Проектирование машин для землянных работ - часть 1

38.623-5-02я73
УДК 621.87+625.7
Проектирование машин для земляных работ / Под ред. А. М. Холодова,—X.: Вища шк. Изд-во при Харьк. ун-те, 1986.— 272 с.
В учебном пособии даны сведения о содержании проектноконструкторской деятельности, об особенностях организации проектирования в вузах. Систематизированы расчетные положения. Рассмотрен расчет основных параметров бульдозеров, скреперов, автогрейдеров, экскаваторов цикличного и непрерывного действия, погрузчиков, машин для уплотнения грунтов. Показано определение внешних нагрузок для расчетов на прочность. Приведены справочные данные, отражающие положения стандартов и результаты последних исследований. Затронуты вопросы технической эксплуатации машин и охраны труда, эргономические требования. Изложены методы нахождения технико-экономических показателей.
Нормативные материалы приведены по состоянию на 1 января 1986 г.
Для студентов, обучающихся по специальности «Строительные и дорожные машины и оборудование».
Табл. 56. Ил. 127. Библиогр.: 65 назв.
Рецензенты: кафедра строительных машин Днепропетровского инженерно-строительного института, кафедра строительных машин Киевского инженерно-строительного института.
Редакция научно-технической литературы Зав. редакцией JI. А. Гаврилова
8264010000-022 П М226(04)-86 261
© Издательское объединение «Вища школа», 1986
В строительстве, гидромелиорации, на открытых горных разработках массовые земляные работы занимают одно из ведущих мест. По мере возрастания сложности сооружений, масштабов промышленного, гражданского, транспортного строительства, развития добывающей промышленности объемы таких работ в СССР непрерывно увеличиваются, достигая 20 млрд. ма в год. Быстрыми темпами совершенствуются техника и технология производства земляных работ. Перед конструкторами земле-1 ройных и землеройно-транспортных машин возникают новые, все более сложные задачи по осуществлению технического прогресса в данной отрасли машиностроения.
Для подготовки специалистов, способных решать эти задачи, в инженерно-строительных, автомобильно-дорожных и других вузах нашей страны учебными планами предусмотрено выполнение курсовых и дипломных проектов по конструированию машин для земляных работ. Объем и содержание таких проектов регламентируются программой курса «Машины для земляных работ». Основными пособиями являются учебники и атласы конструкций.
Вместе с тем опыт работы кафедр, ведущих проектирование, показывает, что для продуктивной его организации этой литературы недостаточно. Излагаемые в учебниках сведения по конструкции, теории и расчету позволяют наметить лишь структурную схему проекта, а атласы — выбрать конструктивное решение. В указанных пособиях отсутствуют необходимые фактические данные о размерах, массе отдельных элементов машин, которые могут приниматься в качестве прототипов, о расчетных положениях и расчетных схемах, требующих рассмотрения и сопоставления; нет методических рекомендаций по вопросам проектирования, отсутствуют рекомендации о технико-экономической, эргономической оценках проектных решений. Настоящее учебное пособие существенно восполняет указанные пробелы и призвано облегчить организацию проектирования и руководство им.
В первом разделе показаны направления развития землеройной техники исходя из задач, поставленных перед строительным и дорожным машиностроением 1. Рассмотрены методические вопросы организации проектирования в вузе. Второй раздел посвящен методам обоснования и выбора рациональных параметров машин с учетом современных достижений в области интенсификации их рабочих процессов. В третьем разделе представлены расчеты машин на прочность с оценкой долговечности. Наиболее подробно рассмотрены расчетные положения по основным типам машин, применяемым в строительстве. Эти сведения облегчат проектировщику определение действующих нагрузок. В четвертом разделе впервые в литературе данной тематики нашли отражение содержание конструкторской документации по технической эксплуатации машин и правила ее оформления в соответствии с требованиями ГОСТа. Значительное внимание уделено основным положениям охраны труда и эргономики (пятый раздел). Описан порядок проектирования устройств, обеспечивающих безопасную работу персонала. В шестом разделе даны методы расчета технико-экономической эффективности проектируемых машин и необходимые для этого справочные материалы.
Книга содержит положения из действующих инструкций и ГОСТов, знание и применение которых необходимо в расчетно-конструкторской практике. Авторы надеются, что учебное пособие будет полезным не только студентам, но и начинающим инженерам-конструкторам.
Разд. 1, 4 написаны А. М. Холодовым, разд. 2 — В. К. Рудневым, разд. 3 — В. В. Ничке, разд. 5 и подразд. 3.6 — JI. В. Назаровым, разд. 6 — Е. Н. Лысиковым.
Авторы будут благодарны за замечания и рекомендации по совершенствованию учебного пособия.
ОРГАНИЗАЦИЯ И СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1.1. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИН ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ
1.1.1. Постановка задачи
Задача конструктора — создать машину, обеспечивающую выполнение определенного технологического процесса и обладающую лучшими технико-экономическими показателями по сравнению с существующими машинами (устройствами, приспособлениями) аналогичного назначения. Объем работы и сложность поставленной задачи зависят от того, проектируется ли новая машина с оригинальным принципом действия или модернизируется ранее выпускавшаяся, поручено ли конструктору проектирование всей машины или отдельного ее узла, является ли машина обособленной единицей или частью механизированного комплекса, а также от того, в какой мере изучены условия работы и технологический процесс. Для успешного ее решения, в первую очередь, необходимо знать современное состояние, пути и перспективы развития не только данной отрасли техники и технологии, но и смежных отраслей, продукция которых привлекается при комплектовании сложных машинных агрегатов, какими являются машины для земляных работ.
Машины для земляных работ выполняют следующие технологические функции: разрыхление грунтов, разработку грунтов, их перемещение, планировку (отделку) грунтовых поверхностей, уплотнение грунтов. Они обладают различной степенью универсальности: одни способны выполнять все указанные функции (бульдозеры, скреперы), другие специализированы на выполнении определенных операций (рыхлители, уплотняющие машины). Тем не менее проектирование всех видов этих машин требует учета специфических условий работы, которые имеют много общего.
1.1.2. Характеристика условий работы
Грунты являются материалом, с которым взаимодействуют рабочие органы и ходовые устройства, а основные процессы заключаются в разрушении, перемещении и уплотнении этой среды. Свойства грунтов варьируются в широком диапазоне, что затрудняет создание достаточно надежных методов расчета возникающих нагрузок и их прогнозирование при конструировании машин. К тому же на значения нагрузок существенно влияют применяемые операторами приемы работы, сочетание неблагоприятных факторов носит случайный характер, а вероятность возникновения расчетных нагрузок изучена недостаточно.
Работа машин протекает в разнообразных и переменных природных условиях, характеризующихся значительными колебаниями температуры, влажности грунта и воздуха, наличием пыли и абразивов, многообразием микро- и макрорельефа местности. Технологические процессы связаны с необходимостью непрерывного или периодического передвижения машин. Роль этой операции неодинакова в различных технологических процессах, что определяет разный подход к оценке транспортных возможностей, транспортабельности и устойчивости различных машин. Автономность машин для земляных работ при ограниченной устойчивости грунтов в забоях и сооружениях создает условия, не исключающие возможности опрокидывания и прочих аварийных ситуаций. Наряду с другими переменными факторами, требующими постоянного внимания оператора, а также непосредственным влиянием шума, вибраций, сотрясений, указанное приводит к повышенной утомляемости, в результате чего возрастает роль мероприятий по созданию крмфорта на рабочем месте, охране труда персонала и технике безопасности.
Земляные работы необходимы не только в населенных пунктах, но и на значительном удалении от них; в результате нередко машины рассредоточены на больших пространствах вдали от постоянных баз снабжения и технического обслуживания.
1.1.3. Требования, предъявляемые к машинам
Наиболее полное представление о рабочем процессе машины можно получить, составив его системное описание. На рис. 1.1 схематически изображена модель рабочего процесса землеройной машины в виде системы оператор — машина — среда. Вход системы — задание оператору на выполнение технологического процесса устройства грунтового сооружения. Системные объекты соединены между собой прямыми и обратными связями. Оператор осуществляет управляющее воздействие на
н    g    3
S    «    5
£    V    S
S    S    Ю
H    Я    О
о    X    R
о    a>    о
A
Я =* ffl ^ o§
w о г»    22 |g|
&
О О 2 «
<
Рис. 1.1. Структурная схема системы оператор — машина — среда
A
I ■
! Sfi
: сл
- - о H Н 55 о К о я и я CS ‘ га
£ §■§ £ ё 8.2 & Sfc|*°-^EK
т; г    и «. л аз    С я § *- С. Ч $ B.W р. Ьн 03 t" С со
A
§    а* В    s о    и К    ф EJ    С Я    * Ь-    и га    о >>    t? ч    3 с    я У    х «    (У СП    fc-
Si *
«
о РЗ . о ex х
&• 55 ^ 5 - • 1 t « Я '■>    t- н w <С 2 о Си 3    ®
ь    g 3 S g    siL §    к = *£§ *5    о s » я О    6— <га t=; я    а и со О    о ад и о м
Л 2 * to « о 5 , Си <и о а* ** К а 5*1 (-р >»о 5ач е н о О- у 33 в> 3 х £ 2 Р СП « е
ЙЙ    . « о    g ^ Д    e ё *    я s 2    c o> 5    to
& BJ л
§ 2 Ь га S* о со е
м    (а °    ь со
CQ

машину, для чего он должен обладать определенной квалификацией. Для успешного выполнения технологического процесса машина, соответствующая своему назначению, должна удовлетворять еще целому ряду требований, к которым относятся следующие: 1.    Энергетические — оптимальная мощность первичного двигателя, недефицитность применяемого вида топлива и топливная экономичность или небольшой удельный расход электроэнергии, соответствие характеристики двигателя режиму работы машины. 2.    Конструкторско-технологические — прочность, надежность, простота изготовления отдельных деталей с использованием передовой технологии, блочность конструкции, унификация агрегатов одинакового назначения и близких типоразмеров, широкое использование комплектующих изделий массового производства, правильный выбор смазочных материалов и устройств, надежная защита трущихся поверхностей от абразивов, коррозионная защита, применение блокировочных и предохранительных устройств, предупреждающих поломки и аварии. 3.    Эксплуатационно-технологические — обеспечение заданной производительности в расчетных условиях; простота и удобство технического обслуживания, замены агрегатов и быстроизнаши-вающихся деталей, регулировок в полевых условиях; ремонто-йригодность; достаточная продолжительность работы на одной заправке. 4.    Эргономические — комфортные условия на рабочем месте оператора, исключение возможных вредных воздействий, достаточная степень автоматизации и роботизации процессов управления, избавляющая оператора от необходимости решать сложные логические задачи. 5.    Экологические — исключение вредного влияния на окружающую среду. 6.    Экономические — невысокие стоимость единицы продукции, удельные приведенные затраты. Экономическая эффективность от внедрения предлагаемой конструкции — высший критерий ее эффективности. Тем не менее перечисленные требования, включая и экономические, часто носят противоречивый характер. Задача конструктора состоит в том, чтобы выбрать из множества возможных вариантов технических решений оптимальный, т. е. наиболее полно удовлетворяющий всему комплексу требований. Так как машины для земляных работ функционируют на открытых пространствах, средой является вся совокупность природно-климатических условий, в том числе грунт — их главный компонент, являющийся одновременно и обрабатываемым материалом. Из числа компонентов, определяющих понятие среды, для достаточно полной характеристики системы следует ввести в модель атмосферу и растительный покров. Применительно к рассматриваемому процессу грунтовая среда характеризуется внешним рельефом, влажностью, плотностью, прочностью (сопротивление качению и копанию), степенью абразивности, однородностью и рядом других характеристик, влияющих на процессы разработки и транспортирования. Виды растительности и ее свойства также действуют на эти процессы, однако в модели системы они могут и не рассматриваться, поскольку'их влияние устраняется с помощью специального оборудования. Состояние атмосферы — температура, влажность, запыленность и загазованность, химический состав, сила ветра имеет значение для функционирования системы. Задача системного анализа заключается в том, чтобы в зависимости от поставленной цели исключить из рассмотрения второстепенные свойства объектов, целесообразно упростить описание системы для принятия конструкторских решений и обоснования расчетных положений. Например, показанная на рис. 1.2 структурная схема подсистемы машина — грунт земле-ройно-транспортной машины цикличного действия пригодна для того, чтобы описать условия возникновения максимальной нагрузки с учетом динамики процесса копания. Входом является единичное управляющее воздействие оператора через механизмы управления, задавшего двигателю с характеристикой М(п) режим внешней характеристики, включившего определенную передачу трансмиссии (передаточное отношение i, к. п. д. т]) и опускающего в грунт рабочий орган машины со скоростью vy. Таким образом, машина массой т движется с максимальной начальной скоростью ун, развиваемой на данной передаче трансмиссии. Двигатель передает на движитель окружное усилие Р. В зависимости от условий сцепления реализуется окружное усилие Р,р. Свойства грунта представлены коэффициентом сопротивления качению f, удельным сопротивлением копанию К» коэффициентом сцепления ф, продольным уклоном а. При известных скорости опускания в грунт рабочего органа, площади сечения F вырезаемого слоя грунта, сопротивлении копанию Р« находят интенсивность возрастания сопротивления копанию Ау записывают уравнение движения машины в дифференциальной форме и в результате его решения определяют динамическую и общую нагрузки на рабочий орган. Для решения других задач, возникающих при проектировании машин, могут потребоваться другие подсистемы, иные их описания; однако методика систем^ ного анализа во всех случаях дает возможность достаточно пол-но учесть и проанализировать свойства систем и избежать крупных лросчетов. ►
f Рис. 1.2. Структура подсистемы машина — грунт при определении внешней нагрузки 1.1.4. Главные направления развития конструкции Чтобы повысить технический уровень выпускаемой продукции, необходимо улучшать технико-экономические показатели машин, повышать их универсальность, широко использовать унифицированные узлы и детали, снижать трудоемкость изготовления, расширять применение гидропривода и средств авто-матики, улучшать условия труда операторов. Ускорение выпуска землеройных машин повышенной единичной мощности — важнейшая социально-экономическая задача, так как повышение производительности труда должно достигаться путем интенсификации производственных процессов за счет увеличения выработки рабочего (оператора), но не за счет дополнительной нагрузки на его организм. Производительность, как и мощность двигателя машины, зависит от преодолеваемых сопротивлений и скоростей, на которых выполняются рабочие операции. Таким образом, если иметь в виду традиционные принципы действия машин, генеральными направлениями развития являются увеличение их размеров и повышение скоростей. Уже не считаются предельными вместимость ковша экскаватора 150 м3, скрепера 40 м3, мощность базового тягача бульдозера 1000 кВт. Повышение скоростей имеет пока более жесткие пределы, связанные с ограниченными возможностями операторов своевременно и четко реагировать на меняющиеся условия протекания процессов копа, ния и транспортирования грунта. Однако совершенствование приводов управления, внедрение средств автоматизации управления, применение более прогрессивных ходовых систем землеройно-транспортных машин способствуют решению и этой задачи. Кроме того, продолжается изменение параметров и принципов действия машин путем создания рабочих органов, адаптирующихся к условиям производства работ, активизации процессов резания и копания. Например, перспективно использование сменных рабочих органов, регулируемых углов установки ножей и ковшей, выдвижных дополнительных ножей и зубьев, применение двухщелевой загрузки ковшей, использование преимуществ косого резания, а также создание благоприятных условий для снижения сопротивлений от действия сил трения и прилипания, возникающих в ковшах и на отвалах при их наполнении и разгрузке. В частности, практичен и достаточно апробирован метод газовой смазки поверхностей трения отвалов и ковшей: дополнительные затраты энергии на создание смазочного слоя компенсируются снижением общих удельных затрат энергии вследствие увеличения производительности машин на 25... 30%, а иногда и более. Одной из важнейших задач является повышение надежности машин для земляных работ. Наряду с применением современных износостойких и высокопрочных материалов, передовой технологии и рациональных конструкторских решений, надежных уплотнений, закрытых передач, автоматической смазки, большую роль в современной расчетно-конструкторской практике приобретают расчеты на заданную долговечность, с основами которых знакомит разд. 3 пособия. Все больше внимания уделяется эргономическим свойствам машин. В первую очередь это касается поста управления, рациональная конструкция которого способствует снижению утомляемости операторов и существенному повышению производительности труда. Основные требования к посту управления изложены в разд. 5. Здесь можно отметить, что все шире используются гидравлические приводы управления, обладающие высокими техническими данными и позволяющие наиболее эффективно автоматизировать рабочие процессы машин для земляных работ. Перспективно также применение модульного принципа проектирования наряду с унификацией. Отраслевая унификация основана на создании рациональных размерных рядов машин одинакового и близкого назначения, а межотраслевая — на широком использовании деталей, узлов и агрегатов массового производства, выпускаемых смежными отраслями промышленности. 1.2. ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ Порядок разработки конструкторской документации на все промышленные изделия регламентирует ГОСТ 2.103—68 «ЕСКД. Стадии разработки», который с изменениями, введенными с 01.01.82, соответствует СТ СЭВ 208—75. Указанными законодательными документами установлены следующие стадии проектирования: 1. Техническое предложение. 2. Эскизный проект. 3. Технический проект. 4. Рабочая конструкторская документация: а) опытного образца; б) серийного (массового) производства. Начальной стадией является техническое предложение, разрабатываемое на основе подбора и изучения материалов, которые характеризуют современное состояние данной отрасли техники. После рассмотрения и утверждения техническое предложение кладется в основу дальнейших разработок. В техническом предложении выявляются варианты возможных решений, производится их укрупненная конструкторская проработка в объеме, достаточном для сравнительной оценки; осуществляется проверка на патентную чистоту, на соответствие требованиям техники безопасности и промышленной санитарии; в результате сопоставления по надежности, экономичности, технологичности с учетом требований эргономики, эстетики, стандартизации и унификации обосновывается выбор оптимального варианта (подробно см. ГОСТ 2.118—73), Эскизный проект (ГОСТ 2.119—73) разрабатывается, если это предусмотрено техническим предложением, с целью найти принципиальные технические решения изделия и способствовать дальнейшей их проработке. В нем решаются вопросы транспортировки и упаковки изделия, выясняется необходимость изготовления и испытания макетов, выявляются нужные комплектующие изделия и материалы, уточняются требования и определяются технико-экономические показатели, не установленные техническим предложением. Технический проект (ГОСТ 2.120—73) разрабатывается, чтобы выявить окончательные технические решения, дающие полное представление о конструкции изделия. В нем содержатся следующие материалы: оценка окончательного варианта по всем требованиям и показателям; все необходимые расчеты; оценка изделия по всем критериям, включая эксплуатационные данные и требования к изготовлению и испытанию макетов; мероприятия по унификации и стандартизации; ведомости комплектующих и покупных изделий; перечень работ по составлению документации. Рабочая конструкторская документация, необходимая для промышленного изготовления изделия, включает в себя рабочие чертежи деталей, сборочные чертежи, монтажные чертежи и схемы, спецификации и ведомости комплектующих и покупных изделий, технические условия на изготовление, сборку, испытания. Промышленная продукция подлежит аттестации по двум категориям качества — высшей и первой. Уровень качества определяется в соответствии с ГОСТ 15467—79 на основе сравнительных оценок. По условиям учебного процесса вуза выполнение курсовых и дипломных проектов в описанном выше порядке, а также в полном объеме одной из установленных ГОСТом стадий не представляется возможным. Поэтому в задании на проектирование должны быть четко ограничены объем и содержание выполняемой конструкторской работы. Учебный проект целесообразно планировать так, чтобы х»н состоял из различных стадий проектирования. Например, в случае конструирования машины с новым принципом действия, не имеющей прототипов, следует ориентироваться в основном на содержание технического предложения. При этом отдельная сборочная единица разрабатывается на уровне эскизного или технического проекта, а отдельные детали проектируются применительно к требованиям рабочей конструкторской документации. При модернизации выпускаемых машин основой служит содержание эскизного проекта, а дополнение включает в себя элементы технического и рабочего проектирования. В соответствии с требованиями к проектам, выполняемым по заданиям производственных организаций, в эти рекомендации могут быть внесены существенные коррективы. 1.3. ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 1.3.1. Порядок дипломного проектирования Дипломный проект является самостоятельной творческой работой выпускника высшего учебного заведения, отражающей уровень его идейно-политической и специальной подготовки и умение применять полученные знания на практике. В данном случае имеются в виду навыки конструирования и расчета машин для земляных работ, полученные в процессе обучения в институте и на производственной практике, и творческая инициатива дипломника. Инструктивными указаниями Минвуза СССР установлено, что за содержание дипломного проекта и его защиту ответственность несет дипломник. Использование им материалов настоящего учебного пособия ни в коей мере не должно ограничивать тематическую направленность дипломного проектирования. Наоборот, следует приветствовать попытки совершенствования рабочих процессов машин, разработки новых принципов их взаимодействия со средой, уточнения расчетных методов, изложенных ниже. Возможна замена дипломных проектов дипломными работами, в которых основным содержанием является исследование функциональных связей отдельных параметров процессов, характерных для машин данного назначения. Однако это не исключает целесообразности формулирования некоторых общих требований к содержанию и оформлению дипломных проектов. Темой проекта может быть создание новой или модернизация выпускаемой машины, предназначенной для производи ства одного или нескольких видов земляных работ, а также создание или совершенствование стендов, установок, специальной аппаратуры и устройств для испытаний, исследования рабочих процессов, технического обслуживания, ремонта агрегатов и деталей машин данного назначения. В проекте должны быть доказаны технико-экономические, социальные преимущества предлагаемых проектных решений по сравнению с существующими. В зависимости от степени новизны и сложности поставленных задач работа может выполняться на уровне и в объеме технического предложения или эскизного проекта. Тем не менее целесообразно практиковать более глубокую разработку отдельных элементов- на уровне технического и даже рабочего проектирования. Последнее чаще всего доступно применительно к отдельным деталям и может включать в себя разработку рабочего чертежа и технологии изготовления, проектирование необходимых приспособлений. Задание на проектирование должно содержать название темы проекта, исходные данные для 'проектирования, перечень основных разделов пояснительной записки и листов графической части. При проектировании землеройно-транспортных машин исходными данными могут быть техническая характеристика! базового тягача, для которого предстоит спроектировать прицепное или навесное оборудование, а также особенности назначения (например, грунтовые условия, главный вид выполняемых работ). Могут задаваться основной параметр ковша, отвала, производительность, особенности назначения. При проектировании одноковшовых экскаваторов задаются вместимость ковша, назначение экскаватора, вид рабочего оборудования; для многоковшовых экскаваторов устанавливаются производительность, параметры забоя, вид рабочего оборудования. Дипломный проект состоит из пояснительной записки и графической части объемом 100... 120 страниц рукописного текста и 10...15 чертежей соответственно. Во время защиты дипломного проекта на рассмотрение государственной экзаменационной комиссии (ГЭК) представляются отзывы руководителя, заключение рецензента проекта. При оценке результатов защиты дипломных проектов принимаются во внимание тема проекта (актуальность, новизна, практическое значение, целесообразность внедрения в производство)* содержание выполненной студентом работы (глубина проработки, использование современных методов расчета, степень охвата основных вопросов проектирования, систематизация материала, грамотность изложения), объем и качество оформления проекта, содержание и форма доклада дипломника, его ответы на заданные вопросы, заключение рецензента и ответы дипломника на рецензию, отзыв руководителя, общий уровень подготовки студента по дисциплинам учебного плана. Дипломный проект выполняется по индивидуальному плану-графику, который утверждается и контролируется руководителем. 1.3.2. Содержание пояснительной записки Пояснительная записка состоит из содержания, введения, ряда разделов, отражающих разработки дипломника, списка использованной литературы, приложений. Примерный перечень разделов, методика их индексации и комментарии даны ниже. При этом авторы стремились наиболее полно отразить возможный состав пояснительной записки дипломного проекта конструкторского профиля. В зависимости от уровня решаемой задачи перечень может быть изменен. 1. Введение. Приводится краткое обоснование актуальности темы проекта со ссылками на соответствующие решения КПСС, -Совета Министров СССР и на современные источники научно-технической информации. Даются краткая характеристика основной идеи проекта и перечень вопросов, получивших в нем творческое решение. 2.    Основные параметры проектируемой машины. По результатам изучения литературы и материалов преддипломной практики в виде отдельных подразделов обосновывается выбор принципиальной схемы и исходных параметров для проектируемого объекта. Например: 2.1.    Назначение и область применения машины. 2.2.    Обзор существующих конструктивных решений машин данного назначения и разработка принципиальной схемы. 2.3.    Обоснование и расчет основных параметров. Устанавливаются масса, рабочие усилия, тип, размеры и геометрия рабочего органа, рабочие и транспортные скорости, мощность двигателя. * 3.    Определение действующих нагрузок и расчеты на прочность и долговечность. Например: 3.1.    Обоснование расчетных положений и нахождение внешних нагрузок. 3.2.    Установление нагрузок в приводах управления. 3.3.    Выбор материалов и расчеты на прочность. Возможно выделение следующих подразделов: 3.3.1.    Металлоконструкции. 3.3.2.    Передачи и т. д. 3.4.    Оценка долговечности основных элементов конструкции. 3.5.    Технико-экономический анализ эффективности конструкторских решений. 4.    Автоматизация рабочего процесса. 4.1.    Обоснование необходимости автоматизации. 4.2.    Составление технических условий на проектирование автоматической системы. 4.3.    Разработка принципиальной схемы и расчет основных параметров автоматической системы. 4.4.    Выбор элементов системы и их технические характеристики. 