Перспективы развития кулачковых катков в строительно-дорожной отрасли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Техническая характеристика

2. Описание и обоснование выбранной конструкции

3. Выбор основных параметров

Заключение

Список использованных источников

Введение

Кулачковый самоходный каток - это обычный дорожный каток на базе двухосного двухвальцового колесного тягача, у которого все вальцы с цельной металлической обечайкой заменены вальцами с кулачковой обечайкой.

Кулачковые самоходные катки предназначаются и наиболее эффективны для уплотнения обводнённых грунтов, высокая степень уплотнения которых может быть достигнута только при условии измельчения комьев.

По сравнению с другими машинами для уплотнения грунтов катки являются наиболее простыми, но вместе с тем производительными и экономичными. Поэтому они получили весьма широкое распространение.

Применяют кулачковые катки на северах страны, так как там наиболее обводнённая местность, где будет уместен этот каток для уплотнения поверхности почвы помощью вальцов с кулачками.

Дорожное строительство в России находится в упадочном состоянии уже много лет, и пессимистичные прогнозы специалистов подогреваются бюрократическими сложностями и неистребимой коррупцией в отрасли. Однако сегодня перспективы развития дорожно-строительного хозяйства уже не столь печальны - отрасль постепенно развивается, а требования транспортной инфраструктуры вынуждают к внедрению новых материалов и технологий для повышения качества строительных и ремонтных работ на дорогах страны. Конечно, пройдут годы, прежде чем дорожное строительство в России выйдет на европейский уровень качества, но сегодня у нас уже есть все предпосылки для этого серьезного шага.

Основные задачи стоящие перед отраслью дорожного строительства:

· Технологическая модернизация отрасли;

· Использование современных материалов;

· Повышение кадровой квалификации.

Курсовое проектирование по дисциплине «Строительно-дорожные машины», способствует обобщению и закреплению теоретических знаний студентов, имеет целью развитие навыков самостоятельной творческой работы студентов. Курсовая работа была разработана на основании выданного задания кафедрой.

Перспективы развития кулачковых катков в строительно-дорожной отрасли :

Уплотнение грунта вовсе не ограничивается аспектом эксплуатации катка, поэтому новое поколение машин было разработано на основе передовых технологий, способных оптимизировать весь рабочий процесс: от планирования задачи и уплотнения грунта, до анализа результатов после завершения работ.

Достижения и перспективы в сфере уплотнения кулачковых катков:

1. Подготовка с помощью программного обеспечения CompBase.

CompBase - уникальное программное средство, способное предоставить рекомендации по уплотнению и производительности, основываясь на данных испытаниях.

2. Обеспечение производительности с помощью оптимизатора уплотнения (CA3500/4000/5000/6000).

3. Протоколирование с помощью анализатора уплотнения, оснащённого датчиком системы позиционирования GPS.

4. Новые грунтовые катки серии CA имеют статическую линейную нагрузку, изменяемую с шагом по5 кг/см. В сочетании с высокой амплитудой это позволяет уплотнять слой скальной породы толщиной до 1,65 м (модель CA4000D). Увеличенная глубина проработки означает повышение производительности и возможность добиться требуемой степени уплотнения за меньшее количество проходов, что позволяет увеличить топливную экономичность и сократить расходы. Также уменьшается влияние на окружающую среду. Оснащение машины эксцентриковой системой «Silent Weights» ещё в большей степени повышает производительность.

5. Система активного контроля отскока вальца: эта функция предотвращает повреждения и продлевает срок службы катков.

6. В составе системы Anti-spin двигатель оснащается системой экономии топлива(Eco-Mode). В экономичном режиме машина не потребляет больше мощности, чем требуется, что позволяет уменьшить расход топлива и выбросыCO2. Благодаря этой технологии, а также высокой эффективности уплотнения и другим улучшениям, машины нового поколения отличаются существенно меньшим расходом топлива. Результаты исследований подтверждают, что машины с ЭКО-режимом функционирования потребляют на 15-20% меньше топлива, чем аналогичные модели предыдущего поколения.

Новый двигатель Cummins QSB с низким выбросом вредных веществ предлагает внушительный запас мощности и значительные эксплуатационные преимущества. Легкий запуск при низких температурах, низкий уровень шума, быстрая диагностика и приспосабливаемость к изменениям нагрузки - это только некоторые из них.

7. Валец с обечайкой увеличенной толщины обеспечивает эффективное уплотнение и длительный срок службы.

