Самоходный двухвальцовый каток

Самоходный двухвальцовый каток

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Воронежский государственный архитектурно-строительный

университет филиал в г. Борисоглебске

Кафедра строительной техники

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

Дорожные машины

Тема: «Самоходный двухвальцовый каток»

Выполнил: студент гр. СДМ 541

Караваев А.А

Принял: профессор д. т. н.:

Жулай А.В

Борисоглебск

г.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕIШЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» филиал в г. Борисоглебске

КАФЕДРА СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

ЗАДАНИЕ №

на курсовой проект по дисциплине

«ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ»

Графическая часть

Лист 1. Общий вид машины

Лист 2. Модернизированная сборочная единица

Лист 3. Схема выполнения работ

Расчетная часть

Введение

1. Назначение и технология производства работ

. Обоснование проекта на основе информационно-патентного поиска

. Общие расчеты (расчет технологических сопротивлений и нагрузок на рабочих органах, баланс сил, баланс мощностей, определение передаточных чисел трансмиссии и др.)

. Расчеты на прочность узлов и деталей

. Определение производительности машины

б. Защита окружающей среды и техника безопасности при эксплуатации машины.

Задание выдано Студент Руководитель проекта

2014г.

Содержание

Введение

1. Анализ конструкций и патентные исследования

2. Определение основных параметров

3. Общий расчет

3.1 Расчет сопротивлений движению

3.2 Определение мощности двигателя

3.3 Определение передаточных чисел трансмиссии

4. Расчет на прочность деталей

5. Технология проведения работ

6. Заключение

Список использованной литературы

Введение

Для строительства дорог и покрытий аэродромов применяют главным образом свежеприготовленные бетонные смеси, грунтовые цемента- и битуминозные смеси и другие материалы. Для получения наиболее плотной упаковки частиц материала и увеличения сцепления между ними дорожно-строительные материалы уплотняют. Процесс уплотнения, выполняемого путем статического и динамического воздействий, существенно влияет на эксплуатационную прочность отдельных строительных элементов и сооружения в целом. При уплотнении сокращаются воздушные включения в свежеприготовленных бетонных смесях; из цементобетонных смесей удаляется избыточная вода, которую добавляют для приготовления бетонной смеси и хорошей ее обрабатываемости, но которая не используется для схватывания цемента. При уплотнении насыпных материалов и грунтов естественного залегания, а также щебня уменьшаются поры, а при уплотнении влажного материала также сокращается содержание воды. Уплотнение битуминозных смесей ведет к уменьшению воздушных включений, а также к увеличению сцепления между частицами, составляющими смесь.

По принципу действия рабочих органов уплотняющих машин различают следующие основные методы уплотнения (рис. 1):

• укатка (рабочий орган - уплотняющий каток - перемещается по уплотняемому материалу) (рис. 2, а);

• трамбование - ударное воздействие, уплотнение достигается периодическими ударами уплотняющего элемента по уплотняемому материалу (рис. 2, в);

• вибрационные воздействия (материалу сообщают кратковременные, следующие один за другим импульсы) (рис. 2, б).

Существуют также машины, основанные на комбинировании указанных принципов действия: вибрационные катки, виброударное оборудование, вибрационное трамбование и др.

Статическим воздействием является укатка. К динамическим воздействиям относятся все остальные методы. Процесс уплотнения строительных материалов является важной технологической операцией строительства автомобильных дорог и взлетно-посадочных полос аэродромов. Высокая плотность материала достигается правильным выбором методов уплотнения, параметров применяемых машин и режимов уплотнения.

Давления на поверхности контакта рабочих органов машин с уплотняемой средой не должны быть выше пределов прочности среды. Они должны посотенно повышаться от прохода к проходу, от удара к удару. При высоких давлениях на поверхности контакта рабочих органов с материалом возникает пластическое течение (выдавливание) материала из-под рабочих органов. При укатке это влечет за собой волнообразование.

Качество уплотнения оценивается коэффициентом уплотнения

k_y=p_п/p_сm,

двухвальцовый каток двигатель трансмиссия

где p_п, p_сm - плотность смеси после прохода катка и при уплотнении стандартным способом.

Кроме критерия k_y для оценки физико-механических свойств асфальтобетона в покрытии используют показатель водонасыщения, условную пластичность и др.

Катки являются наиболее распространенными и простыми машинами для уплотнения дорожно-строительных материалов. Катки классифицируют по давлению, способу перемещения, числу расположения и конструкции вальцов.

1.      
Анализ конструкций и патентные исследования

Катки статического действия имеют один или чаще несколько уплотняющих вальцов. В процессе прокатывания вальцов по поверхности обрабатываемого материала, нанесенного слоями, происходит уплотнение под действием собственного веса катка, а при необходимости - под действием дополнительных вибраций. В зависимости от формы вальца и связанной с этим спецификой воздействия на уплотняемый материал катки используют для уплотнения связного и несвязнаго грунта, а также битуминозной смеси и щебня. Вальцы выполняют обычно в виде гладких цилиндрических барабанов, кулачковыми, решетчатыми с плитками по поверхности обода, в виде набора на оси колес пневматических шин, дисков и сегментов, а также компакторными и специальной формы.

• Гладкие вальцы (рис. 3, а) представляют собой барабан цилиндрической формы. Их уплотняющее воздействие обеспечивается собственным весом катка, который можно увеличить дополнительным балластом (это относится также и к другим вальцам). Катки бывают:

средними- распределенная нагрузка 40-60 кН/м, масса 6-10 и мощность двигателя 25-30 кВт;

тяжелыми - распределенная нагрузка выше 60 кН/м, масса более 10 т.

Легкие катки применяют для предварительного уплотнения оснований и покрытий. Средние катки служат для промежуточного уплотнения оснований и покрытий, а также для окончательного уплотнения покрытий облегченного типа. Тяжелые катки используют для окончательного уплотнения гравийных и щебеночных оснований и асфальтобетонных покрытий.