5.    Мероприятия по охране труда и окружающей среды. 5.1.    Анализ условий работы персонала проектируемой машины. 5.2.    Установление опасных зон и разработка мероприятий по охране труда. 5.3.    Выявление вредного влияния рабочего процесса машины на окружающую среду. 5.4.    Расчетно-конструкторская разработка конкретного мероприятия по охране труда и окружающей среды. Например, расчет устойчивости, составление карты обзорности, создание комфорта на рабочем месте, устранение или уменьшение вредных выбросов. 6.    Научно-исследовательская разработка. Внедрение научных исследований в учебный процесс на старших курсах вузов должно сопровождаться использованием результатов в дипломном проектировании. Поэтому необходимы тематическая увязка данных форм учебного процесса и определение направления дипломного проектирования одновременно с выдачей задания на научную работу. Примерная схема этого раздела следующая: 6.1.    Аналитический обзор. Цель и задачи исследования. 6.2.    Теоретические предпосылки. 6.3.    Экспериментальное исследование. Методика. Аппаратура. Результаты эксперимента и их сравнение с теоретическими предпосылками. 6.4.    Выводы и результаты использования научной разработки в дипломном проекте. 7.    Разработка вопросов технической эксплуатации. Составление инструкции по эксплуатации машины или дополнений к действующей инструкции при модернизации машины. Разработка мероприятий по техническому обслуживанию (смазка, заправка, регулировка, содержание технических уходов и обслуживаний И др.). 8.    Технологическая часть. 8.1.    Разработка технологического процесса изготовления или ремонта характерной детали проектируемой машины, разборки и сборки одного из агрегатов. 8.1.1.    Технические условия на изготовление (ремонт, сборку). 8.1.2.    Выбор оборудования и инструмента. 8.1.3.    Расчет режимов обработки и норм времени. 8.2. Конструирование и расчет приспособления, технологической оснастки. 9.    Определение технико-экономической эффективности предлагаемой конструкции. . 9.1.    Выбор показателей сравнительной экономической эффективности. 9.2.    Расчет капитальных вложений. 9.3.    Определение годовой эксплуатационной производительности. 9.4.    Расчет годовых текущих затрат. 9.5.    Нахождение народнохозяйственного экономического эффекта. 9.6.    Расчет удельных показателей (материалоемкость, трудоемкость, энергоемкость) и срока окупаемости. 9.7.    Сравнение проектируемого объекта с лучшими образцами современной техники. Основания для подачи заявок на изобретения и технические усовершенствования. 10.    Список использованной литературы. В пояснительной записке должно быть отражено умение дипломника использовать электронную вычислительную технику в расчетно-конструкторской практике, а при наличии в вузе соответствующих технических средств следует показать применение систем автоматизированного проектирования. 1.3.3. Оформление пояснительной записки Излагаемые ниже правила базируются на ЕСКД, но допуск кают и некоторые отклонения, вытекающие из особенностей учебного характера документации. Эти отклонения носят частный характер и регламентируются методическими материалами, разрабатываемыми специальными кафедрами вузов. Пояснительная записка должна быть аккуратно написана чернилами или пастой черного или синего цвета на одной стороне писчей бумаги формата 297X210 мм, обведенной рамкой с полем слева 25 мм, а с других сторон по 5 мм, и сброшюрована в следующем порядке: титульный лист, задание, содержание, основной текст, список использованной литературы, приложения. Титульный лист в указанном ниже порядке содержит такие данные: министерство; высшее учебное заведение (полное название); кафедра; тема проекта (дипломной работы); фамилий, инициалы, подписи заведующего кафедрой, руководителя дипломного проекта, консультантов, дипломника; город; год. Возле фамилии каждого консультанта приводятся номера разделов, по которым он оказывал помощь. Задание выдается на специальном бланке, разработанном кафедрой. В нем устанавливаются тема проекта, исходные данные, содержание пояснительной записки и графической части. Задание, может быть окончательно оформлено после преддипломной практики. «Содержание» является первым листом пояснительной записки. В верхней его части располагается надпись «Содержание», а в нижней — средний штамп ЕСКД (ГОСТ 2.104—68, форма 2, видоизмененная в текстовой части в соответствии с особенностями учебно-конструкторской документации). Далее в тексте пояснительной записки нумерация листов сквозная, проставляемая в правом нижнем углу дополнительной рамки (ГОСТ 2.104—68, форма 2а). Левая часть дополнительной рамки не заполняется. Основной текст делится на разделы, подразделы и пункты. Каждый раздел следует начинать с новой страницы и нумеровать арабскими цифрами с точкой. Подразделы получают самостоятельные порядковые номера в пределах раздела. Далее) возможно деление на пункты. Например: 3. Определение расчетных нагрузок и расчеты на прочность. 3.1.    Обоснование расчетных положений. 3.2.    Определение внешних нагрузок. 3.2.1.    Первое расчетное положение. 3.2.2.    Второе расчетное положение. 3.3. Расчеты на прочность. 3.3.1. Расчет полуосей. 3.3.2. Расчет тяговой рамы. Границы текста должны отстоять от внутренних рамок сверху и снизу на расстояние 10 мм, а слева и справа — не менее 3 мм. Текстовой материал следует излагать кратко и четко в полном объеме, но без лишних пояснений, исходя из того что пояснительная записка рассматривается специалистами в данной отрасли машиностроения. Формулы приводятся без вывода со ссылками на литературные источники, с расшифровкой и указанием размерностей всех входящих в них величин. Выводы формул необходимы лишь в том случае, когда они получены дипломником (например, в результате научного исследования). После записи формула, приводится подстановка всех входящих в нее значений в обусловленной размерности и дается результат вычисления без промежуточных преобразований. Каждая вновь вводимая формула нумеруется на правой половине страницы в круглых скобках сквозной нумерацией в пределах каждого раздела. Например, запись (3.27) обозначает номер двадцать седьмой формулы третьего раздела, независимо от того, к какому подразделу этого раздела она относится. Ссылки на формулы в дальнейшем делаются таким же образом по тексту (например: «В соответствии с формулой (3.27)...»). Все иллюстрации в пояснительной записке имеют сквозную^ нумерацию и обозначаются «Рис. 1», «Рис. 2» и т. д., независимо от раздела. То же относится и к таблицам. Каждая иллкм страция должна сопровождаться подрисуночной подписью с расшифровкой позиций и обозначений. Нумерация таблицы приводится над ее правым верхним углом: «Таблица 1», «Таблица 2» и т. д.; ниже размещается ее название. Ссылки на литературу в тексте пояснительной записки даются в квадратных скобках с помощью порядкового номера литературного источника, помещенного в списке использованной литературы. При этом не допускается включение в последний источников, на которые нет ссылок в тексте записки. В списке использованной литературы следует указать такие данные: для книг — фамилию и инициалы автора, название книги, город, издательство, год издания; для журнальных статей — фамилию и инициалы автора, название статьи, название журнала, год издания, номер. Литературные источники в списке располагаются в порядке использования их по тексту записки либо в алфавитном порядке (по фамилиям авторов). К приложениям относятся: иллюстративные материалы второстепенного значения; отзывы производственных организаций о результатах внедрения в производство разработок дипломника или об их перспективном значении для совершенствования конструкторских решений; копии авторских свидетельств, публикаций, решений жюри городских, республиканских и всесоюзных конкурсов студенческих работ; спецификации деталей и сборочных единиц, разработанных в проекте. Спецификации являются основным конструкторским доку-1 ментом, определяющим состав изделия (сборочной единицы). Спецификации делаются на отдельных листах формата 297X Х210 мм на каждую сборочную единицу (ГОСТ 2.108—68, форма 1) и состоят из разделов, располагаемых в такой последовательности: документация, комплексы, сборочные единицы, детали, стандартные изделия, прочие изделия, материалы. Название каждого раздела записывается в графе «Наименование» и подчеркивается сплошной линией. Сборочной единицей может быть узел любой сложности. В раздел «Детали» вводятся все детали за исключением изделий, изготовляемых по стандартам СССР. Последние заносятся в спецификацию под рубрикой «Стандартные изделия» по однородным группам, например крепежные изделия, масленки, сальники. В раздел «Прочие изделия» включаются нестандартные комплектующие изделия, такие, как генераторы, электродвигатели, гидромоторы, насосы, приборы различного назначения. Материалы записываются по видам в такой последовательности: металлы черные; металлы магнитоэлектрические и фер-i ромагнитные; металлы цветные, благородные и редкие; кабели, провода и шнуры; пластмассы и пресс-материалы; бумажные и текстильные материалы; лесоматериалы, резиновые и кожевенные материалы; минеральные, керамические и стеклянные материалы; лаки, краски, нефтепродукты и химикаты; прочие материалы. В учебных целях можно ограничиться составлением спецификации в полном объеме на одну-две сборочные единицы. 1.3.4. Содержание графической части В графическую часть проекта включаются технические решения, отражающие самостоятельное творчество дипломника. В составе графической части, как правило, должен быть общий вид машины. В случае если модернизации подвергся отдельный узел машины, на общем виде следует выделить особенности его компоновочной увязки с другими смежными элементами конструкции. Количество листов графической части устанавливав ется таким, чтобы то или иное конструкторское решение было всесторонне обосновано. Количество проекций, разрезов, сечений в конструкторских разработках сборочных единиц должно быть достаточным для пространственной увязки сопряженных узлов и деталей. В состав графической части включаются кинематические, гидравлические, электрические схемы, разработанные или усовершенствованные дипломником, и плакаты, иллюстрирующие содержание научной разработки студента и отражающие результаты технико-экономического анализа предлагаемых конструкторских решений. Технологическая часть проекта содержит графические разработки в виде рабочих чертежей, пооперационных карт технологических процессов обработки детали, чертежей приспособлений, нестандартного технологического оборудования. Желательны графические конструкторские разработки, посвященные обеспечению безопасных условий работы (схема к оценке устойчивости машины, карта обзорности, схема обеспечения электробезопасности), улучшению эргономических показателей (схемы сидений, пульта управления, пылезащитных устройств, создания благоприятного микроклимата). 1.3.5. Оформление графических материалов Конструкторские чертежи выполняются карандашом на листах чертежной бумаги формата 24 (594X841 мм) или, при необходимости, других форматов, предусмотренных ГОСТ 2.301— 68. Листы обводятся рамкой с полем слева 20 мм, а с других сторон — 5...6 мм. Для предварительного наброска рекомендуется карандаш «Т» или :«2Т», для обводки—«ТМ». При изготовлении плакатов можно применять тушь, краски, цветные карандаши и другие средства оформления. Масштаб конструкторских чертежей выбирается исходя из требований наглядности показа главных технических решений, простановки размеров, размещения позиций, хорошего заполнения листа предпочтительного формата и в соответствии с ГОСТ 2.302—68, ГОСТ 2.109—73. Все листы графической части должны иметь основную надпись, выполненную по ГОСТ 2.104—68 (форма 1), графы которой заполняются с некоторыми отступлениями от ГОСТа, отражающими особенности учебно-конструкторской документации. В графе 1 записываются наименования изделия и документа; в графе 2 дается шифр, принятый в учебном заведении2; 3 — обозначение материала (графа заполняется только на чертежах деталей); 4 — тип проекта (например, КП — курсовой проект, ДП — дипломный проект, ДПР — реальный дипломный проект); 5    — масса изделия в килограммах без указания размерности; 6    — масштаб; 7, 8 — порядковый номер и число листов документа определенного вида; 9 — сокращенное наименование вуза; 10, 11, 12 — соответственно должность, фамилия и подпись руководителя, консультантов, лица, осуществляющего нормо-контроль, заведующего кафедрой, фамилия и подпись дипломника; 13 — дата подписания заведующим кафедрой; 30 — тема дипломного проекта, порядковый номер листа и общее количество листов графической части. 1.4. КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ Курсовое проектирование машин для земляных работ предусматривается учебными планами после чтения соответствующего курса лекций либо одновременно с ним. Оно осуществляется до изучения ряда специальных дисциплин, в связи с чем на данной стадии невозможно комплексно решать конструкторские задачи. Поэтому цель курсового проектирования заключается лишь в том, чтобы студент приобрел начальные навыки конструирования и закрепил знания, полученные им при изучении курса «Машины для земляных работ» и ряда общетехнических дисциплин. Курсовое проектирование посвящено модернизации одного из узлов выпускаемых промышленностью машин с заданными параметрами (обычно рабочего оборудования и приводов). Объем пояснительной записки — 25...30 листов, графической части — 4 листа формата 24. Пояснительная записка включает в себя обоснование необходимости модернизации машины, описание сущности предлагаемой модернизации, проверочный расчет основных параметров машины, установление параметров модернизируемого узла, определение расчетных нагрузок и расчеты на прочность деталей в соответствии с заданием, нахождение сопоставимых технико-экономических показателей. В графической части курсового проекта, как правило, выполняются чертежи общих видов и модернизируемого узла, а также рабочие чертежи одной-двух характерных деталей. Требования к оформлению пояснительной записки и графической части курсового проекта изложены в подразд. 1.3.3, 1.3.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ 2.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Правильное решение вопросов, относящихся к данному разделу проекта, ве многом предопределяет эксплуатационные свойства, технико-экономические показатели и в конечном итоге качество машины. К основным параметрам машин для земляных работ относятся мощность установленного двигателя, рабочие и транспортные скорости машины, скорости основных исполнительных механизмов, тип и размеры рабочего оборудования, тип и характеристика ходового устройства, тип и характеристика механизмов управления, габаритные размеры и масса машины. Для машин, проектируемых с использованием серийно выпускаемых тягачей, двигателей, передач, некоторые из названных параметров совпадают с аналогичными характеристиками этих агрегатов. При выборе конструктивной схемы, параметров машины необходимо учитывать следующие общие тенденции повышения эффективности машин: повышение универсальности машин, их адаптации к выполнению разнообразных работ в различных грунтовых и климатических условиях как качества, важного преимущественно для машин малого и среднего типоразмеров; создание машин узкого назначения, предназначенных для выполнения массовых объемов однотипных работ; рост единичной мощности, размеров и массы машин (в том числе увеличение мощности силовой установки), сопровождаемый повышением производительности; увеличение энергонасыщенности машин; повышение рабочих и транспортных скоростей; автоматизация отдельных элементов цикла и (в перспективе) всего рабочего процесса, что позволяет повысить производительность и качество выполняемых работ; применение при необходимости дистанционного управления; интенсификация рабочего процесса в границах традиционного взаимодействия рабочих органов с разрабатываемой средой и с помощью новых способов воздействия на нее; улучшение тягово-сцепных качеств землеройно-транспортных машин путем совершенствования движителей и повышения коэффициента использования сцепного веса; совершенствование узлов машин, трансмиссии, двигателя, ходовой части, систем управления благодаря применению новых, прогрессивных технических решений; повышение надежности и долговечности машин; улучшение технологичности, ремонтопригодности, удобства технического обслуживания машин на основе их модульной компоновки, целесообразной унификации узлов и деталей; повышение мобильности, транспортабельности, маневренности и проходимости машин, широкое использование для этой цели пневмоколесного хода; обеспечение безопасной и безаварийной работы, создание комфортных условий труда для оператора, отвечающих современным эргономическим и социальным требованиям; оборудование машин приборами, регистрирующими количество выполненной работы и позволяющими контролировать ее качество. Повышение эффективности машин невозможно без глубокого знания условий работы и технологических процессов, изучения и тщательного анализа патентно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта проектирования, производства и эксплуатации машин- В результате такого анализа формируются и определяются тенденции развития того или иного типа машин либо их основных узлов. Методологические основы техникоэкономического анализа изложены в разд. 6. Несомненным достоинством проекта является использование в нем результатов самостоятельных научных исследований его автора и других исследований, выполненных в рассматриваемой области. Параметры проектируемых машин должны быть не ниже уровней, обусловленных соответствующими ГОСТами. По данным, полученным в процессе работы, оформляется техническое описание конструкции проектируемой машины с обоснованием принятой общей конструктивной схемы и основных решений ее узлов. Далее проводятся расчеты параметров машины, на основании которых составляется ее техническая характеристика. Последняя является итогом выполнения этого раздела проекта. Решение изложенных вопросов применительно к конкретным типам машин показано в следующих подразделах. 2.2. БУЛЬДОЗЕРЫ Параметры выпускаемых в СССР бульдозеров регламентированы ГОСТ 7410—79 Е. Нормы параметров варьируются в зависимости от типа бульдозера. ГОСТом обусловлены четыре типа гусеничных бульдозеров: I — с неповоротным отвалом; II — с неповоротным отвалом и гидрофицированным перекосом отвала; III — с неповоротным отвалом и гидрофицированньщи перекосом и наклоном отвала; IV — с поворотным отвалом. Предусмотренные ГОСТом нормы даны в табл. 2.1 и приведены ниже; Скорость подъема отвала, м/с, не менее................0,25 Угол поворота отвала в плане, рад (. . . °), не менее........ 0,436(25) Основной угол резания, рад ( .. . °)................. 0,96(55) Минимальный диапазон изменения угла резания, рад (. . . °), для типов 3, II .....................0.8"5 . . . 1,047 (50. . .60) III...................... 0,875... 1,135 (50... 65) Максимальный угол перекоса для типов II, III, рад. (. . . °), для классов *4, 10, 15............................0,105(6) 25, 35 ............................ 0,175(10) Угол въезда, рад (. . . °), не менее................. 0,35(20) Задний угол отвала, рад (.. . °), не менее.............. 0,35(20) Имеются следующие возможности повышения эффективности этих машин; совершенствование формы отвала путем обеспечения косого резания грунтов; применение или совершенствование параметров режущей системы, позволяющей осуществлять ступенчатое резание грунта; использование газовой смазки поверхности отвала. В данной работе основное внимание уделено определению параметров бульдозеров, соответствующих действующему ГОСТ 7410—79 Е. Некоторые вопросы расчета параметров указанных перспективных конструкций освещены особо. Та блица 2.1 Основные параметры гусеничных бульдозеров Нормы по типам Основные параметры и размеры 35
25
10
15
1100 900
1400 1350
800 750
850 800
1300 1200
1200 1100
450
300
350
£00
300
400
Тяговый класс базового трактора Высота отвала (без козырька), мм, не менее Глубина опускания отвала (при погруженных грунтозаиепах), мм, не менее
Согласно заданию и результатам проведенного анализа патентно-технической литературы в пояснительной записке дается описание проектируемой машины, где обосновываются следующие конструктивные особенности: вид ходового оборудования (гусеничное или колесное, количество ведущих осей и вид рулевого управления); тип трансмиссии базовой машины (ступенчатая, бесступенчатая, механическая, гидромеханическая, гидростатическая, электромеханическая, а также число передач, наличие реверса); общее конструктивное оформление (с поворотным или неповоротным отвалом, передним или задним его расположением, рамная, безрамная); тип отвала и ножа (прямой или криволинейный, с постоянным или регулируемым углом резания), кинематика подъема и опускания отвала, его перекоса; тип привода управления, его состав, конструктивно-кинематическая схема; наличие дополнительных устройств, повышающих производительность и эффективность машины. Далее определяются параметры бульдозера [7, 12]. Главный параметр — номинальное тяговое усилие Ти, т. е. усилие, развиваемое базовым трактором на плотном грунте с учетом догрузки от силы тяжести навесного оборудования при буксовании не выше 7 % для гусеничных и 20 % для колесных машин на низшей скорости. Это усилие определяется зависимостью Ти — ^сц'РсД- .    (2-1) Здесь Ясц — нормальная реакция грунта на движители бульдозера в рабочем состоянии, #Сц = (1,17...1,22) Об.м,    (2.2) где Ge.M — сила тяжести базовой машины (гусеничной или со всеми ведущими колесами); срСц — коэффициент сцепления движителей с грунтом, соответствующий допустимому буксованию движителей. При наличии одного ведущего моста у двухосного колесного базового тягача значение Ren находится из условия статического распределения нагрузки между мостами на горизонтальной поверхности. В зависимости от типа базовой машины коэффициент сцепления <рсц может принимать следующие значения: Промышленные тракторы: гусеничные...........................0,9 колесные............................0,6 Сельскохозяйственные трякторы: гусеничные...........................0,62 колесные............................0,5 Если двигатель базовой машины не обеспечивает получение тягового усилия по сцеплению, то номинальным тяговым усилием условно считается наибольшее усилие, определенное по мощности двигателя на низшей рабочей скорости v, которая принимается порядка 2Д..З км/ч. При отсутствии у базовой машины скоростей передвижения 2,5...3 км/ч номинальное тяговое усилие Тн (кН) находится для возможной скорости, наиболее близкой к указанному пределу, по формуле Тн = 3,6/V утр/v,    (2.3) где N — мощность двигателя базовой машины, кВт; v—скорость движения базовой машины, км/ч; тдтр— к. п. д. трансмиссии: механической — 0,83...0,86, гидромеханической — 0,73...0,76. Скорость обратного хода бульдозера выбирается в зависимости от типа подвески базового трактора или подвески мостов колесного тягача и расположения центра тяжести машины. Рекомендуемые значения скорости обратного хода при полу-жесткой и балансирной подвеске гусениц составляют 6...7 км/ч, при балансирно-звеньевой подвеске и для колесных бульдозеров — 8...15 км/ч. Среднее статическое давление бульдозера на грунт д = G/F.    (2.4) Здесь G — сила тяжести бульдозера; F — опорная площадь движителей, для гусеничного бульдозера F = 2 LBr,    (2.5) Рис. 2,1. Давление грунта на опорную поверхность гусеничного бульдозера а для колесного F = tiF к (2.6)
где L — длина опорной поверхности гусениц; Вг — ширина гусениц; п — число колес; Fк — площадь отпечатка колеса на грунте. Положение центра давления, т. е. точки приложения равнодействующих всех нормальных реакций грунта на гусеничный движитель устанавливается для трех основных случаев (рис. 2.1): а) бульдозер стоит на горизонтальной плоскости (отвал поднят на максимальную высоту); б) режет грунт на горизонтальном участке с оптимальной глубиной резания при максимальном объеме призмы волочения; в) осуществляет транспортировку максимальной призмы волочения в траншее без резания. Положение центра давления может быть рассчитано по формуле Ga + — КнК (2.7)
Здесь хс — расстояние от оси задней звездочки до линии приложения равнодействующей всех нормальных реакций на гусеницу; Rv — вертикальная составляющая сопротивления грунта на отвале; Rh — горизонтальная составляющая этого сопротивления; а — расстояние по горизонтали от центра тяжести бульдозера до оси задней звездочки; Л* — высота точки приложения результирующей горизонтальном и вертикальной составляющих сопротивления грунта на отвале. Экспериментально установлено, что в случае резания связных грунтов /г* = 0,17#, при резании несвязных грунтов и транспортировании грунтов Л& = 0,27Н (для отвалов постоянного радиуса кривизны). Соотношение между вертикальной и горизонтальной составляющими результирующей сил копания грунта определяется зависимостью Rv = Rh tg v, (2.8)
где v — угол наклона результирующей сил сопротивления на отвале. При копании связного грунта он обычно принимается равным 17° (15...21°), при резании рыхлого грунта и транспортировании призмы волочения в траншее — 0° (—6...6°). Расстояние до центра давления хс должно быть не более 0,67 длины опорной поверхности гусеницы L. Полагаем, что давление распределяется по закону трапеции. Тогда, если дгс== = (0,5...0,67) L, максимальное давление на передней кромке опорной поверхности G+Rv <7мин —■    <7макс-
минимальное на задней кромке
Когда проектируется бульдозер на колесном тягаче, необходимо для тех же случаев определить реакции на передние и задние колеса. Они рассчитываются с использованием уравнений, составленных по схеме, которая дана на рис. 2.2. Во всех случаях не допускается равенство одной из реакций нулю, т. е. отрыв колес бульдозера от грунта. Параметры отвала бульдозера находятся из следующих условий. Рациональные значения длины В (м) и высоты Я неповоротного отвала устанавливаются по зависимостям з    3 B = (l, 2...1.4)/т (2.9); Я = (0,45...0,40) Ym (2.10), где т — масса бульдозера, т. Длина отвала должна перекрывать наиболее выступающие в стороны элементы толкающей рамы и базовой машины не менее чем на 100 мм с каждой стороны. Чтобы рассчитать высоту отвала Я (мм), можно также пользоваться следующими зависимостями: для неповоротных отвалов Я-500 J/0,17h— АТН, (2.Щ
для поворотных отвалов н~туълтн — Атн, Здесь А = 0,5 при 77/< 400 кН и /4 = 0,1 при 7^ >400 кН. (2.12)
Отвалы бульдозера оснащаются козырьком, высота которого составляет (0,1...0,25) Я. Козырек при основном положении отвала устанавливается вертикально. Общая высота отвала с козырьком должна быть такой, чтобы в транспортном положении обеспечивались видимость пространства перед бульдозером и требуемый угол въезда. Параметры профиля отвала задаются углами резания ос, наклона е и опрокидывания р (рис. 2.3). Экспериментально доказана целесообразность создания отвалов с постоянным радиусом кривизны, который выбирается в диапазоне R = = (0,8...0,9) Я. Профиль отвала постоянной кривизны при известных высоте Я и ширине ножа а строится при условии, что угловые параметры профиля связаны соотношением 2ei — о. + р = 180, где ei — угол наклона (...°) криволинейной части профиля, определяемый по формуле 1 Н — a sin а £i = arctg s-т-. ° Н — ctg е — a cos а Построение профиля выполняется в соответствии с рис. 2.3 следующим образом. Из точки О (начало координат) проводят прямую О—А под углом е и прямую О—Б под углом а к оси абсцисс. Точка Л получается в результате пересечения прямой О—А с горизонталью, проведенной на расстоянии Я от оси абсцисс, а точка Б лежит на расстоянии а от точки О. Из точки А проводится прямая под углом опрокидывания |3, являющаяся касательной к профилю отвала в этой точке. Перпендикуляр к этой касательной АО пересекается с перпендикуляром к касательной ОБ в центре профиля отвала 0\, откуда радиусом 0\A = 0\B = R может быть очерчен профиль криволинейной части отвала. Этим методом пользуются и при построении профиля на чертежах. Рекомендуется назначать сс = 50...55°; 8=75°; р0=70...75°. Значение а принимается равным ширине ножа, т. е. 120, 150, 200, 250, 300, 350, 450 мм. Задний угол 0 следует выбирать так, чтобы линия О — Б, проведенная от режущей кромки ножа под углом 0 к горизонтали, не пересекала выступающих частей на тыльной стороне отвала (см. рис. 2.3). При этом -необходимо обеспечить условие а—9>20°. Для бульдозеров с гидравлическим управлением значение угла 0 следует увязать со скоростью опускания режущей кромки при заглублении отвала; 6 > arctg (v3/v), г» Рис. 2.2. Нагрузки на оси пневмоколесного бульдозера Рис. 2.3. Профиль отвала бульдозера где v3 — скорость кромки ножа при заглублении отвала; v «— скорость движения бульдозера на основной рабочей передаче.
