Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Среди дорожно-строительной техники, применяемой на строительстве дорог, важное значение имеют машины для уплотнения оснований и покрытий.

Уплотнение является обязательной частью технологического процесса возведения земляного полотна и устройства покрытий. Оно может достигаться трамбованием, вибрацией и укаткой. В соответствии с этим машины разбиваются на три группы: трамбующие, вибрационные и катки.

Несмотря на то, что в строительстве дорог уплотнение вибрацией находит все большее распространение, укатка, т.е. уплотнение земляных масс и покрытий несколькими проходами катка по одному месту, по-прежнему остается основным способом благодаря высокой надёжности в работе, получению нормированных показателей качества уплотнения практически на всех составах асфальтобетонной смеси.

В зависимости от способа передвижения все катки делятся на прицепные и самоходные. Самоходные катки имеют металлические вальцы или колеса на пневматических шинах.

Моторные катки осуществляют укатку оснований и различных дорожных покрытий: гравийных, щебеночных, мостовых, черных и асфальтобетонных.

Укатка того или иного вида покрытия осуществляется определенным типом катка, который характеризуется общим весом и величиной удельного давления вальцов.

Моторные катки изготавливаются следующих трех типов:

легкие катки - весом 3-5 т с минимальным удельным давлением 20-40 кг/пог.см;

средние катки - весом 6-9 т с минимальным удельным давлением 40-60 кг/пог.см;

тяжелые катки - весом 10-15 т с минимальным удельным давлением 60-80 кг/пог.см;

Легкие катки изготавливаются с двумя или тремя вальцами (двухосные) и предназначены для уплотнения облегченных черных и асфальтобетонных покрытий (тротуаров, парковых дорожек, заводских цехов и т.д.).

Средние катки изготавливаются с двумя или тремя вальцами (двухосные) и предназначены для уплотнения гравийно-щебеночных, черных и асфальтобетонных покрытий.

Тяжелые катки изготавливаются с двумя или тремя вальцами (двухосные или трехосные) и предназначаются для окончательного уплотнения гравийно-щебеночных, черных и асфальтобетонных покрытий.

Для получения требуемого качества асфальтобетонного покрытия в кратчайшие сроки целесообразно вести процесс уплотнения так, чтобы контактные напряжения под вальцом катка изменялись в соответствии с изменением прочности асфальтобетона. Это обуславливает необходимость регулирования силового воздействия катков на покрытия в процессе укатки.

Регулирование сил вальцов катка на покрытие достигается различными конструкциями катков, в частности оснащённые балластными устройствами.

Для расширения диапазона силового воздействия катков на слой уплотняемого материала, а так же для уменьшения числа их в комплекте. Катки балластируют. Для этого они оснащаются устройствами, позволяющими изменять балластную нагрузку.

Все балластные устройства делятся на два класса: нерегулируемые; регулируемые. Нерегулируемые балластные устройства позволяют увеличить массу катка ступенчато на определённую величину. Применение их обусловлено конструктивной простотой и надёжностью в работе, так как в качестве балласта используют воду, грунт, железобетонные плиты, и другой недефицитный материал.

Регулируемые балластные устройства обеспечивают без ступенчатое изменение балластной нагрузки на вальцы катка. К регулируемым балластным устройствам относятся вакуумно-балластные устройства.

1. Обзор конструкции катка с ВБУ

Дорожный каток (рисунок 1) состоит: Самоходное шасси 1 на базе катка ДУ - 47А на котором смонтированы все узлы балластного устройства, к последним относятся рабочая камера и источник разряжения 4, в качестве которого использован вакуумный насос. Насос приводится в действие от силовой установки катка т.е. двигателя 5 [ 2,3] Рабочая камера балластного устройства представляет собой чашу, обращённую открытой частью к уплотняемой поверхности. Камера состоит из корпуса 2, камера соединена с рамой тягами. Контакт камеры с покрытием осуществляется через эластичное уплотнение 3. Камера соединена с вакуумным насосом воздухопроводом 6.