8. Очищающие скребки, разделённые по направлению движения вальца, эффективно выполняют свою функцию и отличаются удобством замены.

9. Высокий потенциал и эффективность обеспечивается сочетанием оптимизированных параметров уплотняющей системы.

10. Расположенные рядом охладитель и радиатор обеспечивают легкую очистку.

11. Усиленный задний мост с надёжными многодисковыми тормозами.

12. Антипробуксовочная система - электронная система управления отслеживает скорость вращения вальца и колес и при помощи делителя потока управляет подачей гидрожидкости для обеспечения сцепления.

13. Плотномер - устройство обеспечивает оператора информацией о степени уплотнения грунта, помогая избежать избыточных проходов, а значит сократить расход топлива и износ машины.

14. GPS-антенна. Позволяет определять положение катка по отношению к выбранной траектории, устраняет необходимость ввода дополнительных данных для ориентировки оператора.

15. Снижение энергоемкости катка, содержащего цилиндрический валец, в полости которого размещены смонтированный на раме посредством осей вал, дебалансы, контактирующие с упорами.

Рисунок 1 - Валец для снижения энергоёмкости катка

16. Валец кулачкового катка, содержащий смонтированный на оси полый цилиндрический барабан с радиальными отверстиями, кулачки с размещёнными в полости барабана частями и приспособление для выдвижения кулачков, отличается тем, что, с целью повышения надёжности и снижения энергоёмкости.

Рисунок 2 - Валец для повышения надёжности и снижения энергоёмкости

17. Валец кулачкового катка, содержащий смонтированный на оси барабан с радиально расположенными кулачками, предрасположен для повышения производительности.

Рисунок 3 - Валец для повышения производительности

18. Специальный кулачок для повышения качества уплотнения обводнённых грунтов.

Рисунок 4 - Кулачок для повышения качества уплотнения

1. Техническая характеристика

Таблица 1 - Техническая характеристика кулачкового самоходного катка

Тип катка	Тяжёлый
Тип трансмиссии	Гидрообъёмная
Число кулачков, шт	180
Диаметр вальца, мм	1335
Ширина вальца, мм	1535
Длина кулачка, мм	222,5
Толщина уплотняемого слоя, мм	260
Скорость движения, км/ч	До 5
Количество ведущих вальцов, шт	2
Число кулачков в ряду	8
Давление кулачка на грунт, МПа	4-10
Уплотняющая поверхность кулачка, см2	50
Масса катка, т	9

2. Описание и обоснование выбранной конструкции

Сегодня в России эксплуатируются катки отечественного производства, и импортные. Производители стремятся выпускать дорожную технику хорошего качества с высокими техническими характеристиками, а изобретатели и рационализаторы постоянно вносят изменения в конструкцию машин.

В зависимости от конструкции вальцов катки разделяются на катки с гладкими вальцами, кулачковые, решетчатые и сегментные. В этом курсовом проекте рассматривается кулачковый каток.

У кулачковых катков на вальцах закрепляются кулачки - шишкообразные выступы правильной формы. Их применяют на обводнённых, комковатых, рыхлых грунтах. Особенность прохода таких катков заключена в том, что сначала в грунт входят не только кулачки - погружается даже сам валец. Но в дальнейшем, после уплотнения, такого не происходит.

В зависимости от способа передвижения кулачковые катки делятся на 2 типа: прицепные и самоходные. Самоходные катки имеют металлические кулачковые вальцы или колеса на пневматических шинах. Прицепные катки состоят из гладкого металлического вальца, закрепленного на оси и вращающегося в подшипниках, укрепленных в раме.

Установленные на обечайках вальцов кулачки (шипы), позволяют ему легко входить в грунт на начальном этапе уплотнения. При дальнейших проходах катка, погружение в грунт становится все более затруднительным за счет его уплотнения. Кулачковые катки в зависимости от расчетных контактных давлений (МПа) делятся на три типа: лёгкие (0,4 - 2), средние (2 - 4), тяжелые (4 - 10).

По числу и расположению вальцов кулачковые катки разделяются на

а - одноосный одновальцовый; б - одноосный одновальцовый с поддерживающими вальцами; в - одноосный одновальцовый с поддерживающими колесами; г - двухосный двухвальцовый; д - двухосный трехвальцовый; е - двухосный трехвальцовый с дополнительным вальцом малого диаметра ; ж - трехосный трехвальцовый.