По числу и расположению вальцов катки могут быть:

одновальцовые с поддерживающими вальцами или колесами;

двухвальцовые с одним или двумя ведущими вальцами;

трехвальцовые двухосные;

трехвальцовые двухосные с дополнительным вальцом малого диаметра;

трехвальцовые трехосные с одним или тремя ведущими вальцами.

Катки бывают самоходными и прицепными. Для получения необходимого уплотнения материала обычно требуется несколько проходов: число их зависит от типа катка, свойства укатываемого материала и толщины слоя

• Кулачковые катки имеют кулачковые вальцы (рис. 3, б). Последние представляют собой гладкий цилиндрический барабан, на поверхности которого в несколько рядов укреплены выступы (кулачки). Напряжения на поверхности контакта кулачков с грунтом в несколько раз больше, чем напряжения на поверхности контакта с катком с гладкими вальцами.

Поэтому кулачковые катки эффективны только при уплотнении связных грунтов, преимущественно комковатых. На несвязных грунтах вследствие высоких напряжений грунт интенсивно перемещается из-под кулачков в стороны и вверх. При работе кулачки врезаются в грунт на значительную глубину. Уплотняется грунт, который расположен ниже плоскости погружения кулачков, а верхняя часть грунта при этом разрыхляется. Эта верхняя часть слоя может быть уплотнена лишь после: отсыпки поверх нее нового слоя грунта.

Ввиду интенсивного уплотнения нижней части слоя заглубление кулачков по мере увеличения числа проходов постепенно уменьшается. По давлению кулачковые катки разделяют на:

легкие (р = 0, 4-2 МПа);

средние (р = 2-4 МПа);

тяжелые (р = 4-10 МПа).

С повышением плотности увеличивается несущая способность грунта, и валец поднимается вверх. В отличие от гладких вальцов в этом случае уплотнение происходит снизу вверх. Движение кулачков сквозь верхние слои грунта оказывает дополнительное разрыхляющее действие. Это позволяет использовать кулачковые вальцы для уплотнения как слабосвязных, так и хорошо связных грунтов. Однако при этом верхний слой грунта остается неуплотненным. Его уплотняют при следующей засыпке и при окончательном уплотнении с помощью катков с гладкими вальцами или катков на пневматических шинах.

• Катки с решетчатыми вальцами (рис. 3, в) имеют опорную поверхность в виде решетки. Последняя состоит из переплетенных прутьев профильной стали или же из отдельных сегментов листовой стали. В процессе укатывания осуществляется также разминающее воздействие. Небольшая базовая поверхность решетки обеспечивает высокие контактные давления. Это вызывает размельчение верхних слоев материала. Решетка имеет квадратные отверстия со сторонами квадрата 15 или 20 см. Масса катка с балластом составляет 15-30 т. Каток может уплотнять грунт слоями толщиной до 40 см. Эти катки бывают самоходными. Решетчатые катки применяют при уплотнении разнообразных грунтов (песков, супеси, суглинков и глины), в том числе и грунтов с включениями валунов размером до 40-50 см. Широко применяют эти катки при уплотнении грунтов в зимних условиях с включениями мерзлых комьев размером до 60 см.

• Катки на пневматических шинах (рис. 3, г) оснащают пневматическими колесами с гладкой или профилированной рабочей поверхностью. Кроме статического эффекта уплотнения, являющегося результатом воздействия собственного веса катка вследствие упругой деформации пневматических шин, возникает сдвиговой эффект уплотнения, который способствует удалению жидкости и воздуха из уплотняемого материала. Для изменения контактного давления пневматических шин на уплотняемый материал в зависимости от этого материала изменяют размер контактной поверхности шины путем варьирования давления воздуха в шине. Катки на пневматических шинах эффективно уплотняют несвязные, слабосвязные, а также связные грунты с оптимальным содержанием воды. Пневмокатки с гладкой рабочей поверхностью используют для уплотнения асфальтобетонных и битуминозных смесей. Прицепные катки на пневматических шинах предназначены для уплотнения грунтов аэродромов. Их масса достигает 100, 120 т, а в отдельных случаях и 200т. Наибольшее распространение получили катки массой 20-25 и 40-50 т. Оптимальная толщина уплотняемых слоев для таких катков больше, чем при уплотнении гладкими и кулачковыми катками. Кроме того, для доведения грунтов до одной и той же плотности требуется меньшее число проходов, что повышает производительность катков.

Наибольшее распространение получили катки с независимой подвеской отдельных колес, что обеспечивает равномерное уплотнение грунта, а при неровной поверхности предохраняет шины от перегрузки. Ось каждого колеса жестко связана с балластным контейнером, передняя часть которого шарнирно подвешена к траверсе рамы машины. Каток состоит из следующих основных узлов: рамы, силовой установки, трансмиссии, ведущих управляемых мостов, рулевого управления, системы регулирования давления воздуха в шинах, тормозов, гидросистемы, смачивающего устройства, электрооборудования, а также бункера для балласта. Система регулирования давления позволяет из кабины водителя изменять давление воздуха в шинах во время работы катка. Снижение давления в шинах приводит к уменьшению давления шин на грунт и улучшает проходимость катка по рыхлому грунту.

• Катки с плитами (рис. 3, д) оборудованы вальцами, представляющими собой цилиндрический барабан небольшой ширины, на поверхности которого расположены плитки по всей его ширине. Эти вальцы через плитки оказывают статическое воздействие на материалы с усилием, направленным вертикально к поверхности укладываемого материала, горизонтальных смещений укладываемого материала не происходит. Катки с плитками, шарнирно присоединенными к ободу колеса, предназначены для уплотнения слабосвязных и сыпучих грунтов.

