Патентный анализ существующих конструкций

Проведя патентный анализ существующих конструкций вибрационных катков, я сделал вывод, что на катках применяются вибровозвудители с постоянным или с изменяемым статическим моментом дебалансов. Вибровозбудители с постоянным статическим моментом просты по конструкции и имеют наибольшее распространение.

Вибровозбудитель располагается внутри вальца и представляет собой вал, на котором установлены дебалансы.

Наиболее распространяемой конструкцией вибровозбудителя с переменным статическим моментом является вибровозбудитель с двумя значениями статического момента. У такого вибровозбудителя одна пара дебалансов закреплена на валу неподвижно, а вторая может поворачиваться на определенный угол, ограниченный специальными упорами. При вращении вала в одну сторону поворотные дебалансы поворачиваются на 180˚ относительно неподвижных, и статический момент становится равным разности моментов подвижных и неподвижных дебалансов.

Встречаются катки, у которых возбудителями колебаний являются металлические шары, обегающие внутреннюю поверхность вальца. Перемещение каждого шара производится водилом, укрепленным на оси вальца. Такая конструкция позволяет разгрузить подшипники вибровозбудителя.

Также для изменения возмущающей силы можно применять регулируемый гидромотор, так как частота вращения вала, на котором закреплены дебалансы влияет на значение возмущающей силы в квадрате и данный способ позволяет нам регулировать значение возмущающей силы бесступенчато.

Гидравлическая система изменения статического момента вибровозбудителя основана на заполнении жидкостью резервуаров, расположенных на валу играющих роль дебалансов. Резервуары - дебалансы могут заполняться и опорожняться в процессе работы вибровозбудителя, создавая переменный статический момент.

В данной курсовой работе была поставлена задача создания механизма изменения возмущающей силы вибрационного катка. Это изменение необходимо при переходе на уплотнение другого грунта, то есть изменять статический момент можно при остановке катка.

Возмущающая сила определяется по формуле (1.1):

 

, (1.1)

 

где ω - угловая частота вращения дебалансного вала;

r - эксцентриситет;

m - масса дебалансов.

Так как возмущающая сила зависит от массы дебалансов m, угловой частоты вращения дебалансного вала ω и эксцентриситета r, то для решения поставленной задачи необходимо изменять один и этих параметров.

Изменять массу дебалансов m можно с помощью гидравлического наполнения и опорожнения резервуаров - дебалансов. Этот способ является сложным, тат как очень тяжело подводить гидравлическую жидкость к дебалансам, вращающимся с частотой 2000 минˉ¹.

Менять частоту вращения вала тоже можно с помощью регулируемого гидромотора, однако применение его может быть неоправданно, если возмущающую силу не понадобиться часто менять.

В проектируемой конструкции возмущающая сила регулируется с помощью изменения угла поворота между дебалансами.

Дебалансный вал имеет четыре дебаланса: два подвижных 1,4 и два неподвижных 2,3. Подвижные дебалансы приварены к втулкам 8 и 11 соответственно, которые можно поворачивать на определенный угол относительно неподвижных дебалансов. Одновременный поворот обоих регулировочных дебалансов осуществляется с помощью центральной оси 5, пропущенной через центральное сверление вала 6. С одной стороны ось 5 приварена к крышке 7, которая в свою очередь приварена к втулке 8 дебаланса 1, а с другой стороны на шпонке 9 крепиться к крышке 10, которая приварена ко втулке 11. Крышка 10 фиксируется болтами. При необходимости изменения возмущающей силы болты отворачиваются, крышка 10 поворачивается, вместе с ней поворачивается регулировочный дебаланс 4, через шпонку 9 - ось 5, крышка 7 и вместе с ней и второй регулировочный дебаланс 1 на такой же угол как и первый.

Нужно отметить присутствие в конструкции подпружиненных стопоров 12, отжав которые с помощью стержней на рычаге, можно осуществить поворот крышки. При совпадении со следующими отверстиями стопоры входят в них, осуществляя, таким образом, центровку отверстий под болты.

Таким образом, изменение возмущающей силы происходит ступенчато при повороте регулировочных дебалансов относительно неподвижных.

В данной конструкции возможны установки взаимных положения дебалансов: когда между парами дебалансов 0°, 60°, 120°, 180°.

Первому случаю соответствует максимальное значение возмущающей силы. В этом случае статические моменты всех дебалансов складываются.

Четвертому случаю соответствует случай, когда возмущающая сила равна нулю. В этом случае статические моменты неподвижных и подвижных дебалансов уравновешивают друг друга.

В остальных случаях возмущающая сила занимает промежуточное значение между максимальным значением и нулевым.

 

Значит, если возмущающая сила одного дебаланса равна 45 кН, то мы может создать возмущающую силу в 45 кН, 90 кН, 135 кН, 180 кН или вообще ее не создавать.

 

Конструкторский раздел

 

Расчет основных параметров

 

Диаметр катка определяется типом и конструкцией катка и может быть определена по формуле (2.1):

 

 (2.1)

 

где q - линейное давление.