Рисунок 5- Схемы катков

В данном курсовом проекте выбираем конструктивную схему кулачкового катка двухосного двухвальцового, с двумя ведущим вальцами, так как каток преодолевает большие сопротивление при передвижении по обводнённому грунту.



Рисунок 6- Конструктивная схема кулачкового самоходного катка

1 - бак; 2-валец ведущий,2 шт.; 3-кабина; 4-опорная рама; 5-поворотное устройство; 6-поворотные цилиндры; 7-рама; 8-рукава; 9-скребки.

Рисунок 7 - Разновидность кулачков грунтоуплотняющий катков

а - симметричные (реверсивные) кулачки; б - шиповые кулачки (в форме усеченного конуса); в - сегментные (в форме равнобедренной трапеции).

Кулачки могут иметь различную форм, однако они должны обеспечивать уплотнение на max толщину отсыпаемого слоя и min разрыхление поверхностного слоя при выходе кулачка из грунта.

В плане опорная поверхность кулачка выполняется круглой, квадратной или эллиптической.

Практика показывает, что удовлетворительная работа имеет место в том случае, когда количество кулачков, приходящиеся на 1 м2 поверхности вальца, равно 20…25 для лёгких и средних и 15-20 для тяжёлых катков. Целесообразно располагать кулачки в шахматном порядке.

Также разрабатываются новые кулачковые катки, например:

Положительные свойства кулачкового катка

1. Контакт с грунтом происходит на малой площади, что обеспечивает большее удельное давление.

2. По мере увеличения плотности слоя глубина погружения кулачков уменьшается, чем обеспечивается равномерное уплотнение слоя по толщине за исключением самой верхней его части.

3. Поверхность грунта после уплотнения имеет неровности, благодаря чему создается лучшая связь между слоями.

4. Производительность самоходных кулачковых катков в 2--3 раза выше, чем у прицепных, вследствие большей скорости уплотнения. При увеличении скорости движения катков возрастает динамическое воздействие кулачков на грунт и повышается плотность грунта.

5. В отличии от катков на пневмошинах кулачковые катки создают большее нормальное контактное напряжение, вследствие чего кулачки интенсивно погружаются в грунт.

Рисунок 8- Каток грунтовый кулачковый Dynapac CT300

Недостаток указанных кулачковых катков заключается в том, что они наиболее эффективны лишь при уплотнении обводнённых грунтов, , что исключает применение кулачковых катков для уплотнения дорожных одежд.

Технические мероприятия по устранению недостатков: уменьшение габаритных размеров катка, безусловно, привело к резкому снижению веса, и как следствие уменьшению контактных давлений кулачка на грунт. Чтобы компенсировать уменьшение веса, в отсек над передним вальцом вставляют балласт, в виде железобетонных пластин, а сами вальцы через заливные отверстия наполняют жидким балластом.

Таблица 2 - Техническая характеристика прицепных кулачковых катков

Показатель	ДУ-26	ДУ-32А	ДУ-ЗА
Тип катка	легкий	средний	тяжелый
Диаметр вальца без кулачков, мм	1400	2000	2400
Ширина вальца, м	1,8	2,6	2,8
Глубина уплотнения, м	0,15...0,20	0,20...0,25	0,20...0,30
Удельное давление, кгм/см2	50	69	75,9
Длина кулачков, мм	200	250	350
Число кулачков	160	198	180
Необходимое число проходов по одному следу	6-10	6-10	4-8
Ширина уплотняемой полосы, мм	1800	2600	2800
Масса без балласта / с балластом, т	5/9	8,5/18	12,3/30

Таблица 3 - Техническая характеристика комбинированных самоходных катков

Наименование	Марка	Масса катка, т	Ширина уплотняемой полосы, м	Скорость передвижения, км/ч
Каток вибрационный самоходный с кулачковыми катками	ДУ-74-1	9,5	1,7	7-12
	ДУ-74-1 (1Б)	9,7	2,0	7-12
Каток с кулачковым вальцом	ДУ-57-2	20	2,4	0-10
Каток вибрационный прицепной с кулачковым вальцом	ДУ-70-1	6,3	2,0	3-6
	КП-6-1	8	2,0	1-4

Расчёты

3. Выбор основных параметров

Определение основных параметров катка

- толщина уплотняемого слоя грунта в плотном теле; - длина кулачка;

- диаметр вальца; В