бр=1274 об/мин. Затраты мощности на привад трамбующего бруса определены ранее и равны N₄=9,1 кВт Тогда полезная мощность на валу гидромотора привода трамбующего бруса определится по формуле

, (8.1)

где h_общ=0,87 – общий КПД гидромотора.

 кВт.

Момент который должен преодолеваться гидромотором, равен

, (8.2)

где w_б=p·n_бр/30=3,14·1274/30=133,3 с^-1.

 кН м.

Требуемый рабочий объем гидромотора определяется по зависимости

,

где  – потери давления в гидросистеме, для проектного расчета принимается равным 6% от номинального давления Р_н /7/, то есть  МПа;

 см ³/об.

Требуемый расход рабочей жидкости рассчитывается по формуле;

, (8.4)

 л/мин.

По вычисленным параметрам рабочего объема, скорости вращения вала и крутящего момента по таблице 11.1 /1/ подбирается гидромотор 210.25.

При расчете мощности насоса, приводящего гидродвигатель в действие, учитываются возможные потери давления и расхода в гидросистеме

N_н=N_г·N_ку·N_зс , (8.5)

где К_зу=1,2 – коэффициент запаса по усилию;

К_зс=1,3 – коэффициент запаса по скорости;

N _г=7,7 кВт – полезная мощность на валу гидромотора привода трамбующего бруса.

N_н=10,5·1,2·1,3=16,4 кВт.

Требуемый расход рабочей жидкости, который должен обеспечить насос, определен по формуле (8.4)

Скорость вращения вала насоса принимается равной 1500 об/мин.

Рабочий объём насоса равен

 см ³/об.

По рассчитанным параметрам из таблицы 11.12 /1/ выбирается насос НШ-98.

При гидравлическом расчете определяется внутренний диаметр трубы

, (8.6)

где v – скорость потока жидкости.

Для всасывающего трубопровода скорость равна 1,4 м/с, для сливного – 2,0 м/с; для напорного – 4,5 м/с.

Тогда внутренний диаметр трубы равен:

- для всасывающего трубопровода

 мм;

- для сливного трубопровода

 мм;

- для напорного трубопровода;

 мм.

Толщина стенки металлического трубопровода определяется по формуле

, (8.7)

где Р_Н=10 Мпа – номинальное давление рабочей жидкости в системе;

d_вн – внутренний диаметр трубопровода (соответственно равный 51, 42 и 28 мм для всасывающего, сливного и напорного трубопроводов); [s_р]=140 МПа – допускаемое напряжение на разрыв, для стали 20.

Тогда толщина стенки металлического трубопровода равна:

- для всасывающего трубопровода:

 мм;

- для сливного трубопровода

 мм;

- для напорного трубопровода;

 мм.

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.

8.2 Расчёт гидросистемы управления

Усилие Т₁ , которое преодолевают гидроцилиндры подъема рабочего органа, определяется из выражения

, (8.8)

где т_пл =2190 кг – масса плиты

l₁ и а – плечи приложенных сил;

l₁=2·l_пл+0,15=2·0,5+0,15=1,15 м;

а=0,5·l₁=0,5·1,15=0,575 м.

 Н.

В формуле учтена установка в механизме подъёма двух гидроцилиндров.

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

, (8.9)

где Р_Н=10 МПа – минимальное давление в гидросистеме;

h_max=0,92 – механический КПД гидроцилиндра.

 см.

Принимаем D₁ =40 мм.

Ход штока этих цилиндров равен 250 мм, скорость подъема рабочего органа – 0,013 м/с.

Шток изготавливают из трубы, поэтому для определения его наружного диаметра d следует задаться коэффициентом y.

, (8.10)

Рисунок 8.1 – Схема расчета усилий в гидроцилиндре управления боковиной бункера

Гидроцилиндры системы автоматики «Стабилослой» при подъеме рабочего органа преодолевают сопротивление

, (8.11)

где l₂=3 м – расстояние от края плиты до точки подвеса лонжерона.

 Н.

Ход штоков гидроцилиндров системы «Стабилослой» равен 320 мм, а скорость подъема – опускания равна – 5 мм/с.

Так как подъем рабочего органа осуществляется при подаче рабочей жидкости в шоковую полость, то диаметр поршня определяется по формуле

, (8.12)

В этом случае диаметр штока d предварительно выражается через D, задавшись коэффициентом y=1,33, по формуле (8.10).

Перенося D в левую часть уравнения получаем

, (8.13)

Данное выражение числено равняется

 см.

Примем D₂ =40 мм.

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:

, (8.14)

где т_см =9000 кг – масса асфальтобетонной смеси в бункере;

b₁ и с₁ – плечи приложения сил (рисунок 8.3);

 м;

 м.

 Н.

Ход штока этих цилиндров принимается равным 200 мм, скорость подъема – 0,013 м/с.

Диаметр поршня определяется по формуле

, (8.15)

где h_max=0,9 – механический КПД гидроцилиндра.

 см.

Принимаем D₃=100 мм.

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

Полезная мощность на штоке гидроцилиндра равна

, (8.16)

где Т – усилие на штоке гидроцилиндра, Н;

v – скорость перемещения штока, м/с;

 т – общий КПД гидроцилиндра.

,

0,06 кВт;

,

 кВт;

,

 кВт.

Так как скорость перемещения штоков v задана, можно рассчитать производительность насоса Q_Н при подаче жидкости в бесштоковую полость по формуле

, (8.17)

где h_об=1 – КПД гидроцилиндров;

 л/мин.

Рабочий объем насоса определяется по формуле

, (8.18)

 см³/об.

По рассчитанным величинам мощности, расхода, а также величине номинального давления по таблицам 11.1 и 11.2 /1/выбирается гидронасос системы управления НШ-32.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте произведен расчет асфальтоукладчика самоходного, на гусеничном ходу, производительностью 270 т/ч. Благодаря гусеничному ходовому оборудованию спроектированный асфальтоукладчик малочувствителен к неровностям, оказывает небольшое давление на основание, обладает высокой маневренностью и большим тяговым усилием.

При некоторой модернизации на базе данного асфальтоукладчика можно создать машину для регенерации дорожного покрытия.

Благодаря своим достоинствам асфальтоукладчик такого типа, на практике имеет множество модернизаций.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.       Иванченко С.Н., Лещинский А.В. Асфальтоукладчики: Конструкция и расчет: Учебное пособие. – Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-т, 2002, - 104 с.

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

3.       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.