В соответствии с требованиями ГОСТ 7410—79 Е необходимо предусмотреть возможность принудительного изменения углов поперечного перекоса отвала (угла зарезания) и резания. Это позволяет повысить эффективность бульдозеров при копании тяжелых грунтов, работах на косогорах и перемещении грунта. Бульдозеры общего назначения с поворотным отвалом имеют угол поворота в плане (угол захвата) не более 62°. Рекомендуется принимать угол поворота 40...45°. Значение угла поворота в плане ограничивается допускаемым смещением центра давления. Максимальные высота подъема и глубина опускания отвала от уровня опорной поверхности находятся из условия обеспечения рабочего перемещения бульдозера под уклон с последующим движением на подъем и перемещения на подъем с последующим опусканием под уклон. Высоту подъема отвала следует выбирать такой, чтобы угол въезда составлял не менее 20° для неповоротных и 20...25° для поворотных отвалов. Если бульдозер гусеничный, глубина опускания отвала устанавливается исходя из класса базового трактора по ГОСТ 7410—79 Е. (Тяговый расчет бульдозера позволяет вычислить максимальную глубину резания в заданных грунтовых условиях, оценить возможности тягача при транспортировании грунта с подрезанием стружки минимальной толщины, определить подъем, который может преодолевать машина с максимальной призмой волочения. Расчеты выполняют с соблюдением условия R„<T< Тн. Здесь Rh — сопротивление перемещению бульдозера в процессе копания грунта; Т—тяговое усилие трактора на выбранной передаче, принимаемое по паспортной характеристике трактора или рассчитанное по зависимости (2.3). В соответствии с экспериментально-аналитическим методом расчета сопротивление перемещению бульдозера Rh (кН) в процессе копания грунта складывается из сопротивления перемещению машины с учетом уклона W\, сопротивления грунта резанию W2, сопротивления перемещению призмы грунта Wz и сопротивления перемещению стружки грунта по отвалу W4\ — G(f cos a„ ± sin ап) + 103 sin yB (tpK Kh + stj3) -f- + (tg P sin T + tg cp cos2 a sin у + tg cp tg p cos y), (2.13) где f — коэффициент сопротивления движению, равный в грунтах категорий II, III для гусеничного движителя 0,1...0,12, для колесного — 0,06...0,08; ап — угол продольного уклона пути; фк — коэффициент, учитывающий влияние угла резания на удельное сопротивление копанию грунта, для угла 30° принимается равным 0,65...0,70, для 35° — 0,75...0,78, 40°—0,85,45°—1,00, 50° — 1,35, 55° — 1,65, 60° — 1,85, 65° — 2,20, 70° — 2,60 [16]; /С — удельное сопротивление резанию грунта неизношенным ножом (МПа), при угле резания 45° для грунта категории I составляет 0,07, II — 0,11...0ДЗ, III — 0,13...0,17, IV —0,25; h — глубина резания, м; s — ширина площадки износа (предварительного затупления) ножа (м), определяемая горизонтальным сечением, которое проходит через режущую кромку ножа; т]3 — коэффициент сопротивления от затупления (МПа) [7, 16], для грунтов категории I принимается 0,07...0,10, II — 0,13...0,35, III — 0,18... ...0,36, IV — 0,50...0,76; бр — плотность разрыхленного грунта (т/м3), равная частному от деления плотности грунта до разработки на коэффициент разрыхления (табл. 2.2); V — объем призмы грунта перед отвалом, м3; <р, р — углы внешнего и внутреннего трения грунта, ...° (табл. 2.2); у—угол захвата, g — ускорение свободного падения, м/с2. Объем призмы грунта рассчитывается по формуле v = <2-14> где Кф = 1,035 HJB, причем Н/В = 0,3...0,4. Расчет по зависимости (2.13) производят для следующих расчетных положений: 1) начальный этап заполнения отвала, резание острым и изношенным ножами, призма грунта отсутствует, т. е. F=0; 2) конечный этап заполнения отвала при резании грунта острым и изношенным ножами с максимальным объемом призмы волочения. Во всех случаях расчеты ведут для углов подъема ап = 0 и ап = 15...20°. Первое расчетное положение служит для определения максимальной глубины резания острым ножом Таблица 22 Физико-механические свойства грунтов Характеристики грунтов Пески Супеси Суглинки Глины четный грунт Сцепление, МПа 0,05 ...0,55 Угол внутреннего трения, ... 0 Угол внешнего трения грунта о сталь, Плотность грунта в плотном теле, кг/ма 1400 ... 2000 Коэффициент разрыхления 1,2 ... 1,4 Коэффициент бокового давления Коэффициент проницаемости, мкм2: 0,5 ... 0,7 массив Менее 0,001 струнка рМрыхленный грунт Вероятность разработки грунтов данного вида бульдозерами ... 290 0,24 300 ... 400 0,44 90 ... 130 0,15 ^макс — T—G(f cos ап ± Sin осп) sin 7 изношенным ножом (2.16)
Т — G (J cos ап ± sin ап) — 5st)3 sin f <pKA'fi sin к Во втором положении находят минимальную глубину резания острым ножом Т — О (/ COS ап ± sin dn) — 5pV tg !f (cos1 a sin 7 -f- tg P COS 7) ^мин — изношенным ножом T — G(f COS an ± sin «„) — Bsr,3 — huин —■ cpK^f6 sin 7 V tg p sin 7 — bpV tg Cf (cos* a sin 7 + tg p cos 7) (2.18)
Рассчитанные по равенствам (2.17), (2.18) минимальные значения глубины резания должны быть не менее значений /гп, определяемых по условию возмещения потерь грунта из призмы в боковые валики в процессе ее перемещения: hn = Д VjB\ Здесь А — опытный коэффициент, равный 0,29 для связных грунтов и 0,45 для малосвязных грунтов. Если бульдозер с поворотным отвалом, расчеты ведут при угле захвата 7 =я/2, а также при наименьшем угле захвата для первого расчетного положения и для положения, когда h — 0. На основании расчетов устанавливают возможность использования той или иной передачи при копании и перемещении грунта. Возможно выполнение тягового расчета с помощью аналитического метода определения сопротивления грунта копанию
[о,5^3рЯ2 cos о cos 'Ь +
+ g Sin (ф + Р) (ctg ф + ctg а) 8-рАЯ + 0.5СЛ В + 2tf(l + ctgp) Здесь С — сцепление грунта, Па (табл. 2.2); ф— угол сдвига отделяемого от массива элемента грунта, ...°, ф =\/i — p/2; g — ускорение свободного падения, м/с3; v — скорость перемещения бульдозера, м/с; у — угол захвата, .. Л Исследованиями, проведенными в ЦНИИСе и МАДИ, установлено, что наиболее вероятными условиями работы машин общего назначения, которые следует класть в основу расчетов, можно считать разработку характерного грунта категории II. Физико-механические свойства расчетного грунта приведены в табл. 2.2. Анализ отечественного и зарубежного опыта бульдозерострое-нйя, а также литературные рекомендации позволяют полагать, что мощность, необходимая для управления рабочим органом, составляет 20...40 % установленной мощности двигателя базового тягача. Скорости управления рабочим органом должны обеспечивать нормальный ход рабочего процесса. Увеличив скорости управления отвалом, можно несколько повысить производительность машины, но это приводит к росту динамических нагрузок и повышению утомляемости машиниста. Под скоростью подъема, опускания отвала понимают вертикальную составляющую скорости перемещения кромки ножа. Скорость заглубления v3 выбирается такой, чтобы заглубление ножа на горизонтальной поверхности осуществлялось на основной рабо- Рис. 2.4. Усилие заглубления отвала Рис. 2.5. Усилие выглубления отвала чей передаче под углом к горизонтали, не превышающим затылочного угла ножа, а также чтобы грунт не сминался коробкой жесткости отвала. Для выполнения этого условия необходимо соблюдение неравенства va < v tg 0. Усилие в исполнительном механизме привода управления гидравлических бульдозеров (в гидроцилиндрах) определяется исходя из условия статического равновесия трактора относительно передней и задней кромок опорной поверхности гусениц или осей передних и задних колес. При заглублении (рис. 2.4) 33
^*р.с/р.о
Go. (/ — Ь)
Р Ц.З —
(2.20)
Is
При выглублении (рис. 2.5) Р Ц.В —
Ga{c I(s
^p.o^p.o
(2.21)
где Gp.o — сила тяжести рабочего оборудования; G — сила тяжести бульдозера без рабочего оборудования. Остальные вели* чины указаны на рис. 2.4, 2,5. При этом необходимо, чтобы выполнялись следующие условия: £ц.з>К.з (2.22); РЦ.В>Р;.В (2.23). Здесь Р?.3 — усилие заглубления, найденное из условия преодоления несущей способности грунта; Рц.в — усилие выглубления при нормальных условиях копания грунта. Усилие заглубления рассчитывается по формуле KlSlBy-b)-GvJP'0 (2.24)
РЦ.З - Рис. 2.6. Реакция грунта при заглублении отвала Рис. 2.7. Усилие подъема отвала с грунтом где К\—коэффициент несущей способности грунта, для средних условий Лл = 0,5. ..0,6 МПа; si — ширина площадки ножа, трущейся о грунт, si = 1 ... 1,5 см (рис. 2.6).
В соответствии со схемой, изображенной на рис. 2.7, Gp.o*p.o + сг*г + Ql + Ryl + %нт    ^ 25) Здесь Gr = 0,358pVg", Q = 0,658pKgtg2 p; RV = 0,3R„; (G6 + 0,658pFg tg2 p + 0,355pFg) у — G (/ cos an ± sin g„) — Rh
1 — 0,3tp — 0,658pKgtggp Скорость движения поршня гидроцилиндра находится в зависимости от принятой скорости перемещения отвала. На рис. 2.8 показана расчетная схема для определения скорости поршня. Как следует из схемы, угол поворота толкающих брусьев при полном заглублении отвала - (т + Wc) Vе2 — т2 — т arcsin • где т — высота расположения точки поворота брусьев над уровнем опорной поверхности; Амакс — максимальная глубина резания; с — расстояние от оси поворота до кромки ножа. Ход исполнительного механизма (см. рис. 2.8) определится зависимостью s„ = yrАО2 + ОВ2 — 2АО-ОВ cos (а0 -f а.т) — — У АО2 + ОВ2 — АО-ОВ cosa0. Средняя скорость поршня 1\, = sn/t3. Здесь t3 — время подъема, заглубления отвала. 2*    35 Рис. 2.8. Перемещение поршня гидроцилиндра при заглублении отвала Рис. 2.9. Усилие в механизме перекоса отвала Исходными данными при проектировании гидравлического привода являются максимальное усилие, развиваемое цилиндром, Рц, скорость перемещения поршня ип, ход поршня sn, номинальное рабочее давление жидкости в системе р. Определение трех первых параметров для цилиндров подъема-опускания отвала рассмотрено выше. Для цилиндров изменения угла зарезания, захвата и резания эти параметры рассчитывают применительно к принятой конструктивной схеме. При этом исходят из следующего. Усилие в исполнительном механизме поперечного перекоса отвала должно быть достаточным для поворота базовой машины в обе стороны вокруг оси, проходящей вдоль края опорной поверхности движителя, при упоре краем отвала в жесткое препятствие (рис. 2.9). Усилие в механизме изменения угла резания определяют при уменьшении и увеличении последнего. В случае уменьшения угла резания усилие в исполнительном механизме должно быть достаточным для того, чтобы преодолеть действующие на режущую кромку горизонтальную и вертикальную составляющие сопротивления копанию (рис. 2.10). Последние рассчитываются по формулам Rh = T — G (/ cos ап ± sin <*п); Rv = 0,ЗЯи. В случае увеличения угла резания усилие в исполнительном механизме должно вызывать опрокидывание бульдозера вокруг задней кромки опорной поверхности при упоре кромкой ножа в жесткое препятствие (см. рис. 2.10). Усилие в механизме изменения угла захвата должно быть достаточным для преодоления силы, приложенной к краю отвала и способной вызвать разворот машины. Эта сила вычисляется так: Р = Gcpcufe/5, где k — колея трактора. Если базовая машина не имеет встроенного гидропривода, который может быть использован для управления бульдозером, номинальное рабочее давление р рекомендуется выбирать равным 10, 16, 25, 32 МПа. Рис. 2.10. Усилия в механизме изменения угла резания: а—при уменьшении угла j 6 — при увеличении /

После определения исходных расчетных данных проектирование гидравлического привода производят в следующем порядке. Разрабатывают принципиальную схему гидропривода, в которой указываются число насосов, распределителей, расположение предохранительных клапанов, бака, фильтров и других элементов системы. Здесь же устанавливаются длина трубопроводов, разность уровней, а также количество гидроцилиндров. Количество исполнительных цилиндров принимается исходя из общей компоновки бульдозера с учетом действующих на цилиндр усилий и возможностей унификации конструктивных элементов. Внутренний диаметр гидроцилиндра dч (мм) вычисляется в зависимости от значений действующего усилия Рц (Н) и расчетного давления жидкости в системе рр (МПа). При выдвижении штока При втягивании штока диаметром dm (мм) V iJk+d"- С учетом гидравлических потерь от насоса до цилиндра для предварительных расчетов можно принимать рр= (0,85...0,9)р. Полученное значение диаметра округляется до рекомендуемых размеров. ОСТ 22—1417—79 устанавливает следующие размеры внутреннего диаметра гидроцилиндра — диаметра штока в миллиметрах соответственно: 40—18, 25; 50—22, 32; 63—28, 40; 80—36, 50; 100—45, 63, 70; 110—50, 70, 80; 125—56, 80, 90; 140—63, 90, 100; 160—70, 100, 110; 180—80, 110, 125; 200— 90, 125; 220—100, 140; 250—110, 160. Подача насоса Q„ должна обеспечивать требуемую скорость перемещения штока. При этом потери жидкости за счет утечек принимаются в пределах 3...8 % от расхода жидкости, необходимого для работы п гидроцилиндров одновременно. Тогда 4(0,92. . .0,97) * Скорости движения поршня относительно корпуса цилиндра vn по ОСТ 22—1417—79 рекомендуется выбирать в пределах €,3...0,5 м/с. По значениям подачи QH и принятого номинального давления р определяются тип и количество насосов, устанавливаемых на машине, или проверяется соответствие встроенного насоса базового тягача гидросистеме. В случае несоответствия частоты вращения вала отбора мощности базового тягача номинальной частоте вращения выбранного насоса рассчитываются параметры промежуточного редуктора или мультипликатора. Внутренний диаметр трубопроводов выбирается таким, чтобы обеспечивалась средняя скорость жидкости 3...5 м/с в нагнетательном трубопроводе и до 1,5 м/с во всасывающем. Полученный расчетом внутренний диаметр округляется до рекомендуемого ближайшего большего. Рекомендуемые значения внутреннего диаметра трубопроводов в миллиметрах следующие: 2, 3, 4, 6, 8, 10, 13, 15, 20, 25, 32. 7 При канатно-блочном приводе управления расчетное положение, описываемое формулой (2.20), не имеет смысла, так как отвал заглубляется под действием силы тяжести рабочего оборудования. Значение последней должно удовлетворять условию ^р.о ^ / ■ р.о Усилие подъема отвала находится по зависимости (2.25) с соблюдением условия (2.23). Кроме усилия подъема отвала для проектирования канатноблочного привода управления необходимо знать ход рабочего органа и скорость его перемещения. Ход рабочего органа определяется из конструктивной компоновки бульдозера. Скорость подъема рабочего органа у проектируемых бульдозеров принимают, ориентируясь на существующие модели машин. После установления исходных данных разрабатывается принципиальная схема системы управления, на которой в соответствии с конструктивными особенностями машины указывается количество направляющих блоков, подвижных и неподвижных блоков полиспаста, место установки полиспаста. Кратность последнего принимается исходя из значений действующих усилий и требуемой скорости подъема. Обычно эта кратность не превышает восьми. Ход и скорость перемещения подвижной обоймы полиспаста находят по принятой кинематической схеме рабочего оборудования и его подвески. В соответствии с принятыми кратностью и схемой расположения направляющих блоков рассчитывается усилие в канате на барабане лебедки с учетом к. п. д. полиспаста и направляющих блоков. К. п. д. одного блока равен 0,95...0,96. Диаметр каната выбирается по разрывному усилию при коэффициенте запаса прочности не менее семи. Соотношение между диаметром блока или барабана и диаметром каната принимается в пределах 18...22. Длина барабана определяется по требуемой канатоемкости, равной произведению кратности полиспаста на длину его хода. При этом необходим запас на два-три дополнительных витка. В целях умень^ шения габаритных размеров в лебедках можно использовать барабаны с многослойной навивкой. По усилию в канате, диаметру барабана и скорости навивки каната вычисляются крутящий момент и мощность привода лебедки. Далее производится расчет элементов лебедки в соответствии с принятой конструктивной схемой. Обязательному расчету подлежат муфты включения и тормоза лебедки. Коэффициент запаса по моменту для фрикционной муфты принимается равным 1,15...1,25, для тормозов барабана— 1,5... 1,75. Режим работы лебедки характеризуется частотой включения /г>300 включений в час и продолжительностью включения 10...12 % от длительности цикла. Необходимы также расчеты кинематических цепей привода подъема отвала, отбора мощности к барабану лебедки (исходя из условий обеспечения потребных скоростей и усилий на барабане) и расчет механизмов включения муфты и тормозов лебедки. Затем составляется техническая характеристика бульдозера. Ее содержание для бульдозера с гидравлической системой управления дано в табл. 2.3. Таблица 2.3 Примерное содержание технической характеристики бульдозера Основные агрегаты и их параметры Значения
Примечания
Тягач Тип и марка Мощность двигателя, кВт Частота вращения вала двигателя, 1/с Расчетные скорости, км/ч: вперед: первая передача вторая » и т. д. Основные агрегаты и их параметры Значения
Примечания
назад: первая передача вторая » и т. д. Тяговые усилия, кН: вперед: первая передача вторая » и т. д. назад: первая передача вторая » и т. д. Масса в заправленном состоянии, т Отвал Длина, мм Высота, мм: без козырька с козырьком Угол, наклона резания (диапазон изменения) опрокидывания (диапазон изменения) задний (минимальный) перекоса (максимальный) захвата (диапазон изменения) Радиус кривизны, мм Размеры ножей по ГОСТу, мм Привод управления Марка насоса Расход жидкости, л/мин Номинальное рабочее давление, МПа Количество цилиндров, шт.: подъема отвала перекоса отвала изменения угла резания »    » захвата Общие параметры Наибольшая высота подъема отвала, мм » глубина опускания отвала, мм Угол, ...°: въезда съезда Угол проходимости бульдозера, ...°; на подъем по опрокидыванию » » » мощности двигателя под уклон по опрокидыванию по опрокидыванию относительно боковых опор Уровень силы звука в кабине, дБ Коэффициент обзорности Среднее статическое давление на грунт, МПа Габаритные размеры, мм: длина ширина высота Общая масса бульдозера, т Одно из направлений интенсификации процесса копания грунта бульдозером — совершенствование формы рабочего органа. Например, можно применить отвал совкового типа с подвижной средней секцией [И]. В этом случае отвал выполняется из трех секций, причем левая и правая располагаются под углом захвата 60°, а средняя имеет возможность свободно перемещаться в вертикальной плоскости. При заглублении отвала средняя секция резания грунта не производит и свободна скользит по его поверхности. Вертикальное перемещение средней секции составляет 200...250 мм. При подъеме отвала средняя секция, опираясь на упор, размещается так, что ее нож находится на одном уровне с ножами крайних секций. Такое положение отвала позволяет лучше врезаться в грунт, использовать преимущества косого резания грунта и уменьшить потери грунта в процессе его транспортировки. Исключение из процесса резания средней секции намного уменьшает прилипание грунта к отвалу. Отмеченные особенности ведут к повышению производительности бульдозеров на 35...40 %, если дальность перемещения грунта составляет более 20 м. Выбирая параметры такого отвала, руководствуются следующим. Ширина В и высота Я принимаются такими же, как и для обычного отвала. Длина средней секции b выбирается наименьшей из условия исключения влияния грунтовых потоков, направляемых крайними секциями. При целесообразных углах резания 40° и опрокидывания 30° Ь = 2,2#о ctg (т + 5). Здесь Но — расстояние по вертикали от верхней кромки ножа до верхней кромки отвала, мм; у— угол захвата крайних секций, Для разработки прочных и мерзлых грунтов целесообразно использовать бульдозеры с выступающим средним ножом [5]. Установлены следующие рациональные значения параметров выступающего ножа: длина SH= (0,17...0,33)5; ширина hH = = (0,15...0,2) Я, где В, Я —длина и высота отвала. Существенно повысить производительность и эффективность бульдозеров можно применением газовой смазки поверхности отвала [10]. В этом случае масса бульдозера с учетом установки дополнительного оборудования (компрессора и др.) рассчитывается так: G= (1,25... 1,35) G6.M,    (2.26) где Сб.м — масса базовой машины, т. Основные параметры отвала с газовой смазкой Л = (1,4. . . 1,6) J/G (2.27); Я == (0,5 . .. 0,45) УG (2.28). Остальные параметры отвала определяются так же, как и для бульдозеров традиционного исполнения. Параметры источника смазки устанавливаются в зависимости от запаса мощности двигателя базовой машины. Здесь могут быть два случая: мощность двигателя достаточна для практически полного устранения трения грунта о смазываемую поверхность; мощность двигателя недостаточна, т. е. процесс копания протекает в условиях частичного снижения трения грунта. В первом случае параметры источника смазки могут быть определены по таким удельным показателям: на 1 м длины отвала бульдозера расход воздуха — 6,3...8,8 м3/мин, избыточное давление— 0,032...0,034 МПа, мощность—11,5...16 кВт. Поверочный расчет ведут следующим образом. Абсолютное давление газа на выходе из щели (МПа) рассчитывается в зависимости от высоты призмы грунта Я (м), от удельной нагрузки грунта «а смазываемую поверхность W (кН/см), коэффициента A,i, учитывающего проницаемость грунта. При W < 0,22 кН/см, 0,1 < Xi < 0,27 1/см рх = 0,156 — 0,025Я — 0.336Х.1 + 0,38 W + TkxW + + 0,002Я2 + 0,694Xi _ 0,025ЦТ2; при W > 0,22 кН/см, 0,1 < Xj < 0,27 1/см рх = 0,097 + 0,078Xi + 0,2 W + 6,67^ W — 0,089Х? — 0.48IF2. Здесь = Л/ —24К (2-29)> w = я ~ R" (2.30); у t Н cos р    Sc sin 7 sin a v >' КуКъН sin a COS р ^ = sin а cos р + 2Н (К2 — ’    ^2'3J^ ГП'9 (1 — X) sin о sin 7 [sin (<z —|- p —j— tp) —j— tg cp sin 7 cos (a -j- P + Ф) ’ sin (a -f- p -f- ф) (sin a sin 7 tg <p sin2 7 cos at —j— tg cp cos2 7) ^ x = 0,75 A (2,1-A); Rh — T— G (/ cos an ± sin an) — Bs-q3\ Sc = 0,755. (2.33) Здесь Ku K2 — коэффициенты проницаемости для стружки и разрыхленного грунта (см. табл. 2.2); /1—ширина ножа. Обозначения остальных величин даны выше. Расход газа Q (м3/мин) при атмосферном давлении Q = 2,5- lOVfiX, [р\ - pl)lpw,    (2.Щ где ро — атмосферное давление, ро = 0,1 МПа; jj- — динамическая вязкость газа, для воздуха jj, = 1,9 -10~5 Па-с; t — толщина слоя смазки, t = 2-10-4 м. NK= 1,63-2-hA    (2.35) Здесь -q — к. п. д. компрессора, -ц = 0,55...0,65; рк — давление воздуха на выходе из компрессора, Рк = 4{р\— /Го) + ро,    (2.36) где %— коэффициент потерь, учитывающий потери давления газа в пневмопроводах, £ = 1,1... 1,3. Уменьшение внешнего трения грунта вследствие смазки лобовой поверхности отвала ведет к снижению сопротивления грунта копанию. Если полагать, что сопротивление грунта копанию остается неизменным, то смазка отвала как бы увеличивает реализуемое бульдозером усилие копания. В этом случае условное усилие копания Ру = тп [Т — G (/ cos а„ ± sin ап) — s5ij3].    (2.37) Здесь -\- К. — 1 mn = -,    (2.38) причем Т — G (f cos а ± sin а_Л Кз = Т — G {J cos ап ± sin ап) —sfiy)3 •    ^2-39^ Зная условное усилие копания, можно найти объем призмы перед отвалом на заключительной стадии набора грунта: v=Xk'    <2-40> где Кк — удельное сопротивление грунта копанию бульдозером с острой режущей кромкой. Для расчетного грунта К« — = 31...36 кН/м3. Меньшие значения принимают для крупных, бульдозеров. При частичном устранении трения грунта на смазываемой поверхности расчет ведут следующим образом. По известному избытку мощности двигателя N3 ориентировочно выбирают параметры Q, рк. Последующее решение задачи сводится к уточнению принятых параметров и, в конечном счете, к нахождению достигаемого снижения сопротивления грунта копанию. По выбранному значению Q рассчитывают расход по сжатому воздуху (м3/с): q1 = 13/q +т/-21__L + i/_Q__1/^l + _L V1 V -Щ + V 4c] 27с3 V 2ci V ^ 27c°' с 1 =
