Бесплатные рефераты, курсовые и дипломные работы на сайте БИБЛИОФОНД.РУ
Электронная библиотека студента
 

Тема: Самоходный каток вибрационный среднего типа

















КУРСОВОЙ ПРОЕКТ


Дисциплина:


Строительные и дорожные машины


Тема:



«Самоходный каток вибрационный среднего типа»



Введение


Cтруктура дорожно-строительного материала, определяющая его прочность и долговечность, в значительной степени формируется в результате уплотнения. Сущность уплотнения заключается в увеличении количества связей в материале и упрочнении их. Это достигается повышением плотности материала. В дорожном строительстве применяют следующие основные способы уплотнения: укатку, трамбование, виброуплотнение.

Среди многообразия форм виброоборудования, вибрационный каток по праву является одним из наиболее популярным. Сфера его применения строго определена - дорожное строительство, и в данной отрасли на сегодняшний день ни одна укладка полотна не обходится без его использования. Вибрационный дорожный каток используют для уплотнения дорожного покрытия. От статического катка, вибрационный каток отличается тем, что воздействие на уплотняемую поверхность осуществляется не только за счет веса машины, но и с помощью вибрации. Вибрация является результатом механических колебаний, источником которых является непосредственно механизм катка.

Классификация дорожных катков

Самоходные дорожные катки классифицируют по виду рабочего органа, принципу действия, способу передвижения, числу осей и количеству вальцов.

По виду рабочего органа различают катки с гладкими вальцами (а-г), кулачковые, решетчатые, пневмоколесные и комбинированные (д-з).

Катки с гладкими вальцами

Первый вид катка характеризуется тем, что обечайки вальцов имеют гладкую рабочую поверхность.

Катки кулачковые

У второго вида катков на обечайках вальцов жестко закреплены ряды кулачков. Напряжение на поверхности контакта кулачков с грунтом в несколько раз больше, чем напряжение под катком с гладкими вальцами. Поэтому при первом проходе, когда грунт еще рыхлый, кулачки полностью погружаются в него и в результате в контакте грунтом входит также валец катка. При последующих проходах катка погружение кулачков в грунт уменьшается за счет его уплотнения. Кулачковые катки эффективны только при уплотнении рыхлых связных грунтов. Толщина уплотняемого слоя не превышает 22-30 см.

Катки решетчатые

У решетчатого дорожного катка обечайка вальца выполнена в виде решетки, набранной из литых металлических элементов. Такие катки применяют для уплотнения, как связных, так и несвязных комковатых грунтов, которые содержат твердые включения. Последние дробятся решеткой катка, что значительно повышает качество уплотнения.

Катки пневмоколесные

Пневмоколесные катки, в отличие от катков с гладкими вальцами, позволяют длительное время прилагать нагрузку к уплотняемому материалу.

Катки комбинированные

Комбинированный каток оборудован рабочими органами, характерными для дорожных катков различного вида.

Наиболее распространены катки с пневмоколесами и вибрационным вальцом, которые обеспечивают наибольшую универсальность машины с точки зрения уплотнения различных материалов - от суглинка и асфальтобетонной смеси до крупнообломочных материалов и песков.

Так же как пневмоколесные катки, комбинированные имеют специальные шины высокого давления.

Шины обеспечивают уплотнение материала у поверхности, а вибровалец - на глубине, превышающей зону действия шин.

Валец с гладкой поверхностью создает ровную поверхность уплотняемого материала, что требуется при строительстве покрытий.

Рабочие органы катков разделяют на ведущие и ведомые.

К ведущим рабочим органам передается крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания.

Ведомые рабочие органы самоходных дорожных катков являются направляющими и, как правило, служат для поворота машины.

По принципу действия дорожные катки делятся на статические и вибрационные.

Статический дорожный каток уплотняет под действием силы тяжести при перекатывании рабочего органа по материалу, а вибрационный - за счет силы тяжести и периодических колебаний одного или нескольких рабочих органов.