• Катки с дисковыми вальцами (рис. 3, е) оборудованы вальцами, состоящими из дисков различного диаметра, установленных на одной оси. К началу уплотнения валец погружается в уплотняемый материал так, что все диски находятся в контакте с материалом. С увеличением степени уплотнения валец поднимается вверх и с материалом контактируют только диски с большим диаметром. Это увеличивает контактное давление. Дисковые вальцы применяют для уплотнения несвязных и слабосвязных грунтов.

• Катки с сегментными вальцами (рис. 3, ж) оборудованы гладкими барабанами, на ободе которых имеются сегменты. Укатывающий валец погружается в грунт по обод барабана. Затем он поднимается наверх, К поверхности прилегают только плиты, и контактное давление увеличивается. Сегментные вальцы применяют для уплотнения таких же материалов, что и дисковые вальцы.

• Катки компакторного типа имеют вальцы (рис. 3, з), представляющие собой цилиндрический барабан, на поверхности которого в несколько рядов приварены кулачки симметричной формы. По сравнению с кулачковыми вальцами, на которые похожи компакторные по своей конструкции, последние имеют меньшую ширину и меньшее число рядов с кулачками. Уплотнение происходит под действием силы тяжести катка, а также в результате сминающего воздействия кулачков. Кроме того, благодаря тому, что последние врезаются в укатываемый материал с большой скоростью, возникает динамическое воздействие на материал (ударные нагрузки) . Высокие рабочие скорости компакторных катков обусловливают их применение при уплотнении больших площадей грунта, а также для уплотнения мусорных свалок.

• Катки из многоугольных дисков (рис. 3, и) набирают из элементов, расположенных на одной оси один за другим или смещенных один относительно другого~ Диски передают грунту сжимающие и сминающие усилия. Возникают дополнительные ударные нагрузки на материал, являющиеся результатом высоких рабочих скоростей (до 40 км/ч). Края многоугольных дисков быстро изнашиваются, но их легко заменять . Специальные вальцы применяют аналогично компакторным вальцам. Рассмотрим подробнее конструкцию катков статического действия с гладкими металлическими вальцами. Схемы этих катков представлены на рис. 4. Определяющими параметрами любых катков с гладкими металлическими вальцами являются его вес и удельное давление на 1 м длины образующей вальца.

Дорожные самоходные катки имеют следующие основные механизмы и приспособления:

• укатывающие вальцы;

• двигатель;

• силовую передачу, в которую входят: муфта сцепления двигателя, гидротрансформатор, коробка перемены передач, реверсивный механизм, дифференциал (для двухосных трехвальцовых катков), бортовая или конечная передача (для катков с гидростатической трансмиссией - насосы и гидромоторы);

• рулевое управление;

• тормоза;

• приспособления для очистки и смачивания поверхности вальцов катка;

• раму, которая служит для монтажа на ней всех механизмов катка.

Вальцы изготовляют цельносварными из листовой стали и литые разборной конструкции. Ведущие вальцы отличаются от ведомых наличием приводных зубчатых колес при шестеренчатой передаче и звездочек при цепной передаче.

Цельносварные вальцы изготовляют полыми для заполнения их песком или водой. Для этого в боковых стенках делают винтовые пробки для наполнения водой (и слива ее) или люки для загрузки и выгрузки песка.

У разборного вальца обод и ступица отлиты из чугуна или стали.

Поверхность всех вальцов подвергается механической обработке, что обеспечивает гладкую и ровную поверхность уплотняемого покрытия. Для получения укатываемой поверхности без следов от наружных кромок вальцов на кромках снимаются закругленные фаски на ширину 15-18 мм от края.

Передние направляющие вальцы делают составными из двух секций на одной общей оси. Такая конструкция облегчает поворот направляющего вальца, уменьшает скольжение его по укатываемой поверхности на поворотах и, следовательно, исключает смещение укатываемого материала, т. е. повышает качество укатки и снижает расход мощности на перемещение катка на поворотах.

Вилка ведомого вальца соединяется со шкворнем шарнирно при помощи пальца, закрепленного жестко в вилке и вращающегося во втулках шкворня.

Шарнирное соединение вилки и шкворня обеспечивает ведомому вальцу поворот в горизонтальной и наклон на угол до 35° в вертикальной плоскостях.

Оси вальцов устанавливают на подшипниках качения. Диаметр укатывающих вальцов оказывает существенное влияние на качественное уплотнение. С уменьшением диаметра вальца горизонтальные усилия увеличиваются, что приводит к сдвигу уплотняемого материала и снижает качество укатки. С увеличением диаметра вальца улучшается качество уплотнения, но значительно увеличиваются габаритные размеры машины и повышается центр тяжести.

Ширину вальцов обычно принимают исходя из требований, предъявляемых к каткам на поворотах. В результате поворота при большой ширине вальцов происходит сдвиг уплотняемого материала.

Маневренность катка определяют радиусом поворота, зависящим от базы катка, угла поворота направляющего вальца, характера рулевого управления и наличия в трансмиссии катка дифференциала.

Максимальное значение радиуса поворота катков по внутреннему следу регламентировано ГОСТом.

Распределение веса катков по осям в отечественных катках принято на ведущие вальцы двухвальцовых двухосных катков не менее 50%, а трехвальцовых двухосных- 67%.

Скорости движения выбирают исходя из технологических особенностей работы катков. При малых скоростях движения происходит лучшее формирование структуры уплотняемого материала, уменьшается потребное число проходов катка по одному месту и повышается производительность катка.

Кроме того, при реверсировании особенно тяжелых катков на высоких скоростях будут возникать значительные инерционные нагрузки и рывки, которые вызывают сдвиг уплотняемого материала.

В дорожных моторных катках применяют как продольное, так и поперечное расположение двигателя (рис. 5).

У большинства двухосных двухвальцовых катков двигатель располагается поперек катка, а у двухосных трехвальцовых - вдоль катка. Трансмиссии современных катков выполняют механическими, гидромеханическими и гидростатическими.