Линейное давление (2.2):

 

, (2.2)

 

где G - вес катка, G=6 кН;

B - ширина вальца.

Выбираем диаметр вальца равный 850 мм.

При выборе диаметра вальца следует учитывать, что чрезмерное увеличение диаметра вальца нецелесообразно, так как оно ведет к увеличению металлоемкости и повышению его центра тяжести, а, следовательно, к ухудшению устойчивости. С другой стороны, увеличение диаметра вальца ведет к уменьшению контактных напряжений.

Максимальное контактное давление с точностью до 7…10% может быть определено по формуле (2.3):

 

, (2.3)

где qв - линейное давление, которое должно быть определено с учетом возмущающей силы, Мпа- модуль деформации грунтов;- радиус вальца катка, м

Максимальное контактное напряжение не должно превышать пределов прочности, поэтому должно соблюдаться неравенство (2.4):

 

, (2.4)

 

где σр - предел прочности грунта. Принимаем σР=2,4 мПа.

Лучший эффект достигается из выражения (2.5):

 

 (2.5)

 

При расчетах можно принимать, что в конце уплотнения асфальтобетон имеет модуль Eo=18,0…25,0 Мпа.

Линейное давление может быть определено по формуле (2.6):

 

 (2.6)

 

где P - амплитудное значение возмущающей силы;- приходящаяся на валец сила тяжести катка;- ширина вальца;пр - коэффициент превышения, определяется в зависимости от P/Q.

Ширина вальца и его диаметр связаны зависимостью:

.

 

Тяговый расчет

Тяговый расчет производится следующим образом. Сила тяги катка должна быть равна или больше суммы всех сопротивлений, возникающих при работе катка (2.7):

 

, (2.7)

 

При расчете рассматриваются наиболее тяжелые условия работы катка при трогании с места на предельном подъеме (2.8):

 

,

 

где W1 - сила сопротивления качению катка;- сила сопротивления движения катка на подъеме;- сила сопротивления от преодоления сил инерции при трогании катка с места качению катка;- сопротивление от трения в подшипниках;- сопротивление движению катка на поворотах, возникающее вследствие затрудненности вращению вальцов катка при их повороте.

Сила W1 - наибольшая при первом проходе, когда каток движется по рыхлому материалу (2.9):

 

, (2.9)

 

где kв=(1,2…1,25) коэффициент, учитывающий увеличение коэффициента сопротивления качению при работе катка с включенным вибратором.1 - коэффициент сопротивлению катка качению при первом проходе, зависящий от рода уплотняемого материала, его состоянии и других факторов;- сила тяжести катка, Н.

Сопротивления движения катка на подъем (2.10):

 

, (2.10)

 

где i - подъем (iмах=0,1), долей единицы.

Сопротивление от преодоления сил инерции при трогании катка с места (2.11):

 

, (2.11)

 

где W’3 - сила от преодоления сил инерции поступательно движущихся масс катка;’’3 - сила от преодолении сил инерции вращающихся масс катка (2.12):

 

, (2.12)

 

где g - ускорение свободного падения, м/c²;

V - рабочая скорость катка, 0,56 м/c;р - время разгона 3,0 с.

Ввиду небольшой скорости движения катков считают, что сопротивление от преодоления сил инерции вращающихся масс катка невелико, им можно пренебречь, поэтому:

Сопротивление от трения в подшипниках (2.13):

 

, (2.13)

 

где k - коэффициент трения, обычно равный 0,02.

 

,

 

где k1 - опытный коэффициент: при движении по рыхлому материалу k1=0,3.

Найденное значение T необходимо проверить по условию сцепления ведущих вальцов с поверхностью укатываемого покрытия (2.14):

 

, (2.14)

 

где Gсц - сцепная масса катка;

φсц - максимальный коэффициент сцепления, который можно принять.

 

,

 

,

,

.

 

Расчет мощности катка

Необходимая для передвижения катка мощность определяется по формуле (2.16):

 (2.16)

 

где T - сила сопротивления движения определяемая тяговым расчетом, кН- рабочая скорость движения 2, км/час (0,56 м/c);

η - общий КПД передач от двигателя к ведущим вальцам.

Выбираем двигатель Д-21А, имеющий мощность 25 кВт.

Мощность, необходимая для поддержания колебаний вибровальца (2.17):

 

, (2.17)

 

где a - амплитуда колебаний;

ω - частота вращения вибратора;

c - коэффициент вязкости, то есть коэффициент, зависящий от уплотняемого материала c=80…140

Мощность, необходимая для преодоления трения в опорах вибровозбудителя (2.18):

 

 (2.18)

 

где f - коэффициент трения качения подшипников;- возмущающая сила всех дебалансов, кН;

d - диаметр вала, м;

n - частота вращения вала, об/мин.

Мощность, необходимая для разгона дебалансов (2.19):

 (2.19)

 

где I - момент инерции, см³;- время разгона дебалансов, c;

 

 

Выбираем мощность на привод вибратора