Здесь
где и — скорость копания, v = 0,65...0,7 м/с; тдр — к. п. д., учитывающий потери давления при движении воздуха в пневмопроводе, ijp = 0,94...0,97. По значению Qi определяют давление компрессора рк (МПа); рк = Ро + O.lciQ?.-    (2.42) Затем из неравенства (2.35) находят мощность, потребляемую компрессором. Расчеты повторяются до соблюдения условия NK~N3. Условное усилие копания, объем призмы грунта перед отвалом устанавливают по зависимостям (2.37), (2.40). При этом Рис. 2.11. Подвод газа для смазки лобовой поверхности отвала
т' + Яз- тп =
Здесь
ГЛФ =
Подачу газа на поверхность отвала надо организовывать в соответствии со схемой, показанной на рис. 2.11. Толщину щели для подачи воздуха следует принимать такой: /щ = = (2...4) £ = 0,5...0,8 мм. Длина щели ВС = 0,75В. Расстояние от щели до оси отверстий в подножевом листе /щ = 30...60 мм. Диаметр d и шаг U отверстий связаны зависимостью d2>-3,2la. При шаге Zd —50... 100 мм можно принять d=12...18 мм. В качестве источника смазки используются компрессоры низкого давления: ротационные, винтовые, воздуходувки типа РУТс, газодувки. При составлении технической характеристики на бульдозер с газовой смазкой табл. 2.3 следует дополнить данными, характеризующими принятую компрессорную установку. 2.3. СКРЕПЕРЫ Параметры выпускаемых в СССР скреперов должны соответствовать ГОСТ 10055—75, ГОСТ 5738—73 (табл. 2.4, 2.5). Вместе с тем результаты исследований в этой области определили следующие возможности повышения эффективности скреперов: совершенствование ножевой системы; применение глубоких заслонок; двухщелевая загрузка ковша; использование транспортирующих устройств для принудительной загрузки ковша; газовая смазка ковша; улучшение тягово-сцепных качеств путем применения сцепных устройств, обеспечивающих работу скреперов по системе тягач — толкач; осуществление привода на все колеса (для самоходного скрепера). Т а б л и а, а 2.4 Основные параметры прицепных скреперов Параметры Типоразмеры СПр-4,5 Геометрическая вместимость ковша, м3 Грузоподъемность, Максимальное заглубление, мм, не менее Толщина слоя отсыпки, мм, не менее Удельная материалоемкость, т/м3, не более Табл ица 2.5 Основные параметры самоходных скреперов Параметры Тип оразмеры Геометрическая вместимость ковша, м8 Максимальная скорость, км/ч, не менее Сухая масса, т, не более В том числе тягача, т, не более Максимальное заглубление, мм, не менее Дорожный просвет под Ножом скрепера в транспортном положении, мм, не менее Удельный показатель мощности (рекомендуемый), кВт/м3, не менее При выполнении проекта скрепера традиционной конструкции; в соответствии с заданием и проведенным анализом патентнотехнической литературы выполняется описание машины, где обосновываются следующие ее конструктивные особенности: способ перемещения (скрепер прицепной, полуприцепной, самоходный); общее конструктивное оформление, тип ковша, кинематика его подъема и опускания; тип и кинематика передней заслонки; тип привода управления, его состав, конструктивнокинематическая схема; тип ножа (прямой, ступенчатый, криволинейный, с постоянным или регулируемым углом резания)'; наличие устройств для работы с толкачом, других устройств для лучшего заполнения ковша. Приводится также схематическое изображение скрепера. Основные размеры ковша — ширина В, длина L и высота Н выбираются в зависимости от главного параметра — геометрической вместимости V. Последняя условно определяется равенством V = BHL.    (2.45) Если вместимость ковша не задана, ее следует установить с помощью тягового расчета. Ширина ковша В = £т + 30...60.    (2.46) Здесь Вт — ширина опорной поверхности тягача, мм. Последняя может быть вычислена, если известна колея тягача Кт и ширина гусеницы либо колеса Вк; тогда Вг. = Кт + Вк.    (2.47) Если заданием предусмотрен выбор типа тягача по заданной вместимости ковша скрепера, то ширину ковша следует предварительно выбрать по аналогии с существующими скреперами, данной вместимости [3, 6, 12, 13]. В дальнейшем эта ширина приводится в соответствие с условием (2.46). Длина и высота ковша определяются соотношениями L-yr^H~yr^B ■    <2-48> где значение a, = L/tf принимается по табл. 2.6 по рекомендациям ВНИИстройдормаша для коротких ковшей и по рекоменда* циям К. А. Артемьева для длинных ковшей. Большинство отечественных скреперов спроектировано на основе рекомендаций ВНИИстройдормаша [12]. Длинные ковши обеспечивают некоторое снижение среднего тягового усилия, однако при этом увеличиваются колесная база, габаритные размеры скреперного агрегата и ухудшается его маневренность. Прочие размеры следует принимать, соблюдая условия Hi >0,7Н, //2> 0,6// (рис. 2.12). Угол наклона плоскости ножа’ к днищу выбирается таким, чтобы обеспечить требуемое значение угла резания в положении, когда режущая кромка ножа находится в опорной плоскости колес. Рекомендуется принимать угол резания равным 35°. Предпочтительны ступенчатые ножи, которые конструктивно проще криволинейных, обеспечивают хорошее распределение нагрузок между задними колесами скрепера при наличии четырех скатов на задней оси, облегчают внедрение в грунт и наполнение ковша по сравнению с прямыми ножами. Последние следует применять для скреперов, которые должны обладать повышенной планирующей способностью. Таблица 2.6 Определение отношения Геометрическая вместимость ковша скрепера, м8 Значение аг для ковша короткого длинного 0,9 ... 0,8 0,95... 0,85 Рис. 2.12. Схема ковша скрепера Размеры ступенчатых ножей можно выбирать, использовав следующие соотношения для крайних и средних пластин: 5К = = 0,25В; ВС = 0,БВ (см. рис. 2.12). В этом случае нож собирается из четырех одинаковых пластин, а форма подножевой плиты и расположение отверстий для крепления ножей позволяют устанавливать два средних ножа с вылетом по отношению к крайним. Для скреперов с односкатными задними колесами следует соблюдать условие Bc^f(3 — Ьк, где К3 — колея задних колес; Ьк — ширина заднего колеса. При двускатных задних колесах, когда трудно гарантировать полный контакт задних колес с грунтом по следу боковых ножей, можно ограничиться соблюдением условия Вс^.Кз—Ьк~А, где А — расстояние между спаренными покрышками. Вылет среднего ножа по отношению к крайним для ковшей вместимостью 3, 6, 10, 15 м3 принимается 40, 80...100, 100...120, 120...130 мм соответственно. На основании тягового расчета по заданной вместимости ковша подбирают тягач либо по заданному тягачу определяют вместимость ковша скрепера. Кроме того, находят наибольшую глубину резания, которая регламентируется ГОСТом. Тяговый расчет для транспортного положения выполняется с целью установить максимально возможную скорость движения скрепе-pa, а также подъем, который может преодолеть тягач^с груженым или порожним скрепером.    / Наибольшее распространение получил метод / проведения тягового расчета, предложенный Е. Р. Петерсом. Юбщее сопротивление, преодолеваемое тягачом в конце заполнения ковша грунтом, складывается из четырех сопротивлений: перемещению груженого скрепера Wu резанию W2, перемещению призмы волочения и наполнению ковша W4: Р = W\    W'z + Wi = (GCK + Grp) / + + KBh + gyBH4p[x + ghBHbp -f- gBH2bpX. (2.49) Здесь кроме величин, обозначение которых дано в подразд. 2.1, принято: GCK — сила тяжести порожнего скрепера; у—коэффициент объема призмы волочения перед заслонкой, равный 0,5...0,7; бр — плотность грунта в разрыхленном состоянии, т/м3-х — опытный коэффициент, для глины составляет 0,24...0,31, суглинка и супеси — 0,37...0,44, песка — 0,46,..0,5. При расчете пользуются формулой Оск — GtVgi где а — удельная материалоемкость, равная 1... 1,2 для прицепных и 2,2...2,5 т/м3 для самоходных скреперов. Значения удельного сопротивления грунтов резанию скреперами принимают в зависимости от разрабатываемого грунта: для песчаных грунтов — 50...70, для супесей и суглинков — 80... 100, для тяжелых суглинков, глин, дресвы — до 120 кПа. Выбирая тягач к скреперу заданной вместимости, расчет по равенству (2.49) ведут для конечной стадии заполнения ковша грунтом, когда глубина резания минимальна (ЛМИн). Последняя определяется условием прочности стружки на сжатие и назначается в зависимости от вместимости ковша и вида грунта. В случае разработки суглинков ковшом вместимостью 6, 10, 15 м3 принимается минимальная глубина резания 40...60, 80... 100, 120... 140 мм соответственно. При копании супесей следует брать 60...80, 100...120, 140...160 мм. Для скреперов со ступенчатыми ножами приведенная минимальная глубина резания ^пр. МИН — ^МИН (1 BljB)hl. Тяговый расчет скрепера можно выполнить и с помощью аналитической зависимости А. М. Холодова, В. К. Руднева [10]: Р = (Сек + GT)f + В    [£§р№ sin р cos р sin (ф + р)+ + 0.5g-Sp£i tg f ctg p sin 2p h ctg ^ ~j^ cos a ■ H2 sin (ft + p) + + g\H (A ctg ф + I cos a) sin (<!> + p) -f 0,5Ch ^|J. (2.50) физико-механические свойства грунтов приведены в табл. 2.2. В сооъретствии с вычисленным согласно равенствам (2.49), (2.50) значением необходимого тягового усилия подбирается трактор-тягач, который способен развивать его на низшей рабочей передаче.. Если усилие на крюке тягача более чем на 10 % отличается от требуемого, следует скорректировать расчет путем изменения вместимости ковша либо выбираемых значений характеристик грунта. При отсутствии серийно выпускаемых тягачей, обеспечивающих необходимые для работы скрепера усилия, данные тягового расчета используются для того, чтобы составить задание на проектирование соответствующего тягача. Затем определяется максимальная глубина копания,, возможная на расчетном грунте в начале процесса заполнения ковша: , _ Т — fGCK н макс — или исходя из зависимости (2.50) и _ _т ~~ f°CK__(2 52\ Дмакс ~    cos Р sin (а + у)    •    V"3** 0,5СВ Sjn ijjsjn    р ф) Для скреперов со ступенчатым ножом , /. вс кв +1 в /w = —тр^ + и-тг)^    (2-53) = ■ ... ■L^n(. + „) + (> ~гЦ (2.54) sin sin (a -J- cp -|- p -f- (p) где T — тяговое усилие на крюке, развиваемое трактором на низшей передаче. Полученное значение /гмакС должно соответствовать требованиям ГОСТа. В случае, если в задании на проектирование указан тип тягача, по значению его тягового усилия на низшей передаче определяют вместимость ковша скрепера: F =г-    <2-55> Здесь Кк — коэффициент удельного сопротивления грунта копанию, кН/м3. Его можно принять по данным рис. 2.13, Полученное значение вместимости ковша округляют до рекомендуемого ГОСТом. Затем определяют максимальную глубину копания. При проектировании самоходных скреперов, предназначенных для транспортирования грунтов на значительные расстояния, в задании может быть оговорена максимальная транспортная скорость. В этом случае не исключено, что для передвижения груженого и даже порожнего скрепера по грунтовым / гравийным дорогам с преодолением значительных уклонов потребуется большая мощность двигателя, чем в процессе коп^йия грунта. Тогда двигатель подбирается по значению мощное^, определяе-2pi----—:- мому условиями транспортных операций. При заданной мощности Тягача N (кВт) вместимость ковша скрепера (м3) составит [13] Г------/" 5 10 15 20 V и* Рис. 2.13. Зависимости удельного Сопротивления грунта копанию скрепером от вместимости ковша:
k Ftf “w1 имакс Если задана вместимость ковша, то мощность тягача 1 —супесь; 2 — суглинок; 8 — глина
макс
/V
(2.57)
J Kk+8>) + 7,7-10-%Fc»:
3fikNi!
где kN — коэффициент использования мощности двигателя, учитывающий также затраты энергии на привод вспомогательных механизмов, kN = 0,8...0,85; т] —к. п. д. трансмиссии в транспортном режиме; kw — коэффициент обтекания скрепера, kw = 0,6... ...0,7 Н-с2-м~4; F — лобовая площадь скрепера, м2; омакс — максимальная скорость транспортирования грунта, регламентируемая ГОСТом (табл. 2.5); / — коэффициент сопротивления качению по грунтовым дорогам, f=0,035; бР — плотность разрыхленного грунта, т/м3. Конструктивная масса скрепера тск = aV. Здесь а — удельная материалоемкость, т/м3. Зная вместимость ковша и тип тягача, ведут тяговый расчет с использованием равенства (2.50) или (2.51). На основе этого расчета устанавливают необходимость в толкаче и его параметры из уравнения тягового баланса Рк + фтТт Pi толкача и тягача, (2.59)
где фт — коэффициент совместности работы фт = 0,8...0,85; Тг — тяговое усилие толкача. Сила тяги на ведущих колесах скрепера РК — фец R- Здесь фец — коэффициент сцепления, фсц = 0,7...0,8; R — реакция грунта на ведущие колеса скрепера, ориентировочно i? = q)0(GCK + + Grp) (2,60); ф0 — коэффициент, учитывающий распределение нагрузок на оси скрепера. Последний принимается на основании: данных табл. 2.7. Таблица 2.7 Ориентировочное распределение нагрузок на оси скрепера Порожняя машина Груженая машина Тип скрепера Нагрузка на переднюю/ заднюю ось, % фициент Нагрузка на переднюю/ заднюю ось, % фициент С одной передней ведущей осью С двумя ведущими осями: двухдвигательный с мотор-колесами Полуприцепной с двухосным тягачом и двумя ведущими осями С элеваторной загрузкой * Нагрузка на среднюю ось. Стр + GCK + Grp    /о R0\ — arccos ...    ,    -—=. (2.63) V (GTP + GCK + Grp)s + (GTpf j + GCK/ + Grpff Этот угол проверяется по условию сцепления движителей тягача с грунтом: . Стр (У /) (°СК + Grp) f arctg    GTp+GcK + Grp (2.64)
Характеристикой тяговых качеств скрепера является меньшее из двух найденных значений угла ап- Усилие в механизме подъема ковша можно определить, если рассмотреть условия равновесия передней части скрепера при подъеме груженого ковша в транспортное положение (рис. 2.14) . Рис. 2.14. Усилие подъема ковша скрепера Влияние задней части скрепера при этом учитывается неизвестной по значению и направлению силой X. Искомое усилие Sn находится из уравнения моментов сил, действующих на переднюю часть скрепера относительно шарнира крепления тяговой рамы к ковшу (точка О): Sn — (Nih + The, — Gn/5)/Z4. (2.65)
Здесь Т — максимальное тяговое усилие тягача. Силу тяжести передней части прицепного скрепера Gn принимают равной 35... ...40 % общей силы тяжести скрепера с грунтом. Реакцию на переднюю ось скрепера Ni определяют из расчетного положения, описанного в подразд. 3.5.2. Усилие в механизме подъема передней заслонки вычисляется следующим образом. В случае, когда га>г3 (рис. 2.15), механизм управления заслонкой должен развивать усилие 53, которого достаточно для преодоления моментов сопротивлений сил тяжести заслонки G3 и грунта Grp, заключенного между внутренней поверхностью заслонки и плоскостью, проходящей через нижнюю и верхнюю кромки заслонки, а также силы трения F между грунтом, поднимаемым заслонкой и остающимся в ковше, и силы давления Е грунта, остающегося в ковше. Тогда S3 == (Grrr -f- G3r3 -4- Ftp -f- Ete)!ts.    (2.66) Сила тяжести грунта, поднимаемого с заслонкой, Gnp = FrpBbpg,    (2.67) где Fгр — площадь сегмента, заштрихованная на рис. 2.15. Масса заслонки для ковшей вместимостью 3, 6, 10, 15 м3 ориентировочно принимается 250...300, 400...500, 600...700, 800...900 кг соответственно. Сила трения F грунта по грунту F = Е tg р. Сила давления грунта Е = 0,5BH%g (tg2p + tg2    cos p.    (2.68) Угол p определяется по чертежу, аналогичному рис. 2.15. В случае, если гп < г3, в расчетах принимают F = Е = 0. Для ковшей с принудительной разгрузкой усилие разгрузки •5р = Fa + F (, -f- Fp. Нахождение слагаемых показано ниже. Сопротивление трения грунта о днище ковша = 0,7gFSp tg ср.    (2.69) Сопротивление трения грунта о боковые стенки OJeVbH tg » F0 = ; -p , ; .    (2.70) fl (1 + 2 tg cp) Сопротивление качения роликов задней стенки по направляющим Л. « Oa.cf,    (2.71) где G3.с — сила тяжести задней стенки, 03.с 1,2G3; / — коэффициент сопротивления качению роликов, /=* 0,10...0,15. Для ковшей с полупринудительной разгрузкой (рис. 2.16) 5Р — {GTl\ + Од/д + FTlT)/lp\    (2.72) Gr = 0,7Vbpg.    (2.73) Сила трения грунта о боковые стенки ковша рассчитывается по равенству (2.70). Сила тяжести поворотной части ковша Gfl принимается в соответствии с прототипом проектируемого скрепера. В итоге выполнения данного раздела проекта составляется техническая характеристика скрепера, оформление которой сходно с указанным в табл. 2.3. Рассмотрим методы реализации некоторых прогрессивных тенденций развития конструкций скреперов. Применение глубоких заслонок дает повышение производительности до 22 %. В основу определения рациональных параметров такого скрепера положены следующие предпосылки: точка О крепления Рис. 2.15. Усилие подъема заслонки Рис. 2.16. Усилие поворота днища ковша заслонки к боковым стенкам ковша находится на пересечении вертикали, проведенной из верхней кромки ножа, и биссектрисы угла AOiE (рис. 2.17); радиус заслонки R = Li—l, т. е. равен разности расстояния по горизонтали между верхней кромкой заслонки и задней стенкой и длины днища ковша; высота задней стенки Н0 равна длине днища ковша I.
На основе этих допущений можно выразить объем ковша и тяговое сопротивление его наполнению на конечной стадии как функцию от длины днища ковша. Это позволяет представить и удельное сопротивление копанию в функциональной зависимости от указанного параметра. Определив минимум этой функции, установим рациональное значение длины днища ковша и остальных размеров, характеризующих его профиль. Для расчетного грунта вместимость ковша (м3) V = WL\B.    (2,74) Длина днища рассчитывается по формуле / = 0,561ь Высота задней стенки Но = 0,56Li, Радиус передней заслонки R = 0,44Li. Здесь L\ — расстояние от верхней кромки заслонки до задней стенки; В — ширина ковша, вычисляемая по равенствам (2.46), (2.47). Использование элеваторов для заполнения ковшей скреперов позволяет снизить себестоимость разработки грунта на 10...20 %. При этом стоимость машины возрастает на 25 %, эксплуатационные расходы повышаются на 13 %, а время копания увеличивается на 30 %. Применение таких машин целесообразно на однородных грунтах без каменистых включений. Попадание камней вызывает поломки элеватора, поэтому допустимые размеры камней составляют 100... 150 мм, а для крупных машин — 200...250 мм. Влажные глинистые грунты налипают на скребки и загрузка прекращается. При больших Рис. 2.17. Параметры глубокой заслонки ковша скрепера скоростях грунт забрасывается цепями элеватора за ковш, в связи с чем скорость цепи не должна превышать 1,4 м/с; соответственно скорость машины при копании ограничивается 1,8 км/ч, а толщина стружки— 150 мм.