В трансмиссии катка может быть установлен гидротрансформатор. Наличие его обеспечивает:

• улучшение качества поверхности уплотняемого материала вследствие равномерного движения и плавного перехода от движения вперед на движение назад и наоборот; сокращение числа ступеней в коробке перемены передач;

• автоматическое изменение скорости и тягового усилия при изменении сопротивления движению в процессе укатки;

• упрощение управлением катка (меньше утомляемость оператора);

• постоянство режима работы двигателя .

Для передачи мощности от двигателя к ведущим вальцам используют зубчатые (наиболее часто), цепные и ременные передачи. Все двухосные трехвальцовые катки имеют дифференциал, который снабжается блокирующим устройством. Обычно катки имеют дифференциал с коническими шестернями и многокулачковую муфту для блокировки дифференциала. Все катки имеют реверсивный механизм (с муфтами или планетарный), коробку перемены передач и бортовую передачу.

Между двигателем и коробкой перемены передач (КПП) устанавливают цепную компенсационную муфту, что облегчает монтаж двигателя и агрегатов силовой передачи. Реверсивный механизм в катках, не имеющих муфты сцепления, располагается перед коробкой перемены передач, а в катках с муфтой может устанавливаться и после нее.

Для предохранения трансмиссии от перегрузок реверсивный механизм лучше размещать после коробки перемены передач. Бортовая передача самоходного катка расположена у ведущих вальцов и передает мощность двигателя к ведущим вальцам катка.

Бортовая передача бывает шестеренчатая прямозубая или цепная.

Последняя шестерня бортовой передачи крепится к ведущему вальцу катка. В катках с одним ведущим вальцом обычно устанавливают две пары шестерен в бортовой передаче, при этом первая пара шестерен располагается в картере, а вторая выполняется открытой.

В двухосных трехвальцовых катках бортовая передача располагается у каждого из обоих ведущих вальцов и представляет собой пару шестерен (ведущая крепится на полуоси дифференциального механизма, а ведомая на ступице ведущего вальца).

Рулевое управление дорожных самоходных катков - механическое или гидравлическое (простого или следящего действия) (рис. 6).

Большинство катков имеют гидравлическое управление. В этом случае на шкворне направляющего вальца крепится поворотный рычаг, который шарнирно соединяют с гидравлическим цилиндром или со штоком. Давление в гидравлической системе создает насос, приводимый во вращение от двигателя катка.

В гидравлическом управлении следящего действия любому положению рычага управления распределителя соответствует определенное положение направляющего вальца, поэтому следить за положением зальца во время движения катка нет необходимости. Следящая гидравлическая система рулевого управления наиболее удобна в эксплуатации и позволяет осуществлять передачу без применения дополнительных кинематических необратимых механических пар.

В механическое рулевое управление катков почти всегда входит механизм с необратимой парой: червячной (более распространенной) или винтовой.

Для предотвращения поломок деталей рулевого механизма служат концевые выключатели, которые автоматически отключают предохраняют механизм от перегрузок, как только направляющий валец повернется на наибольший допустимый угол.

При проведение патентных исследований по теме «модернизация катков статического действия с гладкими металлическими вальцами» были найдены следующие патенты (таблица 1):

На основе анализа конструкций существующих тяжелых двухвальцовых катков принимаем следующие значения параметров (в качестве прототипа каток Д-399А):

Масса катка:

без балласта - 10 800 кг;

с балластом - 15 500 кг.

Диаметр вальцов:

Передний, средний - 1300 мм;

задний - 1600 мм.

Ширина вальцов:

передний, средний - 1300 мм;

задний - 1300 мм.

База катка - 4460 мм. Один ведущий валец.

Радиус поворота по внутреннему следу- 4300 мм.

Тип трансмиссии- гидромеханическая.

Число передач - 2.

Скорость движения на 1 передаче принимаем равной 2 км/ч, на 11 - 4, 8 км/ч.

Рулевое управление- гидравлическое.

Нагрузка на ведущий валец в % от обей массы - 54; на ведомый передний -19, средний- 27.

Определим линейное давление вальцов на поверхность, приходящееся на единицу длины вальца:

для переднего

без балласта q =/B_n = 0,19 ·10800 · 9,81/1,3 = 15,5 кН/м;

с балластом q = /B_n = 0,19 ·15500 · 9,81/1,3 = 22,2 кН/м.

для среднего

без балласта q =/В_с = 0,27 ·10800 · 9,81/1,3 = 22 кН/м;

с балластом q = /В_с = 0,27 ·15500 · 9,81/1,3 = 31,6 кН/м.

для заднего

без балласта q =/В_з = 0,54 ·10800 · 9,81/1,3 = 44 кН/м;

с балластом q = /В_з = 0,54 ·15500 · 9,81/1,3 = 63,2 кН/м,

где B_n, В_с, В_з - ширина заднего, переднего и среднего, вальцов соответственно.

Определим глубину воздействия вальца:

 (1)

где 0,12 -коэффициент для несвязных грунтов;-влажность, %;₀ -оптимальная влажность, %;радиус вальца, м.

Примем  = 1. Тогда для переднего вальца глубина воздействия будет рассчитываться как:

для переднего вальца

для среднего вальца

для заднего вальца

Расчетная техническая производительность катка при уплотнение щебня рассчитывается по формуле

(2)

где В - ширина укатываемой полосы, м;

а -размер перекрытия предыдущего прохода, м, а = 0,07;рабочая скорость катка, м/с;число проходов, принимаем для щебня z = 20.

.

. Общий расчет

.1 Расчет сопротивлений движению

• В рабочем режиме сумма всех сопротивлений, определяется по формуле.

 (3)

- сопротивление качению катка,

сопротивление движению катка на подъем,

- сопротивление от сил инерции,

 - сопротивление движению катка на поворотах.

