Организационно-технический раздел

Организационно-технический раздел

 

Назначение, область применения

 

Вибрационные катки, как и статические, применяют при производстве ремонтных и строительных дорожных работ. Основным отличием вибрационных катков является наличие встроенного вибратора в одном из вальцов (ведущем или ведомым), чем достигается значительное повышение эффективности и качества уплотнения покрытий. При выключенном вибраторе такие катки могут работать, как обычные статические.

Вибрационные катки с гладкими вальцами в последние годы находят все более широкое применение при уплотнении гравийных, щебеночных и асфальтобетонных смесей. Вибрационные самоходные катки по сравнению со статическими имеют меньшую металлоемкость, более маневренны и транспортабельны, при правильной организации работ обеспечивают требуемую плотность и ровность поверхности уплотняемых материалов. Самоходные вибрационные катки для уплотнения дорожных покрытий изготавливают преимущественно двухвальцовыми двухосными. В вибрационных двухвальцовых катках вибрационным может быть любой из вальцов или даже оба вальца.

При ведущем вибрационном вальце резко снижаются условные коэффициенты трения и сцепления его с поверхностью движения, что снижает силу тяги по сцеплению и затрудняет передвижение на уклонах.

Если вибровальцом является ведомый валец катка, то затрудняется управляемость катком. Другим существенным недостатком вибрационных катков является трудность создания надежной и долговечной защиты оператора от вредного воздействия вибрации. В значительной мере указанные недостатки устранены в вибрационных катках с двумя вибровальцами, которые работают в противоположных фазах и являются и ведущими и управляемыми. При проектировании виброкатков желательно обеспечивать изменение возмущающей силы для использования их в наиболее выгодных режимах работы при уплотнения различных материалов.

 

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

 

Расчет дисбалансов

Значение вынуждающей силы центробежного вибратора определяют по формуле (2.30):

 

, (2.30)

 

где z - число дисбалансов;- эксцентриситет, то есть расстояние от оси вращения до центра тяжести дисбаланса, м;

 

,

- больший радиус дисбаланса;- меньший радиус дисбаланса;

- масса неуравновешенных грузов (дисбалансов), кг;

ω - угловая скорость вращения дисбалансов, сˉ¹;

 минˉ¹;

ω=12560/60=209,3 cˉ¹.

где n - частота вращения дисбалансов вибратора, минˉ¹.

,

где F - полезная площадь торца дисбаланса, м²;

l - толщина дисбаланса, м;

γ - плотность материала, из которого сделан дисбаланс.

 

,

 

Эксцентриситет дисбалансов r=6,5 см;

 

Расчет тормозов катка

При расчете тормозов катков необходимо, чтобы значение тормозного усилия, которое может быть реализовано, ограничивалось усилием отсутствием буксования вальцов с покрытием.

Это возможно при условии (2.39):

 

, (2.39)

 

где φ - коэффициент сцепления вальцов с покрытием, равный 0,5…0,6;- расстояние от оси направляющего вальца до центра тяжести катка, м;- база катка, м;- сила тяжести катка, Н;

α - угол подъема.

Тормозное усилие (2.40):

 

, (2.40)

 

Предельное значение тормозного усилия:

или

,

 

откуда

 

.

 

 - это предельный угол подъема, на который может взобраться каток при отсутствии буксования вальцов с покрытием.

 

Расчеты на прочность

 

Расчет дебалансного вала

Вал имеет четыре дебаланса и две подшипниковые опоры. Таким образом балка статически определима.

Исходные данные:

масса вала mв=350 кг;

масса дебаланса m=15,9 кг;

число дебалансов z=4;

эксцентриситет дебалансов r=6,5 см;

частота вращения дебалансного вала n=2000 минˉ¹;

необходимая для привода мощность N=10 кВт;

материал вала - сталь 40Х.

Предварительно определяем следующие параметры:

крутящий момент на валу (2.41):

 

. (2.41)

- создаваемая одним дебалансом максимальная возмущающая сила (2.42):

 

, (2.42)

 

где ω - угловая скорость вращения вала, сˉ¹

Создаваемая z дебалансов суммарная возмущающая сила (2.43):сум=zP=4∙45000=180,0 кН; (2.44)

Усилие натяжения ремней привода дебалансного вала (2.45):

 

; (2.45)

 

где Д - диаметр приводного шкива, см.

Ввиду малости массы вала по сравнению с действующими нагрузками ее значение в расчете не учитываются.

Рассматриваемый вал - многоступенчатый. Для упрощения расчетов и без ущерба для полученных результатов реальный вал был заменен расчетной схемой.

Для выполнения расчетов абстрагируемся от конкретных размеров вала, и реальный вал заменяем балкой на двух опорах. Для расчета используем следующие методы:

расчет на динамические нагрузки при помощи введении в расчетные формулы коэффициента динамичности.

Составим схему нагружения вала, покажем на ней действующие силы, предположительное направление опорных реакций.

Найдем опорные реакции:

 

 

Построим эпюру изгибающих моментов:= - P1·0,073=-45·0,073=-3,3 кН·м

M2= - P1·(0,073+0,1335)+R1·0,1335=-45·(0,073+0,1335)+ +82,33·0,1335=1,7 кН·м= - P1·(0,073+0,1335+0,133)+R1·(0,1335+0,133) - P1·0,133=

= -45·(0,073+0,1335+0,133)+82,33·(0,1335+0,133) - 45·0,133=0,684,4 кН·м= - P4·0,370+P·0,2875=-45·0,270+31,81·0,2875=6,36 кН·м= - P4·0,0825=-45·0,0825=-3,7125 кН·м

Определяем значения поперечных сил в характерных сечениях:=-R1=-45 кН=-R1+P1=-45+82,33=37,33 кН=-R1+P1-R2-R3=-45+82,33-45-45=-52,67 кН=R4 - P2=45-35,81=-16,86 кН=R4=45 кН

 

Заключение

 

В результате выполненной курсовой работе был спроектирован механизм изменения возмущающей силы вибрационного катка, а также выполнен расчет катка. Большой вклад в проделанную работу был сделан с помощью патентного поиска, благодаря которому я смог выбрать наиболее подходящее техническое решение.

Выполняя эту работу, я стал по другому смотреть на определенные вещи и очень рад этому, так как это пригодится в будущем.

 

Список литературы

 

1. Вибрационные машины в строительстве и производстве строительных материалов: cправочник / Под ред. В.А. Баумана. - М.: Машиностроение, 1970. - 548 с.

. Вибрационные машины для уплотнения бетонных смесей: справочник / Ю.Ф. Чубук, И.И. Назаренко, В.Н. Гарнец. - К.: Вища шк., 1985. - 168 с.

. Справочник конструктора дорожных машин / Под ред. Бородачева. - М.: Машиностроение, 1973. - 50 с.

. Дырда В.И. Резиновые элементы вибрационных машин. Конструкции. Прикладные методы расчета / В. И Дырда. - Киев: Навукова думка, 1990. - 100 с.

Организационно-технический раздел