По силе воздействия каток дорожный может быть легким, средним и тяжелым. Легкие (весом до 5 т) применяют для предварительного уплотнения, средние (5-9 т) для основной укатки и тяжелые (свыше 9 т) - для окончательной.

Каток вибрационный самоходный - классический вариант дорожного катка. Эффективность его работы зависит от величины уплотняющего усилия. В свою очередь эта характеристика зависит от множества факторов, основные из которых - это статическая нагрузка, амплитуда колебаний, частота, диаметр укладывающего вальца, их количество и скорость.

Статическая нагрузка - это отношение веса катка к площади его воздействия на полотно, выражается в кг/см или кН/м2. В зависимости от значения этой величины различают легкие, средние и тяжелые модели. Чем большая статическая нагрузка катка, тем больше уплотняющее усилие, и тем меньшее количество проходов потребуется для получения результата.

Частота вибрации - это количество колебаний в минуту. Исследования показали, что независимо от прочих характеристик частота 25-50Гц (1500-3000 колебаний в минуту) является наиболее эффективной.

Амплитуда колебаний - отклонение вальца от нормального положения оси, измеряется в миллиметрах. Изменение амплитуды позволяет существенно влиять на значение уплотняющего усилия: чем больше амплитуда колебаний, тем быстрее и глубже происходит уплотнение грунта. Существуют виды материалов, для уплотнения которых использование вибрации с повышенной амплитудой - единственный способ добиться качественного результата. Такими материалами являются глина, крупный щебень и пр. Очень важной функцией виброкатка является автоматическая регуляция уровня вибрации. При снижении скорости до минимального допустимого значения вибрация отключается - это позволяет избежать случайного повреждения готового покрытия при остановке или развороте катка.

Скорость укладки обратно пропорциональна качеству: чем быстрее утрамбовывается покрытие, тем хуже оно уплотнено. Компенсировать высокую скорость можно большим количеством проходов катка.



1. Общий обзор существующих отечественных и зарубежных машин


1.1Средний каток BW 135/138 AD


Табл. 1.1. Технические характеристики катка AV 40-2

Рабочий весСтатическая линейная нагрузкаМаксимальная ширина уплотненияЦентробежная силаДвигатель4200 кг15,0 кг/см1380 мм34.5/46.2 кНDEUTZ

1.2Средний каток VM 46D/PD


Табл. 1.2 Технические характеристики катка VM 46D/PD

Рабочий весСтатическая линейная нагрузкаМаксимальная ширина уплотненияДвигатель4600 кг19,9 кг/см1400 ммYanmar 3TVN76

1.3 Средний каток ДУ-96


Табл. 1.3. Технические характеристики катка ДУ-96

Рабочий весСтатическая линейная нагрузкаМаксимальная ширина уплотненияЦентробежная силаДвигатель6500 кг24 кг/см1500 мм38/46 кНММЗ Д-243-91

1.4Средний каток BW 138 AС


Табл. 1.5. Технические характеристики катка BW 138 AС

Рабочий весСтатическая линейная нагрузкаМаксимальная ширина уплотненияЦентробежная силаДвигатель4400 кг18,5 кг/см1380 мм32 кН34.0 Deutz

1.5 Выбор прототипа


Табл. 1.5. Сравнительные характеристики

Масса, кг6000ПриводГидростатический на оба вальцаТип двигателяF 4L2011 фирмы «DEUTZ»УправлениеГидроусилительМинимальный радиус поворота по наружному / внутреннему следу, м5,8/ н.д.Привод вибратораГидравлическийДиаметр вальца, мм1070Ширина вальца, мм1500Допустимый уклон поверхности, град15Диапазон скоростей, км/ч0-10,5Габаритные размеры Д х Шх В, мм4100х1850х3050Вынуждающая сила, кН57Амплитуда, мм0,54Ориентировочная стоимость катка, тыс. руб.2000