Для расчета примем самый тяжелый случай - при укатке щебня в начале уплотнения.

=f · G, Н, (4)

где f -коэффициент сопротивления качению, f = 0,15;- вес катка с балластом.

 = f· G = 0,12 · 9,81 · 15500 = 18246 Н.

 =i ·G, H, (5)

- уклон дороги, i = 0,06.

= i · G = 0,05 · 9,81 ·15500 = 7603 Н.

 = W_a + W_ԑ, Н, (6)

где W_a - сила инерции поступательно движущихся масс катка,

W_ԑ - сила инерции вращательного движения ведомых вальцов, вследствие незначительного сопротивления сил инерции вращающихся частей ими можно пренебречь, тогда

 = W_a = М· а, (7)

где М- масса катка с балластом, кг;

а- ускорение поступательного движения катка м/с² .

 (8)

где V = 2 км|ч - скорость движения на I передаче;время разгона катка, t = 5 с.

 = М· а = 15500 · 0.11 = 1705 Н.

 = 0,3 · G_I, Н (9)

где G_I -вес, приходящийся на направляющий валец, G_I =0,46·15500 ·9,81 = 69945 Н.

 = 0,3 ·G_I = 0,3 · 69945 = 20984 Н

 = 18246 + 7603 + 1705 + 20984 = 48538 Н.

Чтобы не было буксования должно выполняться условие:

где  - сцепной вес катка, Н;  =0, 54 ·15500 · 9, 81 = 82110 Н.

 - коэффициент сцепления металлических вальцов с уплотняемым материалом. =0,6

 82110 ·0,6,

48538  49266.

Условие выполнено, буксование отсутствует.

В транспортном режиме каток движется при меньших сопротивлениях, но с большей скоростью. Движение - по укатанной дороге с асфальтобетонным покрытием без балласта . Тогда сопротивление движению будет определяться по формуле.

 (11)

= f^’· G^’, Н, (12)

^’= 0,03; G'- вес катка без балласта.

= f^’· G^’ = 0,03 · 9,81 · 10800 = 3178 Н.

 = i · G ', Н, (13)

 = i · G ' = 0,05 ·9,81 ·10800 = 4238 Н.

 = W'_a , Н, (14)

где W_a - сила инерции поступательно движущихся масс катка,

W_ԑ - сила инерции вращательного движения ведомых вальцов, вследствие незначительного сопротивления сил инерции вращающихся частей ими можно пренебречь, тогда

 = W'_a = М' · а^’, ( 15)

где М^’ - масса катка без балласта, кг;

а^’ -ускорение поступательного движения катка м/с².

 (16)

где V = 4, 8 км/ч- скорость движения на II передаче;время разгона катка, t = 8 с.

 =

W'_ин =М' · а'= 10800 · 0.16 = 1728 Н

W'_noв =0,2·G'_l, H, (17)

G'₁ =0,46·10800 ·9,81 =48736 Н

W'_пов =0,2 ·G'₁ = 0,2 ·48736 = 9748 Н

 = 3178 + 4238 + 1728 + 9748 = 18289 Н.

Чтобы не было буксования должно выполняться условие:

, (18)

=0,54 ·10800 ·9,81 = 57212 Н.

 - коэффициент сцепления металлических вальцов с асфальтобетонным покрытием.  =0,32

57212 0,32,

1828918308.

Условие выполнено, буксование отсутствует.

3.2 Определение мощности двигателя

Расчет мощности двигателя производится по формуле:

(19)

где Р_окр- окружное усилие (сила тяги) на ведущем вальце катка, Н;скорость движения катка, м/с.

k₃ - коэффициент запаса мощности, k₃ =1,1.

 - КПД передач от двигателя к ведущим вальцам.

Окружное усилие на ведущих вальцах должно быть больше или равно

сумме сопротивлений:

 (20)

Для определения КПД передачи составим принципиальную кинематическую схему привода на основе существующих аналогов (рис. 7).

 (21)

где  - КПД гидротрансформатора. Предварительно выберем гидротрансформатор марки ЛГ-340, его характеристика приведена в таблице 2.

Т.к. двигатель и гидротрансформатор должны согласоваться таким образом, чтобы при работе двигателя на номинальном режиме (режиме максимальной мощности), гидротрансформатор должен работать на режиме максимального КПД или близкого к нему.

Т. о. принимаем значение  =0,86.

- КПД муфты,  = 0,99; z- число муфт в приводе, z = 2.

 - КПД конической зубчатой закрытой передачи, = 0,97, n - число

этих передач в приводе n = 1;

 - КПД цилиндрической зубчатой закрытой передачи,  = 0,98, m - число этих передач в приводе m = 4;

- КПД цилиндрической зубчатой открытой передачи,  = 0,94, k - число этих передач в приводе k = 1;

- КПД фрикционных передач,  = 0,94;

- КПД карданной передачи передач,  =0,98;

 - КПД подшипников качения,  =0,995; i - число пар подшипников в приводе, i=9.

Тогда, общий КПД привода будет равен:

= 0,86·0,99²·0,97·0,98⁴·0,94·0,94·0,96·0,995⁹ = 0,66

Определим требуемую мощность двигателя транспортного режимов:

для рабочего режима:

Р_{окр =}N = = = 44,95 кВт;

для транспортного режима:

Р_{окр =}N = = = 40,64 кВт;

По наибольшей рассчитанной требуемой мощности подбираем двигатель. Принимаем дизельный четырехтактный двигатель марки Д-65Н. Параметры двигателя представлены в таблице 3.

3.3 Определение передаточных чисел трансмиссии

В начале определим необходимость установки согласующего редуктора между двигателем и гидротрансформатором. Характеристика двигателя и гидратрансформатора можно связать через коэффициенты крутящего момента двигателя  и на насосном колесе . Значение коэффициента  даны в таблице 3, а  рассчитывается по формуле

 , (22)

где  = 8050 Н/м³ - объемный вес рабочей жидкости,_г = 0,34 м- активный диаметр гидротрансформатора.