Работа катка с ВБУ состоит в следующем. При движении шасси, камера перемещается по уплотняемому покрытию. При необходимости создать дополнительную нагрузку на вальцы включается вакуумный насос, который откачивает воздух из полости камеры, создавая там разряжение. Регулируя степень разряжения в камере посредством изменения производительности насоса, можно в широком диапазоне и по необходимым законам изменять балластное усилие, так при площади камеры 1 м2 и при разряжении в ней 30 КПА, можно создать дополнительное усилие 30кг.

Принципиальная схема натёка воздуха в вакуумную камеру (рисунок 2)

Использование катка с ВБУ позволяет не только интенсифицировать процесс уплотнения асфальтобетонных смесей за счет без ступенчатого регулирования давления катка в широких пределах, но и путём вакуумирования асфальтобетона, поднять на более высокий уровень качество готового покрытия.



1 4 5

Н Д 6

7

2 3

Рис. 1.

Принципиальная схема катка с вакуумным балластным устройством.

(1- каток; 2 - корпус вакуумной камеры; 3 - уплотнительные элементы; 4 - вакуумный насос; 5 - двигатель; 6 -воздухопровод; 7 - тяги)

К НАСОСУ

1

2

3

4

5

Рис. 2. Схема натекания воздуха в вакуумную камеру.

(1 - уплотняемый слой; 2 - биндер; 3 - щебень; 4 - песок; 5 - грунт)

2. Расчет механизма укатки

2.1 Расчет двигателя

Мощность двигателя должна обеспечивать нормальную работу катка в более тяжёлых условиях, на предельном подъёме первых проходах по асфальтобетону.

Мощность двигателя рассчитывается:

N = 0,277 Т V/?,

где:

Т - сила тяги на ободе ведущих вальцов катка;

V - скорость движения катка;

? - КПД трансмиссии от двигателя к ведущим вальцам равна 0,65…..0,85

Сила тяги должна быть равна или больше суммы всех сопротивлений, возникающих при движении катка т.е.

Т ? ?W

?W = W1+W2+W3+W4,

где:

W1 - сопротивление перекатывающего катка с учётом преодолевания уклонов.

W2 - сопротивление сил инерции при трогании с места.

W3- дополнительное сопротивление возникающее на криволинейных у4частках

W4 - сопротивление сил затрачиваемых в гидросистеме ВБУ.

Сопротивление перекатыванию катка по дороге:

W1= G ( f + j )

где:

f - коэффициент сопротивления перекатыванию = 0,15 - 0,12;

j - уклон, принимаемый в пределах 0,05 - 0,08.

W1 = 60 (0,08 + 0,12) = 13,8 км.

Сопротивление от сил инерции при трогании с места:

W2 = m Ч V / tr Ч Х

где:

m -масса катка;

V -скорость движения катка;

tr - время разгона = 2,0….2,5 часа;

Х -коэффициент учитывающий инерцию вращающихся масс трансмиссии двигателя и вальцов катка равна 1,1 - 1,15.

W2 = 6 Ч 2,52 / 2,3 Ч 1,15 = 7,5 км.

Дополнительное сопротивление, возникающее при движении катка по криволинейным участкам

W3 = k' Ч G'

где:

k' - коэффициент сопротивления = 0,2;

G - сила тяжести катка, приходящаяся на направляющийся валец.

W3 = 0,2Ч20 = 40 км.

Сопротивление сил затрачиваемых на ВБУ

W4 = ?pЧQв / з

где:

з - коэффициент полезного действия = 0,6-0,7;

?p - разряжение в камере 20 Кпа;

Qв - расход воздуха.

W4 = 20Ч0,065 / 0,65 = 2,0 км.

?W = 13,8 + 7,5 + 4 + 2,1 = 27,4 = Т

N = (0,277 Ч27,4 Ч 2,55) / 0,6 = 31,6 квт

Выбираем двигатель Д - 37 Е.