.6 Выбор прототипа


В качестве прототипа выбираем каток вибрационный самоходный среднего типа ДУ-96. Характеристики катка:


Таблица 1.8. Основные характеристики ДУ-96

Наименование показателейЗначениеТип катка Масса катка, т эксплуатационная конструктивная Мощность двигателя (эксплуатационная), кВт Марка двигателя Удельный расход топлива (при эксплуатационной мощности), г (кВт·ч) Диаметр вальцов, мм Ширина уплотняемой полосы, мм Рабочая скорость, км/ч Линейное давление вальца, Н/м (кгс/см) Частота вращения вала вибровозбудителя, об/мин (Гц) Вынуждающая сила, кН Тип трансмиссии Максимальный преодолеваемый подъем на уплотненном покрытии, град Угол поперечной устойчивости, град Минимальный радиус поворота катка, м Габаритные размеры, мм длина ширина высота с тентом высота без тента Запас топлива, ч База катка, ммВибрационный двухосный двухвальцовый 6,5 6,0 47,8 «DEUTZ» F 4L2011 не более 255 1070 1500 0…10,5 24000 (24) 3000 (50) 57 Гидрообъемная не менее 17 не менее 15 5,8 4100 1850 3050 2150 не менее 10 3000

2.Расчет основных параметров


2.1 Выбор основных параметров катка


Выбор геометрических параметров

Основными параметрами катка являются: G-вес катка, q - линейное давление, Д-диаметр вальца, В-ширина вальца.

Для двухвальцовых катков в связи с поворотами ширина вальцов не может быть выбрана излишне большой, так как в противном случае на поверхности появляются дефекты, обычно ширина вальца не более 1500 мм.

Для расчетов принимаем ширину вальца - В=1500 мм.

Исходя из соображений устойчивости принимаем

Диаметр вальца -

Определяем силу тяжести, приходящуюся на один валец:


;


G1 = 0,4·6500?9,8 = 25480 Н;

Выбор основных параметров вибратора

Линейное давление выбираем исходя из вида уплотняемого грунта; принимаем линейное давление для уплотнения асфальтобетона равным .

Относительную величину возмущающей силы назначаем с учетом неравенства


,


где - вес колеблющихся частей катка, Н.

Принимаем массу колеблющихся частей ,

тогда

.

При таком соотношении между Р и Q амплитуда колебаний вальца самоходного катка находится в пределах а = 0,3 - 0,7 мм. Следует заметить, что при а = 0,3-0,7 мм вибровалец работает практически без отрыва от уплотняемой среды, а при большей амплитуде наблюдается отрыв катка и переход в режим вибротрамбования. При излишне больших амплитудах колебаний наблюдается потеря тяговой способности и боковой устойчивости.

Принимаем амплитуду колебаний а = 0,7 мм

Для самоходных виброкатков рекомендуется частота 50-70 Гц. Дальнейшее увеличение частоты ограничивается техническими возможностями создания надежной и долговечной конструкции вибратора катка.

Для проектируемого катка выберем частоту колебаний: ?=50 Гц.

С другой стороны возбуждающая сила виброэлемента в каждый момент времени равна проекции на вертикальную ось центробежной силы, которая развивается при вращении дебаланса, а амплитудное значение возбуждающей силы Р равно центробежной силе, т.е.



где - масса дебаланса, кг; - угловая скорость вращения; r=0.06 м - эксцентриситет, т.е. радиус вращения центра тяжести массы дебаланса (исходя из конструкции вибровальца).



Отсюда найдем массу дебаланса:


Статический момент дебаланса:



Для дебаланса выбираем Сталь 3.

Технические характеристики Стали 3:

Плотность стали - (7,7-7,9);

Предел прочности стали при растяжении - 38-42 кг/мм2

Зная плотность и массу, можем найти объем дебаланса.



Ширину дебаланса b также берем конструктивно:=400 мм.