 =  = 2,3,

Т.к.  =  = 2,3, то можно сделать вывод, что при работе двигателя на номинальном режиме, гидратрансформатор будет работать на режимах близких к режиму максимального КПД. Тогда для него (таблица 3) Коэффициент трансформации крутящего момента К = 1,2, а гидродинамическое передаточное отношение i_гm = 0,7. На выходе системы ДВС-ГДП на номинальном режиме работы двигателя будут следующие значения величин:

M_m = М_е · К= 249,2 ·1,2 = 299 Н·м;

n_т = n_e · i_гm = 1700 · 0,7 = 1190 об/мин .

Общее передаточное число механической части трансмиссии можно определить по формуле:

i_{м = ,} (23)

где n_в - частота вращения вальца, об/мин. Её можно определить по формуле

n_{в = ,} (24)

где V- скорость движения катка на i-ой передаче, м/с.

О- диаметр ведущего вальца, м.

В общем виде получим:

i_{м = ,} (25)

Тогда общее передаточное отношение механической части трансмиссии:

на I передаче i_м = = i_{м =}

на 11 передаче i_м = = i_{м =.}

Назначаем передаточные отношения ступеней передач (Таблица 4, схема рис. 8).

. Расчет на прочность деталей

• Рассчитаем цилиндрическую открытую передачу («12-13» рис. 8).

Исходные данные для расчета:

М₁ = 8439 Н·м - момент на ведущей шестерни;= 5,294- передаточное число передачи;

М₂ = М₁ i·  =8439·5,294·0,94 = 44676 Н·м - момент на ведомой шестерне.

В качестве материала принимаем:

Для шестеренки - сталь марки 45Х, термообработка - улучшение (_m= 650МПа) [_F1] = 0.8 ·_m = 0,8 · 650 = 520 МПа ;

для зубчатого колеса - сталь марки 40X, термообработка -

нормализация (_m = 550МПа) [_F2] = 0.8 ·_m = 0,8 · 550 = 440 МПа.

Расчетный модуль зацепления:

(26)

где =1,4;

z₁ = 17; z₂ = 90;

Расчет производят для элемента пары «шестерня-колесо»: у которого меньшая величина отношения [_F]/Y_FS

для шестерни [_F1]/Y_FS1 = 520/4,3 = 120,9

для колеса [_F2]/Y_FS2 = 440/3,7 = 118,9

Дальнейшие расчеты следует производить для шестерни.

= b/d₁ = 0.4;

 -коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца,  = 1,4 ;

 -коэффициент внешней динамической нагрузки,  = 1,5 .

Принимаем стандартное значение m = 14 мм.

Геометрические размеры зубчатых колес:

-делительный диаметр: d₁ = m· z₁ = 14 · 17 = 238 мм; (27)₂ = m · z₂ = 14 · 90 = 1260 мм. (28)

диаметр вершин зубьев: _dа1 = m· (z₁ + 2) = 14 · (17+2) = 266 мм; (29)_a2 = m · (z₂- 2)= 14 · (90- 2) = 1232 мм. (30)

диаметр ножек зубьев: d_f1 = m · (z₁- 2.5) = 14 · (17-2.5) = 203 мм; (31)_f2 = m · (z₂ + 2.5)= 14 · (90 + 2.5) = 1295 мм. (32)

ширина венцов: b₂ = b =  · d₁ =0,4 · 238 = 95 мм; (33)

b₁ = b₂ + 5 = 95 + 5 = 10 мм. (34)

межосевое расстояние: a_w= 0,5 ·(d₂-d₁) = 0,5-(1260-238) = 511 мм. (35)

Проверка расчетных напряжений изгиба.

-окружная сила в зацепление F₁ = 2 ·10³ · М₁/d₁ = 2 · 10³ · 8439/238 = 70916 Н; (36)

-окружная скорость колес:

= ·d₁ ·n₁ /(60·10³) = 3.14·238·35.2/(60 ·10³) = 0,44м/с; (37)

степень точности принимаем - 9;

kFv-коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацепление, k_FV=1,11;

удельная расчетная окружная сила при изгибе:

_FI =F₁ ·k_FB ·k_FV ·k_A/b₁ =70916·1.4·1.11·1.5/100=1638Н/мм; (38)

-Расчетные напряжения изгиба: _F1 = Y_FS1 · W_Ft /m = 4,3 ·1638/14 = 503 МПа;

Должно выполняться условие _{F1  F1]};

520 - условие выполнено .

• Рассчитаем цилиндрическую закрытую передачу («5-8» рис. 8).

Исходные данные для расчета:

М₁ = 923 Н·м- момент на ведущей шестерни;= 2,1- передаточное число передачи;

М₂ = М₁ · i· =872·2,1·0,98 = 1899 Н·м -момент на ведомой шестерне.

Модуль зацеплении m = 6 мм; Число зубьев z₁ = 21, z₂ = 44.

В качестве материала принимаем:

для шестеренки - сталь марки 45, термообработка - улучшение

( = 340МПа) [] = 0.8·= 0,8·340 = 272 МПа; [] = 2.8 · = 2,8 ·340 = 952 Мпа

для зубчатого колеса - сталь марки 45Л, термообработка - нормализация ( = 320МПа) [ ]=0.8·am =0,8·320=256МПа.

[ ]=2.8· =2,8·320 = 896МПа

Геометрические размеры зубчатых колес:

-делительный диаметр: d₁ = m·  = 6 · 21 = 126 мм;

диаметр вершин зубьев:  = m · ( + 2) = 6 · (21+2) = 138 мм;

 = m · ( + 2)= 6 · (44 + 2) = 276 мм.