2.2 Расчёт шпонки на валу гидромотора

в

k

С С h

d

Рис. 8.

Призматическую шпонку вала гидромотора, её рабочие грани проверяют на снятие, а сечение С-С на срез.

Условие прочности на снятие:

[ М кр max ] = 0,75 d k L [ 6 см ] кг / см.

где:

0,75 - поправочный коэффициент;

d -диаметр вала;

k -высота шпонки от шпоночного вала;

L -рабочая длинна шпонки;

[ 6 см ] - допустимое напряжение на сжатии.

[ 6 см ] = 1500 кг / см2, для стали

[ М кр max ] = 0,75 Ч 0,45 Ч 5 Ч 1500 = 11390 кг/см.

Условия прочности сечения С-С на срез :

[ М кр max ] = 0,75 Ч (d+k) Ч в Ч L [ jср ]

каток механизм прочность гидроцилиндр

где :

в -ширина шпонки;

[ jср ] - 1050

[ М кр max ] = 0,75 Ч(4,5+0,45) Ч1,4 Ч5 Ч1050 = 272,86 кг/см.

Клиномерная передача

Угол охвата

Yл = 180 - 57 (d2 - d1)/а

где:

d1 - диаметр ведомого шкива;

d2 - диаметр ведущего шкива;

а - межосевое расстояние.

Y1 = 180 - 57 Ч (240 -120)/ 480 = 165,75?

Длина ремня:

L = 2а + 0,5 П (d1 +d2) + (d2-d1)І =

2 Ч480 + 0,5 Ч 3,14 (360) + 120І/ 4а =

960 +565,2 = 14400/1920 = 1532,7 =1600

Межосевое расстояние находим:

А = 0,25 [ (Lr - W) + v (Lr - W)І - 2 У] =

0,25 [(1532,7 - 665,2) +v(1532,7 - 565,2)І -28800] =

0,25 [967,5 + 952,5] = 480 см.

Pо - 9,8 квт

Сг - 0,93

Ср - 1,2

Сл - 0,96

Рассчитываем количество ремней:

Z = PЧСр / РоЧСгЧСл = 15,7 Ч1,2 / 9,8Ч0,93Ч0,96 = 2,9 = 3

Z = 3 принимаем количество решений

Расчёт каната

Максимальное усилие в канате определяется по формуле

Sб = Q / m з

где:

Sб - усилие в канате Н;

Q - усилие на конце каната Н;

m - кратность полиспаста;

з - КПД полиспаста = 0,97.

Sб = 0,25 / 1 Ч 0,97 = 0,25

Разрыв усилия в канате определяется по формуле:

S раз = К Ч Sб

Где

К -коэффициент запаса прочности каната при разрыве, принимаем =5

S раз = 5Ч0,25 = 1,25

Примем канат марки ЛКР 6Ч19 1 ос ГОСТ 2688 - 80.

Расчёт на прочность вала компрессора

Материал вала - сталь 45, термическая обработка улучшенный диаметр d =40мм..

Определяем запас прочности:

S = Sд ЧSф / v SдІ +SфІ

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба:

д - 1 = 0,43 дв = 0,43Ч 780 = 335 Мпа

дв = 780 Мпа

Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений:

ф - 1 = 0,58 (д - 1) = 0,58Ч335 = 193 Мпа

д - 1 предел выносливости при симметричном цикле изгиба = 335 Мпа

Коэффициент запаса прочности:

Sд = (д - 1) / [(Кд / Ед) Ч дv],

где

д-1 предел выносливости при симметричном цикле изгиба равен 335 Мпа;

Кд-эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений равен 1,8;

Ед масштабный фактор равен 0,87;

дv амплитуда цикла нормальных напряжений равен 9,7.