Диаметр дебаланса находим, пользуясь формулой, объема цилиндра:



Расчет виброизоляции

При расчете резиновых изоляторов определяют высоту резины, поперечные размеры и число виброизоляторов.

Высоту резинового слоя примем равной:

Для прямоугольных амортизаторов:

Тогда:

Площадь поперечного сечения амортизатора:

Суммарная площадь поперечного сечения амортизаторов



Где:- масса подрессорной части, кг

Количество амортизаторов:



2.2 Тяговый расчет


Определяем общее сопротивление передвижению катка:


;

где W1 - сопротивление передвижению катка как тележки, с учетом преодоления уклонов;2 - сопротивление от преодоления сил инерции при трогании катка с места;3 - сопротивление движению катка на поворотах, возникающее вследствие затрудненности вращению вальцов катка при их повороте.

W4 - сопротивление от трения в подшипниках

Определяем сопротивление передвижению катка как тележки:



где f = 0,05 коэффициент сопротивления перемещению катка;

i = 0,08 - уклон;

кб = 1,1 коэффициент учитывающий увеличение коэффициента сопротивления качению при работе с вибратором

W1=63700Ч(0.05+0.08)Ч1.1=9109,1 Н

Определяем сопротивление от преодоления сил инерции при трогании катка с места:



где V = 2,2 км/ч = 0,61 м/c - рабочая скорость движения катка;

t = 2 c-время разгона;

Определяем сопротивление движению катка на криволинейных участках:


к1·G1;

где к1 = 0,2 - коэффициент сопротивления для плотной поверхности;

4 - сопротивление от трения в подшипниках


W4=k*G


Таким образом, общее сопротивление передвижению катка будет:

Определим силу тяги катка по сцеплению:



где ?сц =0,5 - коэффициент сцепления;

Для нормальной работы катка необходимо, чтобы выполнялось условие:



Проверяем выполнение условия для нормальной работы катка:

31850?17659.85

Таким образом, силы тяги хватает для нормальной работы катка.


2.3 Баланс мощности


Мощность необходимая для работы катка определяется по формуле:


где N1 - мощность необходимая на привод хода;

N2 - мощность необходимая для привода вибратора;

Мощность необходимая на привод хода определяется по формуле:



где ?общ - общий КПД привода;

Общий КПД привода определяется по формуле:


?общ = ?ред· ?ром· ?г.пр;


где ?ред = 0,9 - КПД редуктора привода хода;

?ром = 0,95 - КПД редуктора отбора мощности;

?г.пр = 0,8 - КПД гидропривода;

?общ = 0,9 · 0,95·0,8 = 0,68;

Таким образом, мощность на привод хода будет:

Мощность, необходимая для привода вибратора:



где: Nпк - мощность необходимая для сообщения уплотняемому материалу колебаний;

Nпт - мощность необходимая на преодоление сил трения в опорах;

Nр - мощность необходимая для разгона дебалансов;

Мощность на поддержание колебаний определяется по формуле:


где a = 0,7 мм - амплитуда колебаний;

? - угловая скорость вращения;

? = 120 - коэффициент вязкости уплотняемого материала;

Угловую скорость определяем по формуле:



где n = 3300 об\мин - частота вращения вала вибровозбудителя;

с-1;

Таким образом мощность на поддержание колебаний будет:

кВт;

Определяем мощность, необходимую на преодоление трения в цапфах:



где f = 0,06 - коэффициент трения качения подшипников;= 58,310 кН - вынуждающая сила;

r = 60 мм радиус вала;

Определяем мощность, необходимую для разгона дебалансов:



где I - момент инерции;= 2с - время разгона дебалансов;

Таким образом:

Двигатель, установленный на прототипе, не обеспечивает необходимую мощность. Для проектируемого катка выбираем:F4L913 56 2350

Количество цилиндров двигателя: 4, шт.;

Эксплуатационная мощность: 64, кВт; Частота оборотов двигателя: 2350, об/мин; Крутящий момент / обороты: 264/1450, Нм (об/мин).