диаметр ножек зубьев:  = m · ( - 2. 5) = 6 · (21-2. 5) = 111 мм;

 = m · (- 2.5)= 6 · (44- 2.5) = 249 мм.

ширина венцов:  = b =  ·  =0, 6 · 126 = 75 мм;

 =  + 5 = 75 + 5 = 80 мм.

Принимаем  = 0,6.

межосевое расстояние: = 0,5 ·( + ) = 0,5·(264 + 126) = 195 мм.

Проверка расчетных контактных напряжений.

окружная сила в зацепление:  =2· ·/ =2·103 ·923/126 = 14650 Н; (39)

окружная скорость колес v = п · •  /(60 ·) = 3.14 ·126 ·321/(60 ·) = 2,1 м/с;

степень точности принимаем - 8;

-коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацепление, =1,05;

- -коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки в зацепление, для одновременно зацепляющихся зубьев =1;

 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца,  = 1,06;

- коэффициент внешней динамической нагрузки, = 1,5.

удельная расчетная окружная сила:

 = F1· k_HА · k_нв · k_нv · k_A / b₁ = 14650 ·1·1.06 ·1.5 / 80 = 291 Н/мм; (40)

Расчетные контактные напряжения:

(41)

где Z_н = 1.77 - коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев;

Z_E = 275Мпа^1/2- коэффициент, учитывающий механические свойства материалов колес;

Z_c = 1 - коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий.

Должно вьтолняться условие   [];

896- условие выполнено .

Проверка расчетных напряжений изгиба :

k_FY-коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацепление, k_FY=1, 10;

k_FB - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца, k_FB = 1,08;

k_FА-коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки в

зацепление, для одновременно зацепляющихся зубьев k_FA=1;

удельная расчетная окружная сила при изгибе:

_Ft = F₁ k_FA  k_FB  k _Fv  k_A / b₁ = 14650 ·1·1.08 ·1.5/ 80 = 297 Н/мм;

Z₁ = 21; Z₂ = 44;

Y_Fs1 = 4.13; Y_Fs2 = 3. 7.

Расчет производят для элемента пары «шестерня-колесо»: у которого

меньшая величина отношения [_F]/Y_Fs

для шестерни [_F1]/Y_Fs1 = 272/4,13 = 65,9

для колеса [_F2 ]/Y_Fs2 = 256/3,7 = 69,2

Дальнейшие расчеты следует производить для шестерни.

Расчетные напряжения изгиба: _F1 = Y_FS1 · W_Ft /M= 4,13 · 297/6 = 204,4 МПа;

Должно выполняться условие _F1[_F1];

,4 272- условие выполнено.

. Технология проведения работ

Уплотнение грунтов и дорожно-строительных материалов при строительстве различных инженерных сооружений является завершающей операцией, от качества которой в значительной степени зависит их долговечность. Рост дорожно-строительных работ в последнее время обусловил бурное развитие машин для уплотнения грунтов, дорожных оснований и покрытий. Технологические и технико-эксплуатационные требования, предъявляемые к уплотняющим машинам, определяются видами, объемами и способами организации работ, геометрическими размерами, формами земляных сооружений, физико-механическими свойствами уплотняемых материалов и другими факторами.

К числу основных факторов, влияющих на степень уплотнения материала, относятся вид уплотняемого материал, его влажность, толщина уплотняемого слоя, удельная нагрузка, передаваемая на него, и т. п.

Влажность и вид материала оказывают существенное влияние на процесс уплотнения. Так, степень его уплотняемости увеличивается с повышением влажности; при достижении определенной так называемой оптимальной влажности плотность грунта становится максимальной. При дальнейшем увеличении влажности плотность грунта снова снижается. Особое влияние влажность оказывает на связные материалы, несвязные материалы могут уплотняться и в сухом состоянии. Различные виды материала уплотняются по-разному. Прочностные характеристики грунта в значительной степени зависят от его плотности. С увеличением плотности несущая способность грунта увеличивается. Таким образом, удельное давление рабочих органов уплотняющих машин следует выбирать до определенных значений, оно не должно превышать предела прочности грунта при его оптимальной плотности. В большинстве случаев плотность грунта после работы уплотняющих машин должна составлять 0,95 ... 0, 98 от ее максимального значения, определяемого в лаборатории методом стандартного уплотнения.

Уплотняющие машины должны обеспечивать уплотнение грунтов и дорожно-строительных материалов с различными физико-механическими свойствами.

УСТРОЙСТВО АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ.

Асфальтобетонную смесь в покрытие укладывают только на сухое, чистое и непромерзшее основание. Очистку производят: механическими щетками, сжатым духом, а сушку увлажненного основания - горячим песком (до 250-300° С) ни специальными нагревателями - сушильными агрегатами.

Поверхность основания или нижнего, слоя покрытия за 3-5 ч до начат укладки асфальтобетонной смеси при необходимости обрабатывают битумной эмульсией (0, 6-0,9 или О, 3-0,4 л/м2) или жидким битумом (0,5-0,8 или 0,2 0.3 л/м2).

Перед укладкой смеси выполняют разбивочные работы, обеспечивающие проектную ширину покрытия и поперечные уклоны, а также прямолинейность кромок.

Нижний и верхний слои покрытия можно укладывать: одним укладчиком каждый слой попеременно; двумя укладчиками одновременно - по одному на каждом слое или двумя-тремя укладчиками на всю ширину проезжей части попеременно на каждом слое. При работе одним укладчиком расстояние между волосами укладки должно быть не более 30 м, а в жаркую погоду- до 50 м. При работе двух укладчиков одновременно на .смежных полосах опережение одного относительно другого должно быть в пределах 10-30 м.

Ширину полосы укладки назначают кратной ширине покрытия. Толщина укладываемого слоя обеспечивается и регулируется выглаживающей плитой; в холодное время суток или года (весна, осень), а также в начале работы укладчика плиту следует нагревать.