Коэффициент запаса прочности по кабельным напряжениям:

Sф = (ф - 1) / [(Кф/Еф) Чфv +чф +фm],

где

ф - 1 предел выносливости по касательным напряжениям равен 193;

Кф эффективный коэффициент касательных напряжений равен 1,68;

Еф -масштабный фактор касательных напряжений равен 0,1;

Фv- амплитуда касательных напряжений равен 10,6;

фm -среднее напряжение касательных напряжений;

Sф = 193 / [(1,68/0,76)Ч10,06 + 0,1 + 10,6] = 7,85

S = 16,6 Ч7,85 / v (16,6І +7,85І )= 7,1 > [ S ] =2,5

Расчётное значение коэффициента запаса прочности получилось больше допустимого значения [ S ] = 2,5.

2.3 Расчёт на прочность пальца крепления гидроцилиндра

P

Ra A B Rв

L \ 2

100

1120

Рис. 9.

Действующую нагрузку Р определяем по формуле:

Р = Р№ Ч Fn

где:

Р№ -давление в гидроцилиндре

Fn -площадь поршня цилиндра

Fn = р Ч DІ = 3,14 Ч 9 = 28,2 смІ

Р = 16 Ч 10іЧ10і Ч 28 10І Ч 10І = 44800м = 44,8 км.

Реакция опор точек А и В:

Rа = Rв = Р / 2

Ra = Rв = 44,8 /2 = 22,4 км. = 22400м.

Определяем изгибающий момент:

М изг = R Ч L / 2 = 22400 Ч 0,1 / 2 = 1120 м.

Допускаемый предел текучести:

[ д ] для стали 45 [ дт ] = 353 Мпа

дд = М / W ? [ д ]

где

W момент сопротивления изгибу

[ д ] = дт / kз

где

kз коэффициент запаса = 1,5

[ д ] = 353 /1,5 = 235 Мпа

W = р dі /32 = 3,14 Ч 0,05і / 32 = 1,2 Ч10Ї5 мі

д = 1120 / 1,2Ч 10 -5 = 933,3 10Ї5 н/мІ

Проверим с допускаемым:

д =93,33 Ч10і?235 Ч 10іЧ10і = [ д ]

Прочность обеспечена.

2.4 Расчет на прочность пальца крепления вакуумной камеры

Рис. 10.

Принимаем следующие исходные данные:

1. усилие на штоке гидроцилиндра, Р=45кН

2. диаметр пальца, d=20мм

Определение напряжения среза и коэффициента запаса прочности .

Определяем напряжение среза по формуле:

Р - усилие на штоке гидроцилиндра, Р=4500кг

S - площадь поперечного сечения пальца,

S=

d - диаметр пальца, d=20мм=2см

Допустимое напряжение среза

[ф]ср<1500кг/см2

Таким образом, расчетное напряжение среза меньше допустимого:

[ф]ср> фср

[1500кг/см2]>716,2кг/см2

теперь найдем коэффициент запаса прочности на срез по формуле:

Определение напряжения изгиба и коэффициента запаса прочности .

Определяем напряжение изгиба по формуле:

где

Мизг - изгибающий момент,

Мизг=

Wизг - момент сопротивления изгибу,

Wизг=0,1d3, см3

Допустимое напряжение изгиба :

[д]изг=3400кг/см2

Таким образом, расчетное напряжение изгиба меньше допустимого:

дизг=[д]изг

2812,5кг/см2<[3400кг/см2]

Теперь найдем коэффициент запаса прочности на изгиб по формуле:

По справочнику [8] выбираем материал для пальца - сталь45

2.5 Расчет болтов на прочность

На асфальтоукладчике при монтаже вакуумно-балластного устройства используются стандартные болты М20x1,5 из стали 30X ГОСТ 7788-70 в количестве восьми штук и шесть штук болтов М27x3,0 также из стали 30X.

Болты М27x3 соединяют устройство с фланцем крепления к асфальтоукладчику. Таким образом, эти болты воспринимают только вес ваукуумно-балластного устройства.

Прочность болта при таком виде нагрузки расчитывается по формуле:

,

где: - растягивающая нагрузка;

- внутренний диаметр резьбы.