2.4 Расчет производительности катка


В=1500 мм - ширина укатываемой полосы

а=200 мм - величина перекрытий следа предыдущего прохода

vср=2 км/ч - средняя скорость движения

n=8 - Число проходов катка по одному месту n=8

Тогда:

Тогда: .



3. Прочностные расчеты


.1 Расчет на прочность деталей подвески направляющего вальца


Производится по наибольшим усилиям, возникающим при наезде края направляющего вальца на препятствие. Схема сил действующим в этом случае показана на рис. 3.1. Толкающее усилие, передаваемое на направляющий валец от рамы катка, принимаем равным усилию, развиваемому двигателем катка при движении.

Тогда это усилие окажется равным (в кН)


,


где N - мощность двигателя, кВт; - скорость движения катка на первой передаче, м/с; - к. п. д. трансмиссии катка.

Реакция препятствия на направляющий валец:


,


где - коэффициент динамичности;

-радиус направляющего вальца, r1 =0,7 м;

-высота препятствия, =0,8 м.

При расчете на прочность опасными сечениями являются А-А и Б-Б (рис 3.1). В этом случае болты в рассматриваемых усилиях рассчитаем на срез.


Рис. 3.1. Наезд на непреодолимое препятствие


Рассмотрим сечение А-А.

Окружное усилие, передаваемое болтом, связанно с силой реакции препятствия R соотношением:



Напряжения среза, возникающие в продольном сечении штифта:



[]=195 МПа,

[?cp]=0,35?195=68,25 МПа

1,25МПа?68,25МПа

Рассмотрим сечение Б-Б.

Окружное усилие, передаваемое болтом, связанно с силой реакции препятствия R соотношением:



Напряжения среза, возникающие в продольном сечении штифта:



[]=195 МПа,

[?cp]=0,35?195=69 МПа, то:

5,9МПа?69МПа

Условие прочности выполняется.

каток прочность самоходный вибрационный

3.2 Расчет дебалансного вала вальца виброкатка


Риc.3.2 Приложение нагрузок на дебалансный вал

L=0,200 м

l=0,180 м

Для расчета представим вал, балкой на двух опорах с распределенной нагрузкой q, приложенной к центру.

Крутящий момент на валу:



Распределенная нагрузка на валу:

Определение опорных реакций

Сумма моментов относительно т.А



Так как вал симметричен и нагрузка распределенная приложена к центру, то:

Опасным сечением вала является сечение в т.С, где приложена возмущающая сила

Изгибающий момент в т.С:



Нормальные напряжения в т.С:


Касательные напряжения в т.С:



Эквивалентное напряжение (по третьему условию прочности):



Условие прочности:

Условие прочности выполняется.


3.3 Проверка прочности и жесткости вала при вынужденных колебаниях


Условие прочности и жесткости вала при вынужденных колебаниях:



?g, ?g - соответственно максимальное напряжение и прогиб вала при вынужденных колебаниях.

?ct, ?ct - соответственно максимальные напряжения и прогиб вала при статической нагрузке ?0.

Kg - динамический коэффициент при вынужденных колебаниях.

?0 - собственная частота колебаний вала.


Коэффициент нарастания без учета сил сопротивления:



Коэффициент динамичности:



Тогда



Условие прочности выполняется.

Определяем прогиб от динамической нагрузки:




4. Расчеты на устойчивость


4.1 Расчет продольной устойчивости катка по условию опрокидывания


При продольных уклонах движение катка может оказаться невозможным как следствие его опрокидывания, так и ввиду недостаточного сцепления ведущего вальца с поверхностью. Недостаток в сцеплении возникает ввиду перераспределения нагрузок между осями при движении на уклон.

Проверку обычно лучше всего вести путем определения максимального угла уклона ?, при котором начинается опрокидывание.

С увеличением угла уклона сцепление вальцев ухудшается, что объясняется снижением нагрузки на ведущий валец.