Края ранее уложенной полосы необходимо обрубать вертикально пневмомолотом, перфоратором, вращающимся диском и смазывать жидким битумом или эмульсией.

Весной и осенью может быть разрешена укладка только нижнего асфальтобетонного слоя; летом этот слой должен быть перекрыт верхним слоем с принятием мер по обеспечению сцепления слоев (очистка, подгрунтовка и др.) .

Асфальтобетонную смесь уплотняют звеном самоходных катков, которое состоит: из легких катков массой до 8 т и тяжелых катков массой до 15 т с гладкими вальцами (статического действия) или вибрационных катков массой 4, 5-8 т, а также самоходных катков на пневматических шинах массой 16-30 т. Состав уплотняющего звена: один легкий и два-три тяжелых катка на каждый асфальтоукладчик или в среднем на один АБЗ производительностью до 50 т/ч. Если в звено включают виброкатки, число гладковальцовых катков должно быть уменьшено. В состав звена, особенно при уплотнении верхних слоев покрытия, следует включать самоходные катки на пневматических шинах.

На завершающей стадии уплотнения используют тяжелые катки с гладкими вальцами. Катками на пневматических шинах рекомендуется уплотнять покрытия из смесей всех типов и особенно типов А, Б и Г (на повышенной скорости). При уплотнении смесей типов А и Б, а также нижнего слоя легкий каток в звене заменяют тяжелым; весной и осенью звено следует комплектовать только из тяжелых катков . Нижний слой покрытия из пористой смеси со щебнем прочных пород и каркасные смеси разрешается уплотнять тяжелыми катками вслед за укладкой. Первые два-три прохода катков на пневматических шинах следует выполнять на скорости 2-3 км/ч, а остальные -на скорости 12-15 км/ч при давлении воздуха в шинах соответственно 3 и 6-8 кгс/см².

Рабочая скорость катков при уплотнении асфальтобетонных смесей: в начале укатки до 2 км/ч; после 5-6 проходов по одному следу- до 3-5 км/ч для гладковальцовых катков, 5-8 км/ч для катков на пневматических шинах и до 2-3 км/ч для виброкатков.

Укатку ведут от краев полосы к середине с перекрытием предыдущего следа на 20-30 см.

В недоступных для катка местах асфальтобетонную смесь уплотняют горячими металлическими утюгами и трамбовками.

При устройстве асфальтобетонных покрытий слоями увеличенной толщины (до 20 см) следует применять обычные укладочные и уплотняющие машины. Уплотняют эти слои: самоходными катками на пневматических шинах и с гладкими вальцами, а также виброкатками.

Для повышения качества и обеспечения непрерывности строительства покрытий из горячих смесей необходимо не только соблюдать температурные режимы уплотнения смесей, но и скоростные режимы работы асфальтоукладчика и уплотняющих машин. Время попадания смеси в определенном температурном интервале зависит от целого ряда факторов. Установлено, что продолжительность укладки и уплотнения в заданных температурных интервалах не равны между собой. Поэтому при определении скоростных режимов машин необходимо это учитывать.

Соотношения между рабочими скоростями асфальтоукладчика и катками в заданных температурных интервалах имеют вид:

V_a = V_kyn/t_ук·в·n, м/мин (42)

где V_a - рабочая скорость асфальтоукладчика, м/мин; V_k - средняя рабочая скорость катка, м/мин; t_уп - возможное время работы катка в заданном температурном интервале, мин; тук - время укладки, мин; в - число укатываемых полос; n- число проходов по одному следу.

Установлено, что время охлаждения слоя горячей смеси зависит от погодных условий, конструкции покрытия и свойств уплотняемого материала.

Продолжительность нахождения слоя в определенном температурном интервале определяется по формуле:

 = K_c·K_mc·K_v·K_oc·K_м·K_h·e^atв, мин (48)

Численные значения коэффициентов для смесей с битумами марок БНД 40/60, 60/90, 90-130 определяются по зависимостям, представленным в табл. 6.

где t_см- температура смеси при укладке, 0 С;скорость ветра, м/с;

- разница в температурах основания и окружающего воздуха, °С;

е - основание натурального логарифма;- толщина укладываемого слоя, м;

А- условная величина, определяемая выражением (t_op /100),

t_op- температура окончания процесса, 0 С;

С_cм- удельная теплоемкость смеси, кДж/кг· град;

- коэффициент теплопроводности, Вт/м· град.

6. Заключение

В ходе курсового проектирования мы изучили общее устройство и назначение уплотняющих машин статического действия, их классификацию и область применения. Более подробно рассмотрели конструкцию самоходного трехвальцового катка статического действия, пути его модернизации и увеличения производительности. Провели выбор и расчет его основных параметров по аналогии с конструкцией существующих прототипов. Также сделали общий расчет машины (рассчитали сопротивления возникающие при его работе, подобрали двигатель и гидротрансформатор, рассчитали передаточные числа механической части трансмиссии и механизм поворота). провели расчет на прочность деталей узлов участвующих в приводе рабочего органа катка.

Были рассмотрены вопросы по устройству асфальтобетонного покрытия, при строительстве которого широко используются машины данного типа, а так же технология производства работ самими самоходными катками статического действия.

Список использованной литературы

1. Баловнев В. И. , Кустарев ГВ . Дорожно-строительные машины и комплексы. Москва-Омск, «Сибади» , 2001 г.

. Бородочев И.П. Справочник конструктора дорожных машин. М., «Машиностроение», 1973 г.

. Ульянов Н.А. , Ронинеон Э. Г Самоходные колесные землеройнотранспортные машины. М., «Машиностроение», 1976 г.

. Курмаз Л. В ., Скойбеда А. Т. Детали машин. Минск, «Техноприт», 2002 г.

. Лагерев А.В. Пректирование насосных гидроприводов подъемнотранспортной техники. Брянск, Издательство БГПУ, 2006 г.