Вместимость ковша скрепера с элеваторной загрузкой определяется из условий транспортирования груженого скрепера С ЗЗДЗННОИ СКОрОСТЬЮ ^макс> найденной по формуле (2.62), и преодоления требуемых подъемов. В последнем случае расчеты ведут, используя равенства (2.61) — (2.64). При этом считают, что масса самоходного скрепера с элеваторной загрузкой тс к — aV, где а — удельная материалоемкость (т/м3), равная 2,5...2,8 для самоходного и 1,2...1,4 для прицепного скрепера. По принятой вместимости ковша проверяется баланс мощности N = Ni + ЛГэл. Мощность привода движителей тягача при заполнении ковша грунтом (Wi + Щ) w Здесь Wi = (GCK+Grp)/; W2 = KBh. Мощность привода элеватора (кВт) рассчитывается по формуле Ни = Якин Sкг (£гоР<0 + н9),    (2.76) Чкин 3600-Г] где /Скин — коэффициент, учитывающий затраты на сообщение грунту кинетической энергии, равен 1,15... 1,5, причем большее значение соответствует более высокой скорости цепи элеватора; £ГОр — длина горизонтальной проекции элеватора, м; со — коэффициент сопротивления движению цепи элеватора (для работы на суглинках и супеси со = 3,5); Н3 — высота подъема грунта, м; т] — к. п. д. привода элеватора. П = 3600£с/гсМцС§р.    (2.77) Здесь Вс — ширина скребка, м; Ас — высота скребка, м; kH — коэффициент заполнения межскребкового пространства, равный 0,5...0,6; Оц — скорость цепи элеватора, составляет 1,2...1,4 м/с; с — коэффициент (учитывающий угол наклона элеватора), который принимается для тяжелых сыпучих грунтов при углах наклона 30...40° соответственно 0,45...0,8, для легких сыпучих грунтов — 0,5. Производительность скребкового элеватора должна быть не меньше производительности скрепера по копанию грунта (т/ч)' Як = 1000ВЛг>5,    (2.78) где В — ширина ковша, м; h — глубина копания, м; v — скорость скрепера при копании, км/ч; б — плотность грунта в естественном состоянии, т/м3. Зная мощность Nэл и скорость движения цепи, конкретизируют параметры привода элеватора путем выбора соответствуя ющего гидромотора. Техническая характеристика скрепера с элеваторной загрузкой дополняется данными о типе элеватора, его производительности и сведениями об используемом гидромоторе. Применение газовой смазки ковша для уменьшения внутреннего трения грунта при его заполнении ведет к снижению приведенных удельных затрат на разработку грунта на 17... 22 % и росту производительности машины на 30...36 %. Этот способ интенсификации выгодно отличается от других тем, что не сужает область использования скреперов. Вместимость ковша прицепного скрепера V =_тп°1.(?сц ~ 0__(2 79) Здесь Gт — сила тяжести тягача; <рсц— коэффициент сцепления; /, /j — коэффициенты сопротивления движению тягача и скрепера; Кк — удельное сопротивление грунта копанию (см. рис. 2.13); К3 — коэффициент (учитывающий увеличение сопротивления грунта копанию вследствие износа или первоначального затупления ножа), который рассчитывается по формуле (2.39); бр—■ плотность разрыхленного грунта; а — удельная материалоемкость скрепера. Коэффициент, учитывающий увеличение полезно реализуемой силы тяги вследствие уменьшения внутреннего трения грунта в ковше, для условий газовой смазки вычисляется так: та = (тр + К3 — 1 )/Кз,    (2.80) Обозначения величин, входящих в равенства (2.80), (2.81), приведены выше. + 0,5Ch cos p/sin ф
(2.81)
Вместимость ковша самоходного скрепера с газовой смазкой определяется так же, как для машины традиционного исполнения. Применение газовой смазки позволяет практически отказаться от толкача. Параметры компрессорной установки находятся по равенствам (2.29) — (2.37), (2.34) — (2.36). При этом считается, что (2.83)

1 4----1---- Я/С, sin ф cos р-f-/г (/f2 — Л^)
НКХ sin ^ cos р
Обозначения используемых величин даны в подразд. 2.1. Система подачи газа конструируется подобно аналогичной системе для отвала бульдозера. При составлении технической характеристики на скрепер с газовой смазкой ковша в ней следует привести данные о компрессорной установке. 2.4. АВТОГРЕЙДЕРЫ Параметры автогрейдеров регламентированы ГОСТ 9420—-79 (табл. 2.8). Наметились следующие тенденции совершенствования этих машин: интенсификация рабочего процесса путем оснащения отвалов транспортирующими устройствами (шнеки, ролики) и применения газовой смазки; повышение маневренности машин в результате использования шарнирно сочлененной рамы; автоматизация отдельных элементов процесса управления. После анализа патентно-технической информации в проекте даются обоснование общей конструктивной схемы проектируемой машины и краткое описание ее устройства. В частности, необходимо обосновать принятую колесную формулу; конструкцию основной и тяговой рам, тип трансмиссии и движителя; тип отвала, наличие устройств для интенсификации рабочего процесса, виды сменного оборудования; схемы подвески задних колес, наличие наклона передних колес, тип привода управления. Следует дать характеристику привода управления основным рабочим органом. Требуется доказать целесообразность автоматического управления и пояснить схему такой системы. Описание должно сопровождаться схематическими изображениями автогрейдера и его отдельных систем. Основные параметры автогрейдеров Параметры Нормы для типов* Масса автогрейдера, т Удельная мощность, кВт/т Высота отвала с ножом, мм 500 ... G00 Длина отвала без удлинителей, мм 3000 ... 3700 Скорость движения, км/ч: вперед: наименьшая, не более наибольшая, не менее назад: наименьшая, не более наибольшая, не менее Высота подъема отвала в транспорт ном положении, мм, не менее Угол резания (регулируемый), заме ряемый при установке грейдерного отвала на опорной поверхности От 30° (не более) до 70 менее) Боковой вынос грейдерного отвала в обе стороны относительно тяговой рамы, мм, не менее Опускание грейдерного отвала ниже опорной поверхности, мм, не менее * I—легкие, II — средние, III — тяжелые. Главный параметр автогрейдера — его силу тяжести О (кН) — можно определить по заданным площади поперечного сечения 5 кювета автодороги и необходимому для создания профиля земляного полотна числу проходов п: mSK    (2.84) Здесь т — коэффициент, учитывающий неравномерность сечений стружки при последовательных проходах, т= 1,25...1,35; 5 — площадь сечения треугольного кювета, 5 = 2,25h2, где к — глубина кювета (0,3...0,8 м); К — удельное сопротивление грунта резанию, /(=200...240 кПа; -ф — коэффициент, учитывающий колесную формулу, -ф = 0,7 при формуле 1x2x3 и ijj=l для машин со всеми ведущими колесами; фсЦ — коэффициент сцепления при буксовании 18...22 %, фсц = 0,45...0,55; п — число проходов при устройстве земляного полотна в нулевых отметках, для грунтов категории II п = 4...6. Мощность двигателя (кВт), необходимая для копания, Gv. 3
^ [фсрсц + («Рсц + п 7-=Л> + + 4    (2.85) Здесь — фактическая скорость перемещения машины, Уф = = 3,0...4,5 км/ч; 8 — коэффициент буксования, 8 = 0,18...0,22; f — коэффициент сопротивления качению, / = 0,07...0,1; £ —коэффициент, учитывающий уменьшение мощности, двигателя в условиях неустановившейся нагрузки; для механической трансмиссии $ = 0,88...0,9, гидродинамической — £ = 1,0; у — к. п. д. трансмиссии, ^ = 0,83...0,86 для механической трансмиссии и у = *=0,73...0,76 для гидродинамической. Мощность двигателя, определяемая для транспортного режима, JV=%T'    (2.86) где Кмакс — заданная максимальная скорость движения автогрейдера, составляющая 35...50 км/ч. Коэффициент сопротивления качению в выражении (2.86) надо принимать для случая движения автогрейдера по твердому пути, т. е. равным 0,04...0,045. По большему из полученных значений мощности подбирают двигатель. Длина отвала (м) рассчитывается по формуле В = (0,7...0,76) Ут + 1,2.    (2.87) Здесь та — масса автогрейдера, т. Высота отдала Н = 0,26 — 0,12.    (2.88) Остальные параметры, характеризующие профиль отвала, выбираются согласно рекомендациям, приведенным в подразд. 2.2 применительно к бульдозеру с поворотным отвалом. База автогрейдера выбирается из условия возможности разворота отвала (рис. 2.18): В2 = В\+ 0,5 D + 0,5Д'. База двухосного автогрейдера В1=Б + УВ2 — Ь2 + 2Д, где £) — внешний диаметр шины; В — длина отвала; b — колея автогрейдера; Д— минимальный зазор между отвалом и шиной, Д =; 50...60 мм. Колея автогрейдера рассчитывается по формуле Размеры шин подбирают по статическим нагрузкам на колесо. Нагрузка на колесо переднего моста двухосной машины может быть до 0,2G, трехосной — до 0,15G, на заднее колесо двухосной машины — (0,3...0,35) G, на колесо среднего и заднего мостов трехосных машин— (0,17...0,2) G. Порядок расчета механизмов управления рабочим органом автогрейдера сводится к следующему: выбирается тип привода управления; составляется его ориентировочная кинематическая схема; в соответствии с расчетными положениями вычерчиваются в масштабе механизмы и приводы управления ими; находятся усилия, действующие на каждый механизм; выбираются исполнительные скорости движения; определяются мощность привода каждого механизма, его общее передаточное число; оцениваются возможности совмещения операций при управлении машиной и устанавливается общая (суммарная) мощность привода управления; уточняется кинематическая схема механизма. рамы автогрейдера
Механизм подъема отвала рассчитывается исходя из таких предпосылок. Рабочий ход механизма подъема должен обеспечивать заданную глубину копания, возможность полного выглубления отвала и удовлетворять условиям проходимости автогрейдера в транспортном положении. Усилие подъема определяется в соответствии с расчетной схемой, показанной на рис. 2.19: Sn — (P2I2 + Gp/4 — Р,/,)//3.    (2.89) Считается, что в этом случае автогрейдер реализует полное усилие тяги по сцеплению. Тогда Р1 = фсрсиС? (2.90); Р2 = (0,3...0,5) Р1 (2.91). Положение центра тяжести поднимаемого оборудования принимается ориентировочно на расстоянии U— (0,75...0,85)/2, сила тяжести G берется по прототипу. Усилие 5П должен развивать каждый из двух механизмов подъема отвала. Механизм подъема должен обеспечивать также усилие заглубления Sn, достаточное для того чтобы приподнять передние колеса автогрейдера над опорной поверхностью: с' _ Ga h п 14 b2-i2 i3 v где а — расстояние от центра тяжести до задней оси двухосного или до оси балансиров заднего моста трехосного автогрейдера. Привод рассчитывается по большему из вычисленных усилий,, причем усилие Sn обеспечивается обоими механизмами подъема. Мощность привода механизма Nn (кВт) находится по формуле Na — SriOn/fl- Скорость подъема отвала принимается равной 0,09...0,18 м/с. Механизм поворота отвала рассчитывается для двух положений. В первом из них отвал выглублен и максимально смещен от оси вращения, автогрейдер расположен на максимальном поперечном уклоне амакс. При повороте преодолеваются моменты сопротивления, определяемые трением в направляющих, подъемом вращающихся деталей, инерцией при трогании с места. Расчетная схема дана на рис. 2.20. Момент сопротивления повороту (кН-м) вычисляется так: Мпов = EGfA/Vi -)- EGr sin амакс -j- Jш/tp.    (2.92) Здесь EG — сила тяжести вращающихся частей; [а — коэффициент трения металла по металлу, ц = 0,1...0,2; J — суммарный момент инерции вращающихся частей относительно оси поворота, определяемый как произведение массы вращающейся части на квадрат расстояния от центра ее тяжести до оси поворота; tp— время разгона, tp= 1...2 с; ш— угловая скорость поворота, ш = 2vn0B/B,. где Упов — скорость поворота отвала, при карданно-редукторном приводе равная 0,03..,0,1, при гидравлическом — 0,03...0,06 м/с. Во втором расчетном положении отвал располагается горизонтально и поворот осуществляется, когда уже образована призма волочения. Момент поворота в этом случае М-иоъ — EGpT"т -Ь 4" tg р J®/tp.    (2,93) Входящая в равенство величина V обусловливается соотношением (2.14). Большее из полученных значений момента сопротивления повороту принимается для расчета мощности привода механизма поворота по формуле Nn = Мю/у. Исходя из значений ю и частоты вращения вала выбранного двигателя определяют общее передаточное число механизма поворота, после чего устанавливают передаточные числа для отдельных кинематических звеньев. Механизм выдвижения отвала рассчитывают по усилию, равному силе тяжести отвала. Скорость выдвижения отвала для гидравлического привода считают равной 0,06...0,1 м/с. Механизм выноса тяговой рамы в сторону рассчитывают при выглубленном отвале. Ориентировочно можно принять, что уси~ лие выноса тяговой рамы в сторону равно половине ее силы тяжести (вместе с отвалом). Скорость выноса тяговой рамьт в сторону для механизма с карданно-редукторным приводом: находится в пределах 0,018...0,045 м/с, а с гидравлическим — 0,01...0,035 м/с. Механизм изменения угла резания отвала рассчитывают в соответствии с положениями подразд. 2.1. Для автогрейдеров с гидравлическим приводом управления ^гидронасос выбирают, ориентируясь на большее из полученных значений мощности привода механизмов управления отвала. На основании проведенных расчетов вычерчивается в масштабе конструктивная схема автогрейдера и составляется его техническая характеристика, оформление которой сходно с указанным в табл. 2.3. При использовании газовой смазки для интенсификации процесса копания грунта параметры источника смазки ориентировочно выбираются по следующим удельным показателям: на 1 м длины отвала расход воздуха составляет 4...5 м3/мин; избыточное давление — 0,028—0,029 МПа; мощность — 6,6... 10,5 кВт. Точный расчет может быть выполнен в соответствии с методикой, изложенной bj подразд. 2.2. Длина отвала определяется соотношением (2.87), высота отвала Я (м) находится в пределах 0,25 — 0,12 < Я < 0,25В — 0,15. Весьма часто рабочий процесс автогрейдера осуществляется с отвалом, установленным под углом зарезания. Поэтому целесообразно производить смазку лобовой поверхности отвала по крайней мере из двух раздельных камер, к которым подается газ через воздухораспределительный клапан либо от раздельных источников. Техническую характеристику автогрейдера •следует дополнить данными о типе используемых компрессоров, их подаче и давлении воздуха. 2.5. ОДНОКОВШОВЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ 2.5.1. Экскаваторы с канатно-блочным приводом Основные параметры строительных экскаваторов регламентированы ГОСТ 17343—83 (табл. 2.9). Ориентировочно параметры экскаватора можно установить, воспользовавшись законом подобия [2, 3, 9]. Например: G = f(in.    (2.94) Здесь G, Оп — силы тяжести проектируемого экскаватора и прототипа; V, Уд — вместимости ковша проектируемого экскаватора и прототипа. Определив по заданной вместимости ковша силу тяжести ■экскаватора, полученный результат приводят в соответствие с ГОСТ 17343—83. Конструктивные параметры машины могут <5ыть рассчитаны по зависимости Основные параметры экскаваторов одноковшовых универсальных с гибкой подвеской рабочего оборудования Параметры Нормы для размерных групп Вместимость ковша, м3, для грунтов категорий: Эксплуатационная масса, т, не более: ЭГ* с гребневым зацеплением гусениц ЭГ с цевочным зацеплением гусениц Мощность основного двигателя, кВт Преодолеваемый уклон твердого сухого пути экскаваторами типов ЭГ и ЭГУ, рад (... °), не менее Наибольшая скорость передвижения экскаваторов, км/ч, не менее: Клиренс, мм, не менее: ЭГ и ЭГУ Давление на опорную поверхность, кПа, не более: Динамический фактор экскаваторов типа ЭП, не меьее Параш тры, ограничиваемые для прямой лопаты: наибольшее усилие копания, кН, не менее наибольший радиус копания, м, не менее наибольшая высота копания, м, не менее наибольшая высота выгрузки, м, не менее наибольший радиус выгрузни, м, не менее продолжительность рабочего цикла, с, не более Параметры, ограничиваемые для обратной лопаты: наибольшее усилие копания, кН, не менее наибольшая глубина копания, м, не менее продолжительность рабочего цикла, с, не более высота выгрузки, м, не менее ^    OJ I . p" to ^£5*2^. I i ^'в" 1 I ss Pp 3a Eoi^ a
я    Й °    й tfi    CD К    I я    I «    5 к    3 н    g
Я    Я Я -о    *-з ^    g йэ Л    я* со О 2 »    W Н    о
а
ТЗ П) Ьз о    в S }а    (Т> О» §    ^ § *    £ Г\ч
sag л ьэ а в а а 2 о\ <ъ СО о ст> fa СГ а«
§7 ■ё I а; ч> ° Й »g
йэ НН йз ft сл o»43 д п> Й JH СГ cr a S л*?
o>
^ S
s>S S В к-о<< О ГР К 2    » И 3    й,« к 2'тз <—- (33 Е
D3
1® а &э <t» <t> s а W 1 й § а О )=з 2-0 СО Гб D3
Е
го
а
kW    Г7 X    Sc О tJ    >тЭ S    со 2    « a    s Я    " О    g н D3    • 2а
B>
Z * 5 ре д *
‘<
a* fc> w ® I ■о а< I „3 о- 2 «• t—t *4 <* .# сд
а
а
*<
P я 43 о Is3 п> о Is ь _ ft> я ю
51
О
й-^ЬоЗ оо ^ О -3 03 *< S
"ТЗ О
»—» ^ 03 Сл СП» со *• ~ £я Я
О о * о си
S
io
СГ" Е
аз ^ о ^
о
I    я «    £ 5    « G    w w    >-з со    о 03    *о
<т> 1
к ■< я о * м gv° чз
сь
ч
СО
й ^ я О) ар
ь
Ю 00 ЬЭ-ГТ1
00
СО
Со
fo
о
^3 Й ф а вз я я S § § » о ^ £ £э Sc S
£2 ЬО*Э - 5”£j аз
О
Ы)
P'S
Ю
111: р op К СО 00 00 3 <| оо оо о '*•*'•03
о н
о
сл
СД

СО    м- N- 00 ^5 05 сг> w о> ^ Vi о 4^
Йшйк
'швШШ
Таблица 2.10 Значения коэффициента k и скоростей перемещения узлов
Параметры
Экскаваторы (вместимость ковша, ма)
строительные
малой мощности средней и большой <0,1 ...1,75) мощности (2...5)
карьерные (2.. .8)
вскрышные (6 ... 50)
шагающие драглайны (4. ..25)
Коэффициенты

Скорости *> Коэффициент k дан для глубины копания; а) то же, для длины башмаков; ?) для ширины башмаков; 4> для высоты базы.
2,10
2,15
Высота кузова Радиус задней стенки кузова Высота пяты стрелы Радиус пяты стрелы Просвет под платформой Высота двуногой стойки Длина стрелы лопаты Длина рукояти лопаты Высота выгрузки Высота копания Радиус выгрузки Радиус копания Радиус площадки на уровне стоянки Высота напорного вала Длина стрелы драглайна Размеры ходового оборудования: база длина гусеницы ширина хода ширина звена высота гусеницы Скорость, м/с: блока ковша (лопата) тяги (драглайн) подъема ковша драглайн) хода машины
7,55
7,50 ... 8,00 1,30    ... 1,50 1,45    ... 1,502> 1,85    ... 1,90 0,24    ... 0,283) 0,12 ... 0,094)
0,1
0,5
Таблица 2.11 Габаритные размеры сечений стрел и рукоятей прямой лопаты Экскаваторы (вместимость ковша, Параметры строительные малой мощности (0,1...1,76) средней и большой мощности (2...5) карьерные (2 ... 8) вскрышные (6...50) Размеры в частях длины стрелы 1С Высота сечения стрелы: максимальная у головы у основания Ширина стрелы при рукояти внешней внутренней 0,1 ...0,11 0,071 ...0,1    0,087 ...0,095 0,08 ...0,083 0,05 ... 0,055 0,048 ... 0,053 0,05 ... 0,053 0,036... 0,04 0,056 ... 0,067 0,056... 0,067    0,053... 0,083 0,04... 0,67 0,043... 0,053 0,042 ... 0,05 0,05 ...0,055 0,048... 0,055 0,083 ...0,10 0,083 ...0,91 0,091 ... 0,1 0,1 ^0,11 Размеры в частях    длины рукояти 1„ Высота сечения рукояти у концевого шарнира Ширина балок рукояти 0,062 0,071 0,056 ...0,067 0,056 ... 0,062 0,033 ... 0,05 0,022 ... 0,025 0,022 ... 0,025 0,022 ... 0,025 0,017.... 0,02 Параметру С2 соответствует коэффициент 0,26 (0,18), С3 —0,18, С4 —0,1 (0,19), Л4 — 0,43 (0,6), h& — 0,1 (0,04), h7 — (0,49). Во всех случаях т = 27...30р. Размеры ковша с полукруглой режущей кромкой находят по следующим формулам, где использованы обозначения рис. 2.22, 2,23: для ковшей прямой лопаты Рис. 2.22. Основные размеры ковшей прямой лопаты с полукруглой режущей кромкой
з    3    з V = 0,87ВНЦ В = 1200 W; U = 1440 У7; Н = 1000 VV; R = 600 YV\ Ri = R; bx = 240 W\ b2 = 160 VV; b3 = 0,8Ьй So = 37 YV\ Si = 0,3S0; S2 = 0,3S0; для ковшей обратной лопаты з _    з __з V = BHL\ #3 = 1140]/^; Lq = 770]/~V; B=\\mYV\ 3    3    3 Ro = 0,5B\ u = 0.45L; H = 885 YV; Ri = 735 У7; К = 150 yT; Hi = 1000    = RK + 0,21/C; = Ro + So; H2 = tfo + Я; S0 = 37 KF. Полученные размеры строительных экскаваторов следует сопоставить с указанными в ГОСТе, а размеры других типов этих машин — с фактическими у современных образцов аналогичных экскаваторов. Далее в соответствии с принятыми принципиальными решениями по конструкции экскаватора ориентировочно определяются массы его основных узлов. Массы ковшей, рукоятей и стрел принимают по данным табл. 2.12, 2.13. Масса коромысла ковша лопаты (т) пропорциональна вместимости ковша и составляет (0,14...0,15) V, подвески блока ковша— (0,09...0,12) V. В среднем масса рабочего оборудования лопаты составляет 14... 17 % рабочей массы строительного экскаватора, 17...19 % карьерного, 11...13 % вскрышного и Э...8 % шагающего драглайна средней или большой мощности. Таблица 2.12 Массы ковшей (т) в зависимости от их вместимостей V (м3) Г рунты Лопата Драглайн Особо легкий (С,78 + 0,016 У) Vv* Легкий (0,7... 1,2) V (1,25 + 0,013 V) V7* Средний (0,9... 1,7) V (1,88 + 0,011 V) VV* Тяжелый (1,1 ... 2,1) V (2,03 + 0,012 V) VW Особо тяже (1,25 ...2,4) V (2,45 + 0,017 V) VV2 Таблица 2.13 Массы рукоятей и стрел для средних грунтов (в частях масс ковшей) Рукояти внутренние Г руппы однобалочные двухбалочные неразгруженные (разгруженные) Рукояти внешние екскаваторов, разгруженные от кручения и изгиба* разгруженные от кручения ** неразгружен неразгружен* Строитель рукоять 0,4 ...0,45 0,6... 0,7 стрела 1,35 ...1,4 1,25... 1,3 Карьерные: рукоять 0,3 ...0,34 0,4 ...0,45 0,45 ...0,5 стрела 1,1 ...1,2 1,2... 1,4 1,45 ...1,6 1,35... 1,4 Вскрышные: рукоять 0,4...0,45 0,7 ...0,75 0,9 .*.1,1 стрела 2,2... 2,4 2,7 ...2,9 3,8... 4,1 * Коленчато-рычажный напор. ** Стрела из двух частей, разгруженная от изгиба. Длина стрелы обратной лопаты k = (2,2.,.2,3) Vгп> /р = (0,38...0,5) /с. (2.97)
длина рукояти
Принятые размеры рабочего оборудования прямой лопаты уточняются при вычерчивании схемы расположения экскаватора и его рабочего оборудования относительно забоя. При этом стремятся избежать подкапывания грунта под гусеницами: по- Рис. 2.23. Основные размеры ковшей обратной лопаты с полукруглой режущей кромкой Рис. 2.24. Подвеска ковша драглайна верхность забоя и прямая, исходящая из крайней точки опорной поверхности, должны образовывать угол не менее 60° при стреле, наклоненной под углом 35...40°. Диаметр головных блоков стрелы принимают равным 0,1...0,14 длины стрелы.