Рис. 4.1. Схема расчета продольной устойчивости катка


Расчет угла уклона по условию опрокидывания:


(1)


Максимальное тяговое усилие может быть найдено из условия сцепления

, где - коэффициент сцепления


После подстановки этого выражения в уравнение (1) можно получить



?сц =0,15 (для асфальтобетона), тогда

откуда ?max=530.


4.2 Расчет продольной устойчивости катка по условию обеспечения сцепления


Из уравнения моментов сил относительно точки А, расположенной на контакте вибровальца с поверхностью грунта, можно определить реакцию на ведущем вибровальце в виде:



Максимальное тяговое усилие, которое может быть реализовано при движении машины на уклон, характеризующееся тем максимальным углом при котором сцепление ведущего вальца еще не нарушается и может быть найдено как:


(1)

С другой стороны, необходимое для движения машины тяговое усилие найдется как:


(2)


где - коэффициент сопротивления движению (для асфальтобетона ).

Из уравнений (1) и (2) можно получить, что



Вибровалец ?сц =0,15 (для асфальтобетона)

откуда

При больших углах движение самоходной машины из-за недостатка ее сцепления станет невозможным.


4.3 Расчет поперечной устойчивости катка


Поперечную устойчивость машины при движении по косогору следует проверять предполагая одновременный ее поворот. Развивающаяся при повороте инерционная сила также способствует ее опрокидыванию.


Рис. 4.2. Схема расчета поперечной устойчивости катка


Эта сила может быть определена как:



Уравнение равновесия относительно точки А будет иметь вид:



или



Из этого уравнения и может быть определено максимально допустимое значение угла косогора . Шарнирно-сочлененные машины, а также машины, устроенные на базе одноосных тягачей, могут опрокидываться во время их поворота и на горизонтальной поверхности в связи с работой на больших скоростях, но катки двигаются с гораздо меньшими скоростями, поэтому проверка на устойчивость для этого случая не обязательна.



Список литературы


1. Дорожные машины. (Н.Я. Хархута, М.И. Капустин, В.П. Семенов, И.М. Эвентов 1976 г.)

. Машины для уплотнения грунтов. (Н.Я. Хархута 1973 г.)

. Строительные и дорожные машины. Машины для уплотнения грунтов и асфальтобетонных смесей. (В.П. Ложечко, А.А. Шестопалов 2006 г.)

. Вибрационные машины. (М.П. Зубанов 1964 г.)



Похожие работы

Воздействие производственной вибрации и шума на организм рабочих
...видов поверхностной чувствительности ( вибрационной , температурной, болевой, меньше тактильной) по дистальному полиневритическому типу .
...только большегрузные, строительно-дорожные машины, катки , грейдера, самоходный шахтный рельсовый транспорт)
Проект участка диагностики и технологического обслуживания гидроприводов машин
Выполнение указанных мероприятий возможно при наличии высококвалифицированных рабочих и руководителей среднего и высшего звена.
190. 40. 8 Каток самоходный вибрац. ДУ-94. - 670. 170. 20. 9 Каток самох. на пневмошинах. ДУ-101.
Разработка технической карты на строительство дорожной одежды
...прицепными вибрационными катками массой не менее 6 т, решетчатыми массой не менее 15 т, самоходными гладковальцовыми массой не менее 10 т и комбинированными массой более 16 т. Общее число проходов катков статического типа должно быть не менее.
Технологические решения по устройству котлована
Для уплотнения несвязного грунта (песок) используем вибрационный самоходный каток марки ДУ-25. Таблица 6. Технические характеристики вибрационного катка ДУ - 25. Тип каткаСамох.Толщина уплотняемого слоя, см30Ширина уплотняемой полосы...
Благотворительность

Загружая свои работы, Вы помогаете не только студентам, но и людям, которым Ваша помощь действительно нужна. Чем именно это помогает? Читать дальше…..