Растягивающая нагрузка расчитывается по формуле:

,

где: - сила затяжки;

- нагрузка силы тяжести;

- коэффициент внешней нагрузки, =0,2…0,3.

Сила затяжки расчитывается по формуле:

,

где: - коэффициент затяжки;

- внешняя нагрузка.

Коэффициент затяжки имеет значения

Примем среднее значение

Внешняя нагрузка на болт:

Сила затяжки болта:

Растягивающая нагрузка:

Подставив полученные результаты, рассчитаем прочность болтового соединения:

Запас прочности рассчитывается по формуле:



Приведенные расчеты показали, что выбранные болты М27x3,0 обладают более чем достаточным запасом прочности.

Болты М20x1,5 подвержены переменной растягивающей нагрузке, так как соединяют подвижные вакуумно-балластного устройства.

Запас прочности по переменным напряжениям расчитываются по формуле:

,

где: - предел выносливости материала;

- переменное напряжение в болте;

- эффективный коэффициент напряжений в резьбе;

- коэффициент чувствительности к асимметрии цикла напряжений;

- постоянное напряжение в болте.

Коэффициент примем равным 4.

Коэффициент = 0,1.

Предел выносливости для стали 30X

.

Переменное напряжение в болте рассчитывается по формуле:

,

где: - приращение нагрузки на болт;

- площадь сечения болта.

Приращение нагрузки рассчитывается по формуле:

,

где: - коэффициент внешней нагрузки;

- внешняя нагрузка.

Постоянное напряжение в болте рассчитывается по формуле:

Рассчитаем внешнюю нагрузку на болт:

,

где: - число болтов в соединении;

При расчете силы затяжки болта примем коэффициент затяжки так как в данном болтовом соединении применена пружина, таким образом, соединение затягивается не до упора, а до определенного поджатия пружины.

.

Рассчитаем переменное и постоянное напряжения в болтах:

Подставив полученные результаты в формулу, рассчитаем запас прочности:

Заключение

В результате проделанной работы мною был спроектирован башенный кран грузоподъёмностью 6 тонн и скоростью передвижения 2,52 м/мин.

В данном курсовом проекте схема механизма укатки наиболее проста, экономична и наиболее приемлема в данном случае. Детали механических передач защищены от воздействия внешней среды и попадания пыли и грязи уплотнениями и манжетами. Масло, заливаемое в редуктор, обеспечивает смазку трущихся поверхностей, зубьев (смазка производится окунанием и частичным разбрызгиванием). Данная схема не требует особых затрат и имеет преимущественно компактные габариты в сравнении с остальными предложенными схемами.

В результате выполненного курсового проекта достигнуто изменение некоторых технических характеристик катка ДУ-47а до требуемых значений при одновременном сокращении номенклатуры используемых деталей, применении стандартизованных узлов и некоторых общих деталей, как для механизма подъема, так и для механизма вращения, что в итоге снижает стоимость катка.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Костелюк Н.П, Сергеева Г.П, Посадский Л.М, «Рациональные режимы уплотнения асфальтобетонной смеси» Автомобильные дороги 1980г. №6 с. 20-22

2 Васильев А.А, Хархута Н.Я, и др. «Уплотнение асфальтобетона с одновременным вакуумированием» Автомобильные дороги 1980г. №8 с. 17-18

3 Хархута Н.Я, и др. «Уплотнение асфальтобетонной смеси катком с пневмовакуумным балластным устройством» Автомобильные дороги 1980 г. №1 с.16-18

4 Гамыкин Н.С. «Гидравлический привод системы управления» М Машиностроение, 1972г -376с.

5 Якунин О.А., и др. «Исследование процесса охлаждения слоёв асфальтобетонной смеси» В сб. Совершенствование технологии и механизации строительства дорожных покрытий. Труды Союздор НИИ вып. 61 1972г.

6 Васильев А.А., Хархута А.Я и др. «Дорожный каток с пневмовакуумным балластным устройством» Строительные и дорожные машины 1984г №12 с. 17-18.

Размещено на Allbest.ru

...