Основные параметры экскаватора-драглайна определяются подобно параметрам экскаватора с оборудованием прямой лопаты. Длину стрелы рассчитывают по формуле (2.95), при этом для гусеничных строительных машин принимают К=4,5...4,7; для гусеничных карьерных — К=4,7...5; для шагающих вскрышных— К = 7,5...8. Ширина ковша драглайна (рис. 2.24) Остальные размеры ковша вычисляются следующим образом: длина /=1,6 5, длина с упряжью 10 = 2,5 В, длина днища h= (1,1...1,3)В, высота h = 0,75 В, высота с аркой Я =1,5В. Масса стрелы драглайна (т) для решетчатой конструкции находится по формуле тс= (0,25...0,06) Vlc при У = 0,25...25 м3; для мачтово-вантовой — тс— (0,09...0,04) Vlc, У=3...50 м3; плоской решетчатой — тс= (0,08...0,04) Vlc, К=3...50 м3; треугольной — тс= (0,11...0,05) Vlc, К = 3...50 м3. Масса поворотной платформы с кузовом и надстройкой для строительных экскаваторов составляет в среднем 50...45 %, для карьерных — 51...48 %» вскрышных — 44...40 % массы машины (меньшие значения соответствуют экскаваторам большей мощности). Масса собственно платформы для всех типов машин принимается равной 12... 14 %, а одной лебедки с редуктором — 6...7 % всей массы экскаватора. Масса гусеничной тележки для строительных и карьерных экскаваторов составляет 35...34 %, для вскрышных — 40...44 %; масса опорной базы шагающих моделей — 16...9 %. В итоге выполнения данного' этапа проекта в масштабе вычерчивают конструктивную схему экскаватора (профиль и план). Далее приступают к расчету мощности двигателя и основных механизмов экскаватора. Мощность двигателя одноковшового экскаватора (кВт) при одномоторном приводе определяется по формуле ЮООЧрГЧнК^к '    (2>98) Здесь Кп — коэффициент наполнения ковша (табл. 2.14); К\ — удельная работа копания, Дж/м3, численно равная удельному сопротивлению грунта копанию К, Па; щ — к. п. д. рабочего оборудования, тдр = 0,5...0,6; х— коэффициент загрузки двигателя, для дизелей х = 0,7...0,85; Tjn —к.п.д. передач; КР — коэффициент разрыхления; tK — время копания, с, /к = {L\ — L2)/vn, где Lu L2—длины подъемного каната, определяемые в соответствии с рис. 2.25; vn — скорость подъема ковша (табл. 2.12). Таблица 2.14 Максимальные значения коэффициента наполнения ковша Категория грунта
Прямая и об-, ратная лопаты
Г рунт
Драглайн
Песок и гравий сухие, щебень, скальные породы после взрывных работ Песок и гравий влажные Суглинок: сухой рыхлый влажный Глина: средняя сухая » влажная тяжелая сухая » влажная Скальные крупнообломочные породы I, II, V, VI Значения удельного сопротивления грунта копанию ковшом экскаватора принимают в зависимости от вида грунта: для лег-ких грунтов к = 0,16...0,18, для средних — 0,25...0,26, для тяжелых — 0,32...0,35 МПа. Если использован ковш с полукруглой гладкой режущей кромкой, эти значения следует уменьшать на 15...25 %. Полученное значение мощности сопоставляют с данными табл. 2.11, а затем подбирают серийный двигатель. Усилие подъема ковша рассчитывают для следующего случая: подъемный полиспаст занимает вертикальное положение; линия, соединяющая конец зуба с осью напорного вала, горизонтальна; стрела установлена под углом 45° к горизонту (рис. 2.26). Из суммы моментов сил относительно оси напорного вала следует, что •Sn = (Poiro Ч- Qk+тГк 4“ ЯрГр)/гп.    (2.99) Усилие копания (кН) вычисляется по формуле Л,1 “ 1000/СМмакс.    (2.100) Здесь b — ширина ковша, м. Наибольшая толщина срезаемой стружки Лмакс^Т^Г,    (2.101) где V — вместимость ковша, м3; Ян — высота напорного вала, м; Кр — коэффициент разрыхления грунта (табл. 2.2). Сила тяжести грунта <7г = Vbg/Kp-    (2.102) Мощность двигателя механизма подъема (кВт) при многомоторном приводе рассчитывается так: Nn = Snvn/v}a.    (2.103) Для этого скорость v„ подъема ковша выбирается по табл. 2.12; значение г(П вычисляется по формуле Пм Пб- Пп
Здесь -qw — к. п. д. передач от двигателя до барабана, = = 0,83...0,87; щ — к. п. д. блока, ^б — 0,95...0,98; п —суммарное число блоков полиспаста подъема и обводных блоков. Диаметр каната dK подбирают по значению разрывного усилия экскаватора
SK
(2.104)
где Sn.MaKc — усилие подъема ковша, определяемое по условию реализации всей мощности двигателя подъема; Кп — коэффициент запаса прочности, /Сп = 4..,5; i — кратность полиспаста. Диаметр барабана лебедки D& = (25...27) dK. (2.105)
^п.макс^п "in
Общее передаточное число между валом двигателя и валом барабана лебедки *под-
60o_i
Здесь ПдВ — частота вращения двигателя. Далее распределяют общее передаточное число между кинематическими звеньями привода лебедки в соответствии с выбранной его схемой. Напорный механизм рассчитывают по усилиям напора, возникающим в следующих трех положениях (см. рис. 2.25): стрела наклонена под углом 50...60°, ковш заброшен к гусеницам; стрела находится' под углом 45°, ковш — на максимальном вылете; стрела наклонена под углом 50...60°, ковш максимально поднят. Усилие напора определяют из многоугольника сил согласно рис. 2.25. При этом для первого и второго положений усилие Ли находят из уравнения моментов сил относительно оси вращения рукояти, принимая в расчет значение S„, вычисленное по равенству (2.29). Отпор грунта для острых зубьев Р02 — 0,1Л)1.    (2.107) Максимальное из полученных усилий напора используется для расчета мощности двигателя напорного механизма /V„ = SavH/-qn,    (2.108) где ун — скорость напора, для независимого и комбинированного механизмов напора i»H = 0,3...0,4 м/с; igH — к. п. д. механизма напора. Общее передаточное число напорного механизма находят по равенству, подобному выражению (2.106). Следует иметь в виду, что скорость возврата рукояти должна быть в 1,7...2 раза больше скорости напора. Далее устанавливают размеры звеньев механизма напора в соответствии с принятой конструктивной схемой. При расчете механизма поворота по известной мощности двигателя оптимальная угловая скорость поворота * f 118*45 v П'Я+®«’ где N — мощность двигателя, кВт; — к. п. д. механизма поворота, Чп = 0,82...0,9; р — угол поворота, fi = тс (1/2...2/3) рад; J — момент инерции вращающейся части экскаватора с ковшом, заполненным грунтом. Для строительных экскаваторов J = = 0,125G1-67, для карьерных — J = 0.066G1’67, для вскрышных — J = 0,1Ш1,67. Оптимальная угловая скорость поворота экскаватора с порожним ковшом определяется равенством (2.109) при подстановке в него вместо величины / момента инерции вращающейся части экскаватора с порожним ковшом. Продолжительность поворота экскаватора в одну сторону (с) находится по формуле _ g*о2 ,    24 , £ (2.110)
" 248Л% U ,37 + ijnJ + ы • По этой формуле рассчитывают время поворота экскаватора на выгрузку £ и время возвращения в забой t*. Продолжительность выгрузки ковша tB принимают по табл. 2.15. Затем устанавливают время цикла =* ~f" tn "{■ “Ь ^в«    (2.111) Полученное время цикла сопоставляют со значениями, предусмотренными ГОСТом (табл. 2.9). Таблица 2.1 Продолжительность выгрузки ковша лопаты, с Вместимость ковша» м3 Песок Глина Скальные породы средняя сухая с валунами тяжелая влажная после взрывных работ крупнообло мочные Выгрузка в отвал 0,1 ...2,5 1,6... 2,5 1,4 ...2,0 1,2... 1,7 Выгрузка в транспорт 0,1 ... 0,75 3,3 ...4,0 4,0... 4,5 4,3 ... 5,0 Общее передаточное число механизма поворота 9,56сй ' Далее ведут разбивку этого числа между кинематическими звеньями в соответствии с принятой конструкцией механизма. При расчете подъемно-тягового механизма обратной лопаты рассматривают следующие положения. Максимальное тяговое усилие имеет место, когда стрела находится под углом 7макс = = 60°, а ковш подтянут к кромке забоя (рис. 2.27). Составляя уравнение моментов сил относительно шарнира пяты стрелы, находят усилие в полиспасте подъема Sn.c (QcFс "4- Qpfр “f" Qy<-\-rTк)/^п.с-    (2.112) 3~атем, получая уравнение моментов сил относительно шарнира крепления рукояти, вычисляют максимальное тяговое усилие ST = (PoSo + 9к+гГ к + С]рГ р + •Sn.c/' п. с)/^*т*    (2.113) Скорость тяги От принимают равной 0,7...0,8 скорости подъема ковша прямой лопаты. При одномоторном приводе скорость подъема находят по известной мощности двигателя экскаватора: Здесь Tjn, 'ijt — к. п. д. механизмов подъема и тяги, равны 0,8...0,85. Максимальное усилие подъема определяют из рассмотрения следующих положений (рис. 2.28): стрела наклонена под максимальным углом, рукоять с груженым ковшом расположена вертикально; порожний ковш находится на поверхности стоянки машины на максимальном вылете. В обоих случаях действует максимальное тяговое усилие. Если экскаватор оборудован драглайном, тяговое усилие устанавливают по формуле 5Т = Ли + Q*+r sin а.    (2.115) Усилие Ли рассчитывается по равенству (2.100), причем толщину срезаемой стружки считают равной 0,16...0,38 ширины ковша. Угол откоса а принимают для легких грунтов равным 45...50°, для средних — 40°, тяжелых — 30...35°. При многомоторном приводе усилие подъема ковша > (1,7...1,75) <7к+г,    (2.116) при одномоторном приводе 5П — (N— Д^п.ст) Чп/Оп»    (2.117) где v„ — скорость подъема ковша (см. табл. 2.11). Статическая мощность поворота экскаватора #п.ет = (0,03.,.0,1)Л7,    (2.118) причем большие значения принимают для более мощных машин. Тяговый расчет экскаватора при известной мощности двигателя выполняется для того, чтобы установить скорость передвижения машины, с которой она может преодолевать заданные сопротивления движению. Максимальное сопротивление перемещению экскаватора можно найти путем последовательного расчета тягового усилия для двух положений: для перемещения экскаватора на небольшой подъем (2...3°) с поворотом или на предельно допустимый по условиям устойчивости подъем без поворота. В общем случае тяговое усилие при движении машины (Н) ST.n = Wn + W* + + WB + U7KP + Wa. (2.119) Внутреннее сопротивление гусеничного хода Г»в = (0,05...0,1)щг,    (2.120) где т — масса экскаватора, кг. Сопротивление инерции при тро-гании с места W„ = (0,01... 0,02) mg.    (2.121) Сопротивление движению WK = ^mg.    (2.122) Здесь 1|з — коэффициент сопротивления движению. Для гусеничных машин он равен 0,14...0,16 при минимальной скорости и 0,07...0,08 при максимальной, для колесных — 0,16...0,2 и 0,08... ...0,02 соответственно. Сопротивление ветра WB = pBF,    (2 123) где ръ — предельное давление ветра, рв = 500 Па; F — подветренная площадь, м2. При повороте двухгусеничного экскаватора вокруг центра одной гусеницы сопротивление повороту WKP = 2(MTP + MCK)/B.    (2.124) Здесь Мтр = pmgll4 (2.125); MCil = 0,29Chl2 (2.126), где В — колея гусеничного хода, м; [х — коэффициент трения гусеницы о грунт, [х = 0.25...1; С — коэффициент сцепления грунта, С — = (0,025...0,25) 10s Па (меньшие значения для слабых грунтов, большие — для плотных). Глубина погружения гусеницы h = т8 2р01Ь ’ где Ъ — ширина гусеницы. Значения удельного сопротивления грунтов смятию ро (МПа) принимаются следующими: Сильно заболоченный грунт................ 0,005. .. 0,01 0,012.. . 0,015 0,02 .. . 0,03 0,03 ... 0,045 0,05 .. . 0,06
Заболоченный грунт.......... Мокрая глина, рыхлый песок .... Крупный песок, влажная средняя глина Средняя глина, влажная плотная глина Плотная глина средней влажности, влажные, мергель и лесс 0,07 ... 0,1 Плотная глина, сухие мергель и лесс...........0,11 .. . 0,13 Рис. 2.27. Усилие тяги ковша обратной лопаты экскаватора Рис. 2.28. Усилие подъема стрелы экскаватора с оборудованием обратной лопаты Сопротивление повороту пневмоколесного механизма с дифференциальной ведущей осью WKp = mgw/r,    (2.127) если дифференциал на ведущей оси отсутствует, Гкр = Qpa/(2r + а).    (2.128) Сопротивление повороту одного колеса с фрикционной связью WKp = Qfa/(2r + а).    (2.129) Здесь [л — коэффициент трения шины о дорогу, равный 0,6...0,7; р — радиус приложения силы трения, отсчитываемый от центра вращения колеса, равен 3...5 см; г — радиус поворота, который для машин с вместимостью ковша 0,25..,0,3; 0,5...0,63; 0,8 м3 составляет 5...6; 7...8; 8...9 м соответственно; Q — нагрузка на бездифференциальную ось либо на колесо с фрикционной связью; а — ширина колеи колесного хода. Сопротивление подъема Wn = mg sin а,    (2.130) где а — угол подъема, для первого расчетного положения равен 2...3°, для второго — 20...25°. Найденные значения тяговых уси* лий необходимо проверить по условию буксования. По максимальному значению тягового усилия и мощности двигателя рассчитывают скорость перемещения экскаватора: v = ЛЛ^х/^т.п*    (2.131) Здесь т]х — к. п. д. привода ходового механизма, равный 0,6...0,7. У экскаваторов на гусеничном ходу рабочие скорости не должны превышать 4 км/ч, а число скоростей принимается не более двух. Экскаваторы на пневмоколесном ходу имеют не менее четырех скоростей. Первая скорость (0,9...1,2 км/ч) определяется условиями перемещения экскаватора по забою и по тяжелым участкам пути; вторая принимается для преодоления подъемов до 15 %; третья — для движения с подъемами до 7 % по дороге среднего состояния; четвертая — для движения с подъемами до 5 °/о по хорошей дороге. Одно из наиболее важных достоинств пневмоколесного хода — высокая маневренность экскаватора, что дает возможность перебрасывать его своим ходом на большие расстояния со значительными скоростями. Не исключено, что назначение высоких транспортных скоростей приведет к необходимости установить двигатель, мощность которого будет больше мощности, потребной для копания грунта. В этом случае, задавшись максимальной транспортной скоростью экскаватора, определяют сопротивление перемещению его в благоприятных дорожных условиях и рассчитывают необходимую для передвижения мощность. Последняя сопоставляется со значением, вычисленным по формуле (2.98). Выбранную мощность двигателя следует согласовать с руководителем проекта. Промежуточные скорости для быстроходных экскаваторов подбирают так, чтобы ряд их значений составлял геометрическую прогрессию. Чтобы определить диаметр колес и размер пневматических шин, устанавливают возможную максимальную нагрузку, приходящуюся на колею, когда выносные опоры не принимают участия в работе. Эту нагрузку находят при расположении стрелы вдоль оси машины и для случая, когда стрела направлена на одно колесо. Размер пневматических шин выбирают, считая нагрузку больше статической в 1.5...2 раза. Выбранную шину проверяют на прогиб у = (0,3 К1/DB) Рышс/Р‘    (2.132) Нагрузка на баллон Ривкс = 0,12рУШ:    (2.133) Здесь р—давление в камере, Па; D, В — наружный диаметр и ширина шины, м. Допустимый прогиб шин должен быть у < < (0,03...0,04) D. Статический расчет экскаватора производится для уравновешивания экскаватора путем определения рациональной массы противовеса, оценки общей устойчивости и давлений на грунт, а также выявления расчетных нагрузок в деталях опорно-поворотного устройства и ходовой части. Масса противовеса определяется для двух положений: стрела установлена под максимальным углом, рукоять вертикальна и ковш находится на земле; стрела наклонена под минимальным углом, ковш с грунтом у крупных машин находится на максимальном вылете, у экскаваторов строительной группы рукоять выдвинута на % хода. Массу противовеса находят из уравнения моментов сил: для максимального противовеса — относительно задних опорных катков, поворотного круга, для минимального — относительно передних катков: ^пр.макс = (Gp с/р.о    пл)/(/^пр)>    (2.134) /^пр.мин == (Gp.c/ р.о Опл/’пл)/(ёГ/’пр)г    (2.135) где Гр.о, /"р.о — плечи приложения равнодействующих сил тяжести рабочего оборудования Gp,0, Gp.o относительно заднего и переднего катков поворотного круга экскаватора, м; ГпЛ, г„л — плечи приложения равнодействующих сил тяжести платформы и установленного на ней оборудования (Зпл, GnJI относительно заднего и переднего катков поворотного круга экскаватора, м. Если удовлетворяется условие тумаке > ^пр.мин, то обычно противовес принимают на 25 % больше минимального для оборудования прямой лопаты. Оценка устойчивости и определение давлений на грунт рассматриваются в разд. 5. В итоге выполнения данного раздела проекта составляется техническая характеристика, оформление которой сходно с указанным в табл. 2.3. 2.5.2. Экскаваторы с гидравлическим приводом Гидропривод широко применяется на экскаваторах строи-> тельной группы. Параметры этих машин регламентированы ГОСТ 22894—77 Е (табл. 2.16). В расчетно-пояснительной записке в соответствии с заданием после анализа патентно-технической информации выпол* няется описание проектируемой машины с обоснованием ее конструктивных особенностей. При этом следует пояснить кон* струкции гидросистем основного и дополнительного рабочего оборудования, поворотной платформы, опорно-поворотного устройства, ходовой рамы, ходового оборудования, выносных опор. При заданной вместимости основного ковша масса экскаватора (т) может быть выбрана по зависимости (2.94). Размер полубазы экскаватора Таблица 2.16 Рекомендуемые параметры одноковшовых универсальных гидравлических экскаваторов Параметры Нормы для размерных групп Общие показатели Эксплуатационная масса следующих типов экскаваторов, т: Предельное отклонение, %: верхнее нижнее Мощность основной насосной установки с автоматически регулируемыми насосами, кВт Не огран 80 ичивается Предельное отклонение, Наибольшая скорость передвижения следующих типов экскаваторов, км/ч, не менее: Преодолеваемый уклон твердого сухого пути для экскаваторов типов ЭГ, ЭГУ, рад (...°), не менее 0,383 (22) 0,349 (20) Динамический фактор экскаваторов типа ЭП, не менее Клиренс следующих типов экскаваторов, мм, не менее: ЭГ, ЭГУ Давление на грунт следующих типов экскаваторов, кПа, не более: Обратная лопата Вместимость ковша, м3 0,4 0,5 0,63 0,63 1,0 1,25 1,25 1,6 2,0 П редельное отклонение, Наибольшее усилие копания, кН, не менее Нормы для размерных групп Параметры
Наибольшая кинематическая глубина копания, м, не менее Наибольший радиус копания на уровне стоянки *к. с> м, не менее Высота выгрузки в транспорт #в, м, не менее Радиус выгрузки в транспорт при высоте выгрузки #в, м, не менее Продолжительность рабочего цикла Тц, с, не более Оборудование прямого копания Вместимость ковша, м3: копающего погрузочного Предельное отклонение, % Наибольшее усилие, кН, не менее: копания внедрения в штабель Наибольший радиус копания RK, м, не менее Наибольший радиус копания на уровне стоянки RK с, м, не меиее Наибольшая кинематическая высота копания HKJ м, не менее 68
Наибольшая высота выгрузки Яв, м, не менее Радиус выгрузки RB при высоте выгрузки Нв, м, не менее Длина планируемого участка на уровне стоянки, м, не менее Продолжительность рабочего цикла Гц, с, не более 4.7    4,3 3,3 7.8    7,0 6,0 6,2 5,3 4,3 —    5,3 6,2    — 3.7    3,0 3.8    3,5 -    1,6 16    18 7,0 5,8 4,6 10,0 9,1 7,8 7,4 6,6 5,4 24 22 24
8,9
7,3 6,0 5,0 10.3    9,3 7,8 7.3    6,3 5,6 27 25 27 -    7,6 5,0    4,5 4.6    5,5 —    2,8 20    25 8,3 7,2 5,8 12,4 11,5 9,2 9,0 8,0 6,5 33 29 33 10.7    — 5.7    6,4 23 28 Рис, 2.29. Конструктивная схема гидравлического экскаватора В = 0,55 Vт.    (2.136) Параметры рабочего оборудования экскаватора (рис. 2.29) определяют по равенству A = K'B(l±Kv).    (2.137) Здесь А — искомый размер; К' — коэффициент, принимаемый по-табл. 2.17; Kv — коэффициент вариации (табл. 2.17). Размеры режущего пояса ковшей, ходового устройства прямых и обратных лопат выбираются в соответствии с рекомендациями, приведен-, ными в подразд. 2.5.1. На основании выполненных расчетов вычерчивается в масштабе конструктивная схема экскаватора. При этом должны обеспечиваться угловые перемещения рабочего оборудования (см. рис. 2.29). Для ковша ак = 130Q, а£ = 5Q, для рукояти ар = 30... 130°, для стрелы ас = + 50°. Мощность двигателя N = Ммакс^мин !ъ    (2.138) где Л1Макс — максимальный момент копания на оси поворота ковша, кН • м; шмин — минимальная угловая скорость ковша, для Данные к определению параметров рабочего оборудования экскаваторов с гидравлическим приводом Обозначение по рис. 2.29 Обратная лопата Длина рукояти Длина стрелы Радиус ковша Высота пяты стрелы Расстояние от пяты стрелы до оси поворота экска ватора Высота шарнира цилиндра поворота стрелы Расстояние от шарнира цилиндра поворота стрелы до оси повороту экскаватора Расстояние от пяты стрелы до шарнира штока ци линдра стрелы Расстояние от шарнира штока цилиндра стрелы до шарнира поворота рукояти Длина консоли рукояти Расстояние между шарнирами Расстояние от пяты стрелы до шарнира цилиндра рукояти Угол излома стрелы Оборудование прямого копания * Длина стрелы Длина рукояти Высота сечения стрелы Высота сечения рукояти Длина гусеницы Ширина хода Ширина звена Высота гусеницы Радиус платформы * По данным Н. Г. Домбровского. работы цилиндром ковша принимается равной 0,25...0,3 радЛ:. Коэффициент
Размер
KV
К'
Максимальный момент копания рассчитывается    по формуле Ммикс = Р макс^?к*    (2.139) Здесь Рмакс — максимальное усилие копания,    кН; RK — радиус копания, м (рис. 2.30). При копании ковшом Рмакс=(1,1..Л,2)Ро1.    (2.140) 82 При копании рукоятью Рмакс = ^*01 ~f" £ЬцаксЬКсж "Ь Vпbg tg р,    (2.141) где Poi—усилие резания на кромке ковша, кН; I — коэффициент, учитывающий высоту пригружающего слоя грунта (рис. 2.31); Лмакс — максимальная толщина стружки, м; Ь — ширина ковша, по рекомендациям ВНИИстройдормаша, для ковшей вместимостью 0,5; 1; 1,6; 2,5 м3 составляет 0,93; 1,35; 1,6; 1,8 м соответственно; Ксж — удельное сопротивление грунта сжатию, для расчетного грунта Ксж = 0,1 МПа; Vn — объем призмы волочения, м3; 8 — плотность грунта, т/м3; р— угол внутреннего трения грунта, .. Л Усилие резания на кромке ковша
Poi = Khhtl. (2.142) В равенство (2.141) значение ^макс подставляется в сантиметрах. Для ковшей без зубьев К = gC (1 + 2,66) (1 + 0,0075а) (1 + + 0,03s) г/, (2.143) для ковшей с зубьями К = gC (1 + 2,6b) (1 + 0,0075а) Z. „ „    Рис. 2.31. Зависимость величя- Здесь С число ударов ударником ны | от высоты пригружаю-ДорНИИ, для расчетного грунта    щего слоя Я С = 20; а — угол резания, ...°; s — толщина боковых стенок, см; U — коэффициент, зависящий от угла заострения боковых режущих кромок, при углах 45; 60; 90; 180° равен 1; 1,01; 1,03; 1,05 соответственно; Z — коэффициент, учитывающий наличие зубьев, Z = 0,6...0,8. Лмакс — Rk (1 "Ь COS ср), где ср — угол поворота, отвечающий срезанию стружки максимальной толщины. При копании рукоятью 30...40®, при копании ковшом <р^60...65°. Ориентировочно усилие Рмакс (кН) можно определить из равенства Рмакс ~ 35 +4,8т,    (2.145) а мощность N (кВт) — по формуле iV = (4...4,5) яг.    (2.146) Здесь т — масса экскаватора, т. По известной мощности двигателя и заданному давлению в гидросистеме подбирают гидронасос экскаватора. Давление жидкости в гидросистеме современных экскаваторов составляет не менее 25 МПа. Применяют регулируемые гидронасосы с диапазоном регулирования 2...2,5. При определении усилий в гидроцилиндрах рабочего оборудования траекторию копания разбивают на восемь — десять положений, полагая, что в каждом из них на режущей кромке ковша действует усилие Р01 согласно зависимости (2.142). Составляя соответствующие уравнения моментов, определяют усилия, возникающие в цилиндрах ковша, рукояти и стрелы. В результате устанавливают максимальные усилия, по которым вычисляют площади сечения цилиндров (см. подразд. 2.2), принимая давление жидкости на 10 % меньше расчетного давления насоса в связи с наличием внутренних сопротивлений в системе. Зная площади сечений цилиндров и расход жидкости, обеспечиваемый насосом, получают скорости перемещения штоков гидроцилиндров. Оптимальные значения последних находятся в пределах 0,2...0,4 м/с и не должны превышать 0,5 м/с. Необходимо рассчитать реактивные (пассивные) давления в запертых полостях гидроцилиндров стрелы и рукояти при работе цилиндром ковша, а также в гидроцилиндрах ковша и стрелы при работе гидроцилиндром рукояти. Расчеты ведут подобно изложенному методу определения усилий в цилиндрах рабочего оборудования экскаватора, полагая, что в соответствующий цилиндр жидкость поступает при максимальном давлении. Реактивные давления не должны превышать принятого давления в системе более чем в 1,5 раза. В противном случае следует увеличить диаметры цилиндров либо уменьшить усилие Роь При выборе гидромотора поворота платформы экскаватора поступают следующим образом. Поскольку значение угловых ускорений ограничено физиологическими возможностями оператора, принимают, что максимальная частота вращения пово- ротной платформы экскаватора ^макс — О, 13...0,16 об/с. Максимальная угловая скорость вращения поворотной платформы соМакс (рад/с) рассчитывается по формуле шмакс = 6,28п„акс.    (2.147) Момент, тормозящий платформу, =    (2.148) где г — коэффициент усреднения моментов разгона и торможения, равный 0,74...0,85; |3—угол поворота платформы, может быть принят равным 1,57 рад. Момент инерции I вычисляют, суммируя моменты инерции вращающихся узлов машины. При повороте обратной лопаты на разгрузку принимают следующее положение рабочего оборудования: ковш поднят от уровня грунта на 0,5...0,8 м, а рукоять отклонена от вертикали на 10... 15°. Полученный момент ограничивается условием сцепления опорной поверхности ходового оборудования, выносных опор экскаватора с грунтом: МГ<КМ№.    (2.149) Здесь К — коэффициент ограничения моментов, К — 0,7.. .0,75. Момент сцепления для гусеничных и пневмоколесных экскаваторов Моц 185 (mgy/3.    (2.150) В случае если условие (2.147) не выполняется, следует уменьшить угловую скорость поворотной платформы. Максимальный момент гидромотора, приведенный к оси вращения платформы, Мг.пр = (0,85...0,92) Мт. Мощность, развиваемая гидромотором, Nr = М г .примаке/ 7! >    (2.151) где rj — гидромеханический к. п. д. (для привода оси низкомо-ментного гидромотора через редуктор т) = 0,76...0,81, для привода без редуктора = 0,82...0,87). Полученная мощность не должна превышать мощности выбранного двигателя. Руководствуясь значением NT и характеристикой принятого насоса, выбирают гидромотор. Передаточное число редуктора поворота i = Яг/^макС"    (2.152) Здесь «макс — максимальная частота вращения вала гидромотора. Продолжительность поворота экскаватора определяется по равенству (2.111) с учетом соотношений (2.110). Тяговый расчет экскаватора выполняется в соответствии с положениями подразд. 2.5.1, •Мкр.макс = —">    (2.153) где 5Т — тяговое усилие; i — передаточное число механической передачи от гидромотора до ведущего колеса; тдпр — к. п. д. этой передачи; гс — силовой радиус ведущего колеса (ведущей звездочки), м. Для пневматиков на плотном грунте гс = го —(0,12...0,15)5Ш> на рыхлом гс = го — (0,08.. .0,1) Вт. Здесь г0 — радиус недефор-мированной шины, м; Вш — ширина профиля шины, м. Передаточное число механической передачи устанавливают по техническим характеристикам насосной установки, выбранного гидромотора и принятой скорости движения машины: f=J£?(2Л54> Здесь Qh.mskc — максимальная подача насосной установки, л/мив (при одновременной работе двух гидроприводов принимают О.бфи.макс); ^об — объемный к. п. д. гидропривода колесного хода; qru — рабочий объем выбранного гидромотора, см3/об; v — скорость передвижения экскаватора, км/ч. Выбранный гидромотор проверяется по его максимальной частоте вращения: И гм.макс ^ о J2 кГ '    (2.155) Если принятое значение i не отвечает этому условию, следует выбрать другой гидромотор или уменьшить скорость движения машины. Давление настройки перепускных клапанов ркл (МПа) рассчитывается по формуле ^°'15 9ТЕ№=-+1'05^    (2Л56) где МКр.макс — максимальный крутящий момент на валу гидромотора, Н • м; tj™ — объемный к. п. д. гидромотора; ^мХ — механический к. п. д. привода; рсл — давление в силовой магистрали гидромотора, рсл = 1,0...1,5 МПа. Полученное значение ркл не должно превышать принятого расчетного давления в гидросистеме экскаватора. В итоге выполнения данного раздела проекта составляются принципиальная гидросхема экскаватора и его техническая характеристика, оформление которой сходно с указанным в табл. 2.3. 2.6.1. Роторные траншейные экскаваторы Основные параметры этих машин регламентированы ГОСТ 19618—74 (табл. 2.18). В результате анализа патентнотехнической информации выполняются обоснование общей конструктивной схемы проектируемой машины и краткое описание ее устройства. Здесь необходимо охарактеризовать конструкцию рабочего органа, принятую схему расстановки зубьев, тип привода ротора, предохранительные устройства, конструкцию механизма подъема и опускания ротора, устройство транспортера и тип его привода, конструкцию трансмиссии машины, особенности ходового устройства. Таблица 2.18 Основные параметры траншейных экскаваторов Нормы по типоразмерам* Основные параметры ЭТЦ I 1,6 1 Номинальная глубина траншеи, м Номинальная ширина ко пания траншеи, м Техническая производительность в грунтах категории I, м3/ч, не менее Масса экскаватора в незаправленном состоянии с основным оборудованием, т, не более: на пневмоколесном ходу на гусеничном ходу Среднее удельное давление на грунт экскаваторов на гусеничном ходу (транспортное положение), МПа, не более * ЭТЦ — экскаватор траншейный цепной; ЭТР — экскаватор траншейный роторный. К основным параметрам этих машин относятся производительность и размеры отрываемой траншеи. Диаметр ротора по режущим кромкам ковшей [14] Dp = (1,75...1,85) Ямакс.    (2.157) Здесь #макс — наибольшая глубина траншеи, м. Рекомендуемая частота вращения ротора с гравитационной разгрузкой пр (об/мин) рассчитывается по формуле пр = (30,5...51,5)/DP. Число ков- Рис, 2.32. Размеры ковша роторного траншейного экскаватора шей на роторе рекомендуется принимать г = 8...12. Число разгрузок ковшей пг (1/мин) определяется так: пг = npz.    (2.158) Вместимость ковша qk (л) вычисляется по соотношению где П0 — конструктивная производительность экскаватора, м3/ч. Следует иметь в виду, что примерно 40...50 % объема ковша составляет подковшовая полость, ограниченная внутрен-. ним диаметром ротора и его боковыми кольцевыми поверхностями. Шаг ковшей Т = TiDpJz.    (2.160) Размеры ковша (рис. 2.32) находят с помощью следующих выражений: длина /к = (0,4...0,6) Т; ширина Ьк = 0,95; высота hK =* = (0,5...0,6) В. Здесь В — ширина траншеи, м. Масса ротора с ковшами трог(Т) определяется по формуле трот = (0,33...0,39) Н2В УШ,    (2.161) где Я, В — глубина и ширина траншеи, м; К — удельное сопротивление копанию, МПа, причем K = Kx + A/h.    (2.162) Здесь /Сь А—экспериментальные величины, определяемые по табл. 2.19; h — максимальная толщина срезаемой стружки, см. Техническая производительность экскаватора (м3/ч) Пт = 0,06пдКн1Кр,    (2.163) где Ки, Кр — коэффициенты наполнения ковша и разрыхления грунта, зависящие от категории разрабатываемого грунта. Для грунтов категории I К» = 1,25; КР=1,15; II — 1,15; 1,2; III — 1,05; 1,25; IV — 0,9; 1,3. Значения величин К\, А Грунты Роторные экскаваторы Цепные экскаваторы МПа • см МПа • см Песок, супесь, суглинок мягкий и средний Суглинок, гравий, глина мягкая Суглинок крепкий, глина средняя и крепкая, уголь очень мягкий Суглинок крепкий со щебнем, уголь мягкий, глина крепкая и очень крепкая Сланцы средние, мел, песчаники, руда фосфоритовая и мягкая марганцевая Ракушечник, уголь крепкий, сланцы Сланцы, мергель, мерзлые грунты Максимальная толщина срезаемой стружки (2.165)
Здесь va — рабочая скорость движения экскаватора, м/ч, Производительность конвейера Пк = ПтКр.    (2.166) Ширина плоской ленты конвейера Вл (м) вычисляется по соотношению И -i/Jk. л [/ 150алс’ (2.168)
ширина желобчатой ленты Вп ~ \ 300илс’ где 1>л — скорость перемещения ленты, у современных конвейеров достигает 5 м/с; с — коэффициент снижения производительности, зависящий от угла наклона ал ленты. Углу 3° соответствует коэффициент, равный 1; 4° — 0,99; 8° — 0,97; 12° — 0,93; 16° —0,89; 20° —0,81; 22° —0,76; 24° —0,71; 26° —0,66; 28° — 0,61. Скорость перемещения ленты не должна превышать возможную скорость движения грунта на ленте ^гр = V 2Lg ([г cos ал — sinaj,).    (2.169) Здесь L — рабочая длина конвейера, м; g — ускорение свободного падения, м/с2; — коэффициент трения грунта о ленту, р. = 0,65. Длина конвейера и угол его наклона определяются из условия образования отвала грунта высотой (рис. 2.33) шириной по низу Во =* 2#octg р, (2.171)'
дальность полета
/п = sin 2а л.
Площадь поперечного сечения грунта на ленте непостоянна вследствие разгона грунта. Поэтому для повышения несущей способности ленты начальный участок конвейера целесообразно ограничить бортами длиной
Рис. 2.33. Длина и угол наклона конвейера траншейного экскаватора
где р — угол внутреннего трения (табл. 2.2). У кромки траншеи должна быть берма а = 0,5...1 м. Наибольшая высота подъема частиц от уровня вылета
ha = Sin4,
(2.172)
(2.173)
2g (f* COS ал - Мощность двигателя N = Np + Nk. + /Vn. Рассмотрим расчет слагаемых этой формулы, ротора (кВт) вычисляется по формуле ■sin ал) ' Ь Dg
2 • 10°/ 3,6г) - Здесь Ь — плотность грунта до его разработки (табл. 2.2); -ц — к. п. д. привода, тг; = 0,7...0,8. Мощность привода конвейера (кВт) находится с помощью соотношения —^ (w + tg <хл) Lv cos ал, (2.177) o,b-10
(2.175) Мощность привода где k' — коэффициент, учитывающий влияние дополнительных сопротивлений, при длине конвейера 3 м составляет 4,1; 4 м— 3,4; 5 м — 3; 6 м — 2,7; 8м — 2,3; 10 м — 2; 12,5 м — 1,8; 16 м — 1,6; 20 м—1,4; 25 м—1,3; 32 м — 1,2; 40 м — 1,1; 50 м — 1; w — приведенный коэффициент сопротивления перемещению ленты, для плоской ленты равен 0,025...0,04, для желобчатой — 0,035...0,05; qT — вес подвижных частей транспортера, приходящийся на один метр его длины, при ширине ленты 300 мм составляет 0,20 кН/м; 400 мм — 0,25; 500 мм — 0,30; 650 мм — 0,42; 800 мм — 0,55; 1000 мм — 0,73; 1200 мм — 0,92; 1400 мм — 1,1; 1600 мм—1,28. Расчетная (компенсирующая) длина транспортера £ = L + /-V±JL_ И—-VJL—r—(2.178) + ш / 2g (Iх COS ал — sin ал)    ’ Мощность, требуемая для движения экскаватора (кВт), Nn=*Tvln.    (2.179) Здесь Т - -.суммарное тяговое усилие, кН, Т — (0,2...0,5)igyVpA/p -f (fcosa. + sin a) mg', (2.180) где f — коэффициент сопротивления качению; m — масса экскаватора, т. Как видно из уравнения баланса мощности (2.175), в случае полного использования мощности двигателя и при неизменных размерах траншеи производительность экскаватора убывает с увеличением крепости разрабатываемого грунта. В связи с этим необходимо обеспечить соответствующий диапазон передаточных чисел трансмиссии механизма передвижения экскаватора, чтобы баланс мощности поддерживался за счет изменения скорости рабочего хода. Применяются механические, гидромеханические и гидростатические трансмиссии. Минимальная и максимальная скорости рабочего хода экскаватора находят по равенству (2.131). Это позволяет определить диапазон изменения рабочих скоростей машины, который для современных моделей составляет иМакс/уМин = 70...75 при максимальной скорости 700 м/ч. При механической трансмиссии число скоростей хода экскаватора, предназначенного для разработки грунтов категорий I — IV, равно 10—12, а для грунтов категорий I — VII достигает 25. Значения промежуточных скоростей стремятся устанавливать по закону геометрической прогрессии, выбирая соответствующий ряд передач трансмиссии. Если число передач трансмиссии принято равным п, то знаменатель геометрической прогрессии X = "|/~ ^Макс/^мин‘    (2.181) Скорости Умакс соответствует передаточное число трансмиссии in “ 12 0 ~ Л П д м а к с» а скорости Умин — i\ = 120т1ГЯд/ум Здесь пд—номинальная частота вращения двигателя, об/мин; г — радиус качения движителя, м. Тогда t2 = ixjx\ i3 = t2/x; ..t'„_i = Реальные передаточные числа и скорости уточняются при конструктивной компоновке трансмиссии. Применение гидромеханических трансмиссий (особенно гидростатической) позволяет значительно сократить число передач и в пределах каждого диапазона скоростей автоматически устанавливать оптимальный скоростной режим. В итоге выполнения данного раздела проекта составляется техническая характеристика, оформление которой сходно с указанным в табл. 2.3. 2.6.2. Цепные траншейные экскаваторы При определении параметров этих машин следует выполнять требования ГОСТ 19618—74 (табл. 2.18). После анализа технической и патентной информации составляются обоснование общей компоновочной схемы машины, краткое описание ее устройства. Здесь поясняются конструкция рабочего органа, принятая схема расстановки режущих элементов; обосновываются тип привода цепи, наличие предохранительных устройств, конструкция механизма подъема и опускания рабочего органа, устройство транспортера, конструкция привода хода, особенности его устройства. К основным параметрам цепных траншейных экскаваторов относятся размеры отрываемых траншей и производительность, В отличие от роторных экскаваторов применение данных машин целесообразно при разработке глубоких траншей в более тяжелых грунтовых условиях. Различают скребковые и ковшовые рабочие органы цепных экскаваторов. Первые предназначены для разработки траншей шириной до 400 мм. Ковшовые рабочие органы классифицируют по способу разгрузки ковшей, которая бывает свободной через заднюю кромку, свободной внутрь рабочего органа, принудительной. Машины со свободной разгрузкой применяются для рытья траншей всех сечений. Разгрузка внутрь рабочего органа используется на экскаваторах, предназначенных для устройства мелкой разводящей сети глубиной до 2,5 м. Принудительная разгрузка целесообразна при копании липких грунтов. При заданной конструктивной производительности экскаватора Пк (м3/ч) определяют вместимость ковша (л): qK = 16,67Пк/яг.    (2.182) Здесь п2 — число разгрузок в минуту (ориентировочно 20... 40). Полученное значение вместимости ковша округляют до ближайшего целого числа, после чего уточняют значение «2. Шаг цепи * = (42...44^,.    (2.183) Ориентируясь на опыт создания современных машин, принимают скорость движения цепи иц «= 0,76...0,9 м/с. Шаг ковшей (м) Т = З,6уц<7к/Пк.    (2.184) Ширина ковша (м) Ьк = В — (0,06...0,1), где В — ширина траншеи. Длина ковша /к«(2...2,1)/. Высота ковша /гк~1,3/. Шаг ковшей по условию свободной разгрузки через заднюю кромку T>vuVWJg-lк.    (2.185) Шаг ковшей по условию свободной разгрузки внутрь рабочего органа Т >    j/(2.186) Здесь К' — поправочный коэффициент, равный 0,35...0,7, меньшее значение берут для влажных, липких грунтов; 1П — путь разгрузки ковшей, ориентировочно принимается в пределах (5...6)/; hu—высота разгрузки грунта от передней стенки ковша до транспортной ленты, ориентировочно составляет (4...5)^. Несоблюдение условий (2.181), (2.182) приводит к пересыпанию грунта из ковша в ковш или за пределы транспортера соответственно. Длину цепи и число ковшей определяют на основании вычерченной в масштабе схемы взаимодействия рабочего органа с грунтом при разработке траншеи максимальной глубины с учетом подъема грунта для разгрузки на конвейер. Угол наклона цепи к горизонту при свободной разгрузке ковшей через заднюю кромку принимают равным 45...55°. Ориентировочно длина цепи и число ковшей составляют соответственно 1ц = (2,4.. .2,8) Я; z=L*jT. Техническая производительность экскаватора находится с помощью равенства (2.163). Скорость передвижения машины связана с глубиной траншеи соотношением = П Т/(ВН). Минимальная скорость передвижения отвечает разработке траншеи максимальной глубины с углом наклона ковшовой рамы к горизонту не более 55°. Максимальная скорость достигается в случае копания траншеи минимальной глубины, когда угол наклона рамы составляет 15...50°. При этом толщина стружки для мягких грунтов не должна превышать '/г, а для тяжелых —* 7з высоты ковша. Толщина стружки h = ~— sin В. Здесь р — угол наклона траектории режущей кромки ковша, V„ sin а & r l^COS а + V3 ’ где а — угол наклона ковшовой рамы. Параметры конвейера определяют в соответствии с рекомендациями подразд. 2.6.1. Мощность двигателя экскаватора (кВт) N — А^к.ц -Ь N пер 4- NK -{- NH.    (2.187) Порядок расчета слагаемых следующий. Мощность привода ковшовой цепи ПДК, • Ю6 4~ eg (Я/2 -f- Я') (1 + tg р cos р] \т _ “Tl'M    m ,0(11 NK. ц—    ———g    . (J.loo)
3,6 • Ю\ Здесь Пт — техническая производительность, м3/ч; Кг— удельное сопротивление копанию согласно формуле (2.162), МПа; 8 — плотность грунта, кг/м3; Н’ — высота подъема грунта от поверхности земли до уровня разгрузки; Н — глубина траншеи, м; р — угол внутреннего трения грунта (табл. 2.2); — к. п. д. ковшовой цепи. Мощность привода передвижения экскаватора ш 4_ w 4. w ‘    П6Р^    (2.189) где va — скорость перемещения экскаватора, м/ч. Горизонтальная составляющая сопротивления копанию WK = ^*.^,cosp/o4.    (2.190) Сопротивление трения грунта о грунт забоя при работе скребковых экскаваторов (кН) nx6g (Я/2 + Я') tg р cos2p Wt    3600f4 sin р    •    WJ.iyi; Сопротивление передвижению многоковшового экскаватора (кН) 10% П J, sin р ^пер = mg {f2 + /) + з’боЦ —    (2.192) Здесь m — масса экскаватора, кг; /2 — коэффициент сопротивления передвижению ходового устройства машины; i — преодолеваемый подъем 0,05...0,1. Сопротивление передвижению экскаватора со скребковым рабочим органом ^пер = mg if 2 + о + 3^^[10«/Ci sin (3 + bg (Я/2 + Я') tg р cos pj. Мощность привода конвейера NK определяется равенством (2.177). Мощность привода гидронасоса NH механизма подъема рабочего органа находится в соответствии с принятой кинематической схемой последнего. Максимальная скорость транспортного хода экскаватора (км/ч) Умакс<^1; W = mg(f2+i). Рекомендуется иметь не менее трех скоростей транспортного хода с перепадом скоростей по геометрической прогрессии со* знаменателем 1,3... 1,4. Это значение показателя используется и при выборе ряда скоростей рабочего хода экскаватора. В заключение данного раздела проекта составляется техническая характеристика машины, оформление которой сходно с указанным в табл. 2.3. 2.7. ПОГРУЗЧИКИ В строительстве широко применяются одноковшовые фронтальные погрузчики с гидравлическим управлением, которые-благодаря использованию различных видов сменного оборудования могут выполнять самые разнообразные работы. Основные параметры этих машин регламентированы ГОСТ 12568—67. Нормы, различающиеся по типам погрузчиков, приведены в. табл. 2.20, а общие для всех даны ниже: Угол разгрузки ковша при максимальном его подъеме, . . . °, не менее 50 Максимальный угол запрокидывания ковша, . .. °, не менее .... 40 Разность между углами запрокидывания максимальным и минимальным, . . . °, не более....................... 15 Рабочая скорость погрузчика, км/ч: гусеничного.......................2,5 . . . 3,0 колесного.........................3 . . 3,5 Грузоподъемная сила в % от статической опрокидывающей нагрузки, приложенной в центре тяжести ковша при максимальном вылете . . 50 При проектировании этих машин необходимо после анализа научно-технической и патентной информации выполнить обоснование общей конструктивной схемы и оформить краткое описа~ ние устройства погрузчика. Основной параметр погрузчика—номинальная грузоподъем* ность Qh(t). Ориентировочно масса погрузчика (т) составит [12] т — Qa/Я-    (2.193) Значение q можно принимать для гусеничных погрузчиков равным 0,2...0,22, для колесных — 0,25...0,3. Основные параметры одноковшовых строительных погрузчиков Параметры Нормы по типам* Номинальная грузо подъемность, т Класс базового трактора или тягача в промыш ленном исполнений Номинальная вместимость основного ковша, м3, не менее Высота разгрузки, м, не менее Вылет кромки ковша при наибольшей высоте раз грузки, мм, не менее Ширина режущей кром Ширина следа маши- Ширина следа машины +
ки основного ковша
ны +100 мм
* ПК — погрузчик колесный; ПГ — гусеничный.
Масса базового трактора
mT = mfk<j,    (2.194)
где k0 — коэффициент, ko= 1,25... 1,35.
По значению тт подбирают базовый трактор либо решают обратную задачу, если проектируется погрузчик к определенному базовому шасси. Номинальная вместимость ковша (м3)
Здесь 8 — плотность материала, для сыпучих и мелкокусковых грузов § = 1,6 т/м3; К,н — коэффициент наполнения ковша, Кн = = 1,25. Параметры ковша выбирают с учетом соотношений рис. 2.34, ширину ковша — по данным табл. 2.26.
Расчетный радиус поворота ковша (см. рис. 2.34) R0 =
= VVh/Bo>., причем
ctg 2 0,6ic (l lg0
, (2.196)
X = 0,5ХД (Х3 + Хк cos yi) sin fo — X®
где Хд — относительная длина днища ковша, Хд = 1,4... 1,5; Х3 — относительная длина задней стенки, Х3 == 1,1... 1,2; Хк — относительная высота козырька, Хк = 0,12...0,14; Хг — относительный радиус сопряжения днища и задней стенки, Хг = 0,35...0,4; yt — угол между плоскостью козырька и продолжением плоскости задней стенки, л —5... 10°; 70— угол между задней стенкой и днищем, То = 48...52°.
Рис. 2.34. Конструктивная схема ковша погрузчика Рис. 2.35. Давления грунта на опорную поверхность гусеничного погрузчика Длина днища /л = lARo. Длина задней стенки 4 = X3Ro. Высота козырька /к = KRo. Радиус сопряжения го = XrR0. Высота шарнира крепления ковша к стреле Аш = (0,06.. .0,12) #о.
Угол наклона режущих кромок боковых стенок относительно днища ковша ао = 50...60°. Угол заострения режущих кромок Ь0 = 30...40°. Угол между задней стенкой и козырьком 71 = = 5...10°. Центр давления для гусеничного погрузчика и распределение нагрузок по мостам колесного погрузчика находят для транспортного положения рабочего оборудования и при максимальном вылете ковша. Расстояние от оси ведущей звездочки до центра давления для груженого гусеничного погрузчика (рис, 2.35) Xr" Gn + gQH ' Здесь хп, ав — плечи сил, принимаемые по рис. 2.35. При этом необходимо выдержать условие LT — хг > LT/6. Статические нагрузки на мосты груженого колесного погрузчика устанавливаются по зависимостям рис. 2.36. На передний мост действует нагрузка Rn — Gn (1 — x/Lr) -f- gQu (1 Яг/^т),    (2.197) Рис. 2.37. Конструктивные параметры рабочего оборудования погрузчика на задний мост — R3 ~ Gnx/Lr ■gQaGtr/Lr.    (2.198) Статическая нагрузка на передний мост погрузчика с порожним ковшом Rn — Ga(l —x/LT), на задний мост — R3 == GnXl Ly Для погрузчика с порожним ковшом рекомендуются следующие пределы значений коэффициента, учитывающего распределение нагрузок между мостами: Ф = Rn/Rs = 0,67...0,82. При выборе параметров рычажной системы погрузчика, зная вылет ковша L и высоту разгрузки Яр по ГОСТ 12568—67, определяют точку К (рис. 2.37). Из нее под углом е проводят прямую и, откладывая на ней значение Ro, находят точку Л5. Координаты 1В, Яс точки крепления стрелы О выбирают так, чтобы обеспечить наилучшую видимость при управлении. Ориентировочно Яс = (1,2...2) Ro.    (2.199) Угол наклона радиуса поворота ковша (...е) £=50 4- arcsin (hm/R0). Длина стрелы le=V[L — Ro cos е -f *в)2+ (Яр + Ro sin е — Яс)2. (2.200) Угол поворота стрелы <р0 = 85...90е. Размеры элементов перекрестных рычагов системы ориентировочно могут быть вычислены по равенствам /ш = (0,48...0,5)/с; як = (0,11...0,12)4; Ьк = (0,22...0,24)/с; = (0,27...0,29) 1с, рк ~ (0,13...0,14) /с; фк - 110...125°. Длину тяги dK определяют графическим путем так, чтобы в нижнем положении ковш устанавливался под углом запрокиды* вания f ~ 42...46°, а в верхнем — под наибольшим углом разгрузки е. При этом следует обеспечить соблюдение равенства Ак = (0,125...0,135) Ro. Координаты точки крепления цилиндра поворота ковша получают в результате следующих построений (см. рис. 2.37). Разбивают сектор поворота стрелы на четыре равные части и для каждой из пяти возникших точек находят расположение рычажной системы, соблюдая условия параллельности в этих положениях отрезка АД. По точкам Ci — Cs подбирают окружность, центр которой определит координаты точки крепления гидроцилиндров. Радиус такой окружности обусловливает длину цилиндра с выдвинутым штоком. Чтобы узнать ход штока цилиндра, ковш в верхней точке устанавливают в положение разгрузки и найденную точку €$ соединяют с осью крепления цилиндра. Разность полученных длин отрезков ОС5 — ОС5' соответствует ходу штока. Следует проверить кинематику рычажной системы, имея в виду, что во всех положениях стрелы угол разгрузки ковша должен быть не менее 45°, а разность углов запрокидывания в крайних положениях не должна превышать 15°. Точку крепления цилиндра поворота стрелы определяют конструктивно, обеспечивая требуемые ход штока и развиваемое Цилиндром усилие. Напорное усилие погрузчика рассчитывается по мощности двигателя: Т'н = N'q-rfv-p — fGn,    (2.201) кроме того, расчет производится по силе сцепления Tai = cfGn,    (2.202) где N — мощность двигателя базового трактора; rjT — к. п. д. трансмиссии (механической — 0,85...0,88, гидромеханической — 0,6...0,75); f — коэффициент сопротивления качению, для гусеничных машин составляет 0,06...0,1, для колесных — 0,03...0,04; Ф — коэффициент сцепления, для гусеничных промышленных тракторов равен 0,9, для колесных— 0,6...0,8. Расчетная скорость передвижения погрузчика ир = 3...6 км/ч. Обычно она соответствует низшей рабочей передаче базового трактора. Скорость обратного холостого хода должна быть выше скорости рабочего хода: ох= (1,25...1,4)оР. Выглубляющее усилие, обеспечиваемое на режущей кромке цилиндром поворота ковша при оснащении стрелы опорными лыжами, NB~ = (2...3)QHg. По найденным значениям 7Н, NB определяют их удельные значения qa = Та/Вк; qB = Ne/Bk, которые должны согласовываться с данными табл. 2.21. Таблица 2.21 Рекомендуемые значения удельных усилий погрузчиков Параметры Показатели при грузоподъемности, т более 6 Удельное напорное усилие qK, кН/см: 0,25 ... 0,4 Более 0,6 0,15 ...0,3 Более 0,4 Удельное выглубляющее усилие qn для ПГ, кН/см Более 0,3 Если на стреле опорная лыжа отсутствует, выглубляющее усилие находят по условию опрокидывания машины (рис. 2.38) относительно передних колес или передних опор гусеничного хода: NB « GT [h — (0,25 . .. 0,35) /М. Рис. 2,38. Усилия в механизмах поворота ковша и подъема стрелы погрузчика Усилие на штоке одного гидроцилиндра поворота ковша (см. рис. 2.38) ок —---А1* Здесь Gк — вес ковша; Кг — коэффициент запаса, учитывающий потери в гидроцилиндрах и шарнирах, равен 1,25; дп — число гидроцилиндров поворота ковша. Мгновенные передаточные отношения механизма вычисляют для положения ковша, соответствующего внедрению в материал: hh' . _ n ' 7Т" ’ к — // > *7*9    ‘7*9 где Ц, h, к, h, hi — плечи приложения сил в нагруженных элементах механизма. Усилие на штоках гидроцилиндров стрелы также определяют по выглубляющему усилию (см. рис. 2.38): С,    + VlO ~ SKl5nn V Sc==-IjTe--K>' Здесь GP — вес погрузочного оборудования (исключая портал), ориентировочно Gp= (0,2...0,25) GT; 5/ — усилие цилиндра ковша без учета коэффициента запаса; К2 — коэффициент запаса, /С2= 1,25; пс — число гидроцилиндров поворота стрелы. По значениям SK, Sc и принятому давлению в гидросистеме рассчитывают диаметры гидроцилиндров ковша и стрелы. Гидросистема погрузчика должна обеспечивать следующие скорости перемещения погрузочного оборудования. Скорость запрокидывания ковша (м/с) Уз.к = 0,2j7yvVpKvi где yv — коэффициент совмещения скоростей внедрения и запрокидывания, Yd=1...1,2; Kv — коэффициент снижения рабочей скорости ур в процессе внедрения, /Си = 0,5. Скорость подъема стрелы (срёдняя вертикальная в шарнире крепления ковша) принимают такую, чтобы подъем груза был окончен к моменту завершения операции отхода погрузчика на разгрузку: Ул.С - 7 Ух- Здесь sn — длина пути шарнира крепления ковша при подъеме стрелы (по вертикали); их — скорость холостого хода погрузчика, м/с; sA~-средняя длина пути рабочего хода погрузчика. Скорость опускания стрелы Vo.c = (1,2... 1,3) Vn.c• Скорость движения поршня гидроцилиндра ковша (м/с) t'n = Уз.к/^п = 0,277 KvyvVp/iuj где in — мгновенное передаточное число от режущей кромки ковша к цилиндрам поворота. Скорость движения поршнл гидроцилиндра стрелы Vc ~ 57,3Уп.с j ^ • Здесь si; — ход поршня гидроцилиндра стрелы; 1С — длина стрелы; <рс — угол поворота стрелы. Зная скорости перемещения поршней гидроцилиндров, их количество и площадь поперечного сечения, определяют подачу насосов для работы цилиндров, ковша и стрелы соответственно. По большему из полученных значений подбирают марку гидронасоса. Максимальная грузоподъемная сила, которая может быть реализована по показателям гидропривода (кН), п _ ^ • 785о\р1±г\т — Gp/10 — GKiK^5 ^ л ЧГмакс — ““    * f~r    Vhj Ml ~~ к*5 где 2 — количество цилиндров; Dc — диаметр гидроцилиндра стрелы, м; р— давление в гидросистеме, равное 0,9рн, МПа; Tjr — гидравлический к. п. д. гидросистемы; Gp — вес оборудования без портала, кН; GK — вес ковша, кН; iK — мгновенное передаточное число от ковша к гидроцилиндрам поворота. На основе полученных данных составляется техническая характеристика погрузчика, оформление которой сходно с указанным в табл. 2.3. 2.8. МАШИНЫ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ Уплотнение грунтов производится катками, вибрационными и трамбовочными машинами. Существуют также машины комбинированного воздействия на грунт. Наибольшее распространение получили катки. Различают катки с жесткими вальцами и пневмоколесные катки. Характерны следующие тенденции совершенствования уплотняющих машин: увеличение производительности, глубины проникновения уплотняющего воздействия и степени уплотнения материала; обеспечение уплотнения грунтов с различными физико-механическими свойствами путем регулирования воздействия на уплотняемый материал; применение гидропривода рабочего оборудования, гидростатических и гидродинамических трансмиссий; создание комбинированных самоходных машин. К последним относится, например, пневмоко-лесный агрегат в сочетании с гладким, кулачковым и решетчатым вальцами, уплотняющий эффект которых может быть повышен применением вибровозбудителей. Рассмотрим особенности выбора параметров пневмоколесных катков (самоходные, полуприцепные, прицепные), катков с жесткими вальцами статического действия и вибрационных [1, 4, 12]. Изложенные рекомендации могут быть использованы также при проектировании катков комбинированного действия. Главный параметр пневмоколесного катка — его масса. К основным параметрам относятся также размер и количество установленных шин, ширина уплотняемой полосы, давление воздуха в шинах, скорости движения катка, мощность двигателя. Реко- Таблица 2.22 Рекомендуемые параметры самоходных пневмоколесных катков Параметры Значения Масса катка, т: с балластом без балласта Ширина уплотняемой полосы, м Количество колес (шин), шт. Давление воздуха в шин ах, МПа: минимальное максимальное Скорости передвижения, км/ч Мощность двигателя, кВт База, м Перекрытие следов шин, мм мендуемые параметры самоходных пневмоколесных катков приведены в табл. 2.22, основные параметры полуприцепных (ГОСТ 16481—70) — в табл. 2.23, прицепных (ГОСТ 8544— 74)—в табл. 2.24. Наиболее часто применяемые шины для пневмоколесных катков — 240-381, 240-508, 260-508, 280-508, 300-508, 370-508, 410-508, 500-635. Таблица 2.23 Основные параметры полуприцепных пневмоколесных катков Параметры Катки легкие средние тяжелые Масса катка, т: с балластом без балласта, не более Нагрузка на ось, кН Ширина уплотняемой полосы, м, не менее Основные параметры придет 120 ±24 2,3 шых пневмок< 30 ±6 12 200 ±40 Т а б л )лесных катко 45 ±9 18 300 ±60 и и. а 2.24 в Параметры Катки легкие средние особо тяжелые тяжелые 2,5
100 ±Ю 25 3,1
2,2
2,8
Масса катка, т: с балластом без балласта, не менее Ширина уплотняемой полосы, м, не менее
Исходными данными при проектировании пневмоколесных катков являются тип катка, вид уплотняемого материала, толщина уплотняемого слоя, ширина полосы уплотнения, тип трансмиссии или базового тягача. Последние в зависимости от характера задания на проектирование могут определяться в ходе выполнения проекта. Самоходные пневмоколесные катки рассчитывают следу-, ющим образом. Исходя из обусловленных заданием свойств материала, подлежащего уплотнению катком, вычисляют необходимое среднее давление по площади контакта шины: q = 5С tg2 (45° + р/2),    (2.203) где С — сцепление материала, МПа; р — угол внутреннего трения, ..(табл. 2.25). Таблица 2.25 Данные для определения сопротивления уплотнению Угол внутреннего трения Р. ...° Сцепление С, МПа Материал в начале уплотнения в конце уплотнения Мелкий песок Грунт, укрепленный органическими вяжущими Цементно-грунтовая смесь Щебеночное покрытие Гравийное покрытие, устроенное способом смешения на дороге Покрытие из щебня, обработанного битумом Горячая асфальтобетонная смесь (60... ... Ю0 °С) Холодная мелкозернистая асфальтобетонная смесь Нагрузка на шину (Н) - 106<7Fo.    (2.204) Площадь контакта с уплотняемой поверхностью для автомобильных шин F0 = %bTVDHD„,    (2.205) для специальных шин /о = 2Яд Кмд. — гт).    (2-206) Здесь 8Т — прогиб шины, м, 8т = 0,155о, где В0 — ширина профиля шины; £>н — наружный диаметр шины, м; Dn = 2Rn, где Rn — радиус кривизны протектора, м; Вд — ширина беговой дорожки, м. На основании равенств (2.203) — (2.206), рекомендуемых типов шин, данных табл. 2.22, 2.26 выбирают шины для проектируемого Катка. Основные характеристики шин Давление Ширина профиля, мм Обозначение шины Норма слойности Масса, кг Макси мальная нагрузка, в шине при максимальной нагрузке, МПа Наруж диаметр, нагрузки нагрузке 2550x 950-990 При заданной ширине укатываемой полосы В количество шин составит пк = 4^-    (2.207) °д ‘о Здесь tc — перекрытие следа передней и задней шины, 4 = = 0,5-вд(1—kc), где kc — коэффициент, учитывающий расстояния между шинами, равный 0,7... 0,8. Полученное значение сравнивается с рекомендуемым (табл. 2.22). Масса катка с балластом (т) т *= GmnK/g.    (2.208) 3£есь — нагрузка на шину, кН; пк — количество шин; g — ускорение свободного падения, м/с2. Тяговое усилие, развиваемое катком (Н), Т = gtn 1 —|—^ fcuGcu ,    (2.209) где f— коэффициент сопротивления движению (табл. 2.27); i — уклон местности, i = 0,06...0,1; v — скорость передвижения катка Таблица 2,27 Коэффициенты сопротивления движению Материалы Катки п невмоколесные с гладкими вальцами Асфальтобетонная смесь: 0,10... 0,14 в начале укатки в конце укатки 0,05 ... 0,06 Грунт: (0,25 ... 0,30)5 в начале укатки (рыхлый) 0,15 ... 0,20 в конце укатки 0,05 ... 0,08 (0,12 ... 0,15)6 Щебень: в начале укатки 0,15 ... 0,18 в конце укатки Покрытие: асфальтобетонное 0,01 ... 0,05 гравийное 0,01 ... 0,03 щебеночное 0,04 ... 0,08 булыжное 0,03... 0,05 * Для кулачковых катков, меньшее значение также для решетчатых. ** Для решетчатых катков. (табл. 2.22), м/с; t — время разгона, -t = 2...3 с; cpCIl — коэффициент сцепления (табл. 2.28); <?сц— нагрузка, приходящаяся на ведущие колеса катка, Н. Таблица 2.28 Коэффициенты сцепления Материалы Катки пневмоколесные* с гладкими вальцами Асфальтобетонная смесь; в начале укатки 0,45 ...0,55 0,25...0,30 в конце укатки 0,6 ...0,65 0,1...0,15 Щебень Булыжник Грунт 0,5 ...0,7 0,15...0,3 принимается для условий движения катка по усовершенствованному покрытию. По большему из полученных значений выбирается двигатель. Т а б ли ца 2.29 К- п. д. различных передач Передача Уел овия работы Зубчатая с зацеплением: внешним Со смазкой внутрен Цепная Клиноремен Без смазки
Эффективность самоходных пневмоколесных катков существенно повышается, если использовать устройства для регулирования давления в шинах. Для этих целей катки укомплектовываются компрессором и соответствующей пневмосистемой. Обычно применяются одноступенчатые двухцилиндровые компрессоры. Параметры компрессора подбирают следующим образом. Объем шин Уш = l,9B2(B+ d)nK. Здесь В, d — ширина профиля и диаметр обода шины (табл. 2.26). Объем ресивера Vp = (0,01...0,05) v’m, где Уш — объем одной шины. Общий объем, заполняемый воздухом, у = уш + ур. Подача воздуха компрессором при всасывании (м3/с) Q = ^rrrv-    (2-2П) Ра1 иг Здесь Дрш — прирост давления воздуха в шинах за время t, в расчетах принимают Дрш= (0,1...0,2) МПа, t—120...390 с; Та, Тш — температура воздуха в окружающей атмосфере и в шинах, К; k„ — коэффициент, учитывающий утечки воздуха в системе, равный 1,01...1,2; ра — атмосферное давление воздуха, МПа. По подаче воздуха и заданному максимальному давлению воздуха в шинах выбирают компрессор. Диаметр пневмопроводов (ms1) dr == У Q/(^Sn/2T^Kt), где sn — ход поршня компрессора, м; п — частота вращения его коленчатого вала, с-1; — коэффициент подачи, равен 0,6...0,8; i — число цилиндров. Особенности расчета полуприцепных и прицепных пневмо колесных машин следующие. Здесь кроме параметров, указанных выше, заданием должна быть обусловлена марка базового тягача либо масса катка. Наиболее тяжелый режим работы, для этих катков — уплотнение связанных грунтов. Нагрузка на шину Сш (кН) в этом случае при требуемых плотности грунта &гр и глубине уплотнения Н0 (см) 0,0036^ Hog, если krp = 0,95&макс; ==    W 0,008 ^Hlg, если &гр = 0,98&макс. Здесь wo, w — оптимальная и действительная влажность уплотняемого грунта, %; кмакс — плотность грунта естественного залегания. При известной нагрузке на шину глубина уплотнения (см) tj __ ПО ^ Л /" Но 0,2^oV '~у где рш — давление воздуха в шине, МПа; <|>— коэффициент жесткости. При значениях рш, равных 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 0,6 МПа, коэффициент ф составляет 0,6; 0,5; 0,4; 0,2; 0,15 соответственно. По найденным нагрузкам на колесо выбирают тип шин (табл. 2.26). Если задана масса катка с балластом, количество шин пк = mg/Gm. При заданном в технической характеристике базового тягача свободном тяговом усилии Р масса катка с балластом _    Р т ~~ g Г/ +1 + v/ig1))' Обозначения величин и рекомендации по их выбору приведены выше. Ширина уплотняемой полосы В = ВдПК -(- /МЗКС (ftK 1). Здесь гмакс= (0,4...0,5)бд. Найденные расчетом параметры катка должны быть согласованы со значениями, обусловленными ГОСТами (табл. 2.22— 2.27). На основе полученных данных составляется техническая характеристика, оформление которой сходно с указанным в табл. 2.3. Самоходные катки с гладкими жесткими вальцами рассчитываются следующим образом. Основные параметры катков определены ГОСТ 5576—74 (табл. 2.30). Исходные данные на проектирование должны включать в себя тип катка, его массу, ширину уплотняемой полосы. Распределение массы по осям катка принимают таким: на ведущий валец двухосных двухвальцовых катков приходится не менее 50% массы, а при обоих ведущих вальцах — по 50 °/о; у трехвальцовых двухосных на оба ведущих — не менее 67 %.    f о
* Допускается изготовление катков типа 2 без балласта массой 6 т, вибрационных — исполнения 2/2, статических исполнения 2/3. ** 1/1 — каток одноосный одновальцовый, 2/2 — двухосный двухвальцовый, 2/3—двухосный трехвальцовый, 3/3 трехосный трехвальцовый.
о
8
оО
Основные параметры самоходных катков с жесткими вальцами Нормы по типам**
о
<£> О
X
4    £ сз    41 ю    w о
0) о S \о
о
° 5? о
ё * о .. « Я' п
; «з I * а> j >*9 “ &->» 3 ^ < : со а> » а со * о о я £ J5 ^ ^ ч
а
W    и w    га fc    4 те    Ч Ь5    дз Ю S    о со
я .. 5    - t- о- ь    та р* 5 h о и Я и    с J? £>? Й О- ж ЕГ    Q.
о
Ф о к и с * >* ~ * * о- S -so

ю
о
со
CN
о
о
<N
сг.--
Диаметр вальца (см) может быть рассчитан по формуле D = 5,4 V'ql, где 9л — линейное давление, Н/м (табл. 2.30). Диаметр ведущих вальцов двухосных трехвальцовых катков принимают в 1,4...1,6 раза больше диаметра ведомых вальцов, а ширину—• в 2 раза меньше. Проектируя двухосные двухвальцовые катки с одним ведущим вальцом, диаметр последнего обычно назначают больше, чем у ведомого вальца. У катков со всеми веду* щими вальцами параметры вальцов одинаковы. Для трехосных трехвальцовых катков характерен увеличенный диаметр веду-щего вальца по сравнению с диаметрами ведомых. Ширина вальцов двухосных двухвальцовых и трехосных трехвальцовых катков В= (1,1...1,25)D. Мощность привода катков статического действия определяют по равенству (2.210). При этом тяговое усилие, находимое по формуле (2.209), устанавливают с учетом сопротивления, возникающего при повороте ведомого вальца, Здесь k0 — коэффициент сопротивления повороту вальца, для рыхлого щебня £0=0,3; GB — нагрузка, приходящаяся на ведомый валец. Мощность двигателя виброкатка должна рассчитываться с учетом энергозатрат на привод вибровозбудителя. Наиболее часто применяются центробежные вибровозбудители. Мощность привода вибровозбудителя NB = (Ni + N2 + N3)/^, где г] —к. п. д. привода вибратора, для ременной передачи т]=. = 0,95. Слагаемые числителя этой формулы находятся следующим образом. Мощность, обусловливаемая расходом энергии на поддержание колебаний (кВт), N1 = (1,2... 1,57) • Здесь тг—статический момент дебалансов вибровозбудителя, кг-м; п — частота вращения дебалансов, об/мин (табл, 2.31); тв — масса вибровальца, кг. Мощность для преодоления трения в подшипниковых опо* рах вибровозбудителя (кВт) N2 ~ k\ -т-, 19,3 ■ Ю6 где k\ — коэффициент, учитывающий тип смазки, для жидкой смазки равен 1,15, для консистентной—1,2; ^ — коэффициент, учитывающий тип подшипника, для роликовых однорядных под- Таблица 2.31 Параметры прицепных вибрационных катков с гладкими вальцами Катки Параметры тяжелые легкие
средние
180
СО 12 1800 1800 1600 300 1 ... 1,2 2 ...4
Тяговое усилие базового трактора, кН Масса катка, т Диаметр вальца, мм Ширина Бальца, мм Частота вращения дебалансов, об/мин Вынуждающая сила, кН Глубина уплотнения, м Мощность двигателя привода вибро- возбудителя, кВт Скорости передвижения, км/ч
29,4    36,8 0,5 ...3 0,5 ...3
20 3 1200 1400 2000 80 До 0,6
0,6... 1,2
шипников составляет 0,005, для роликовых сферических — 0,007; Q — вынуждающая сила вибратора, Н; d—диаметр вала, мм. Мощность для разгона дебалансов (кВт) Здесь т — масса дебалансов, кг; а> — угловая скорость вращения дебалансов, рад/с; t — время разгона дебалансов, равно 1...2с. Вынуждающая сила вибратора (Н) Амплитуда колебаний рабочего органа
<<< Предыдущая страница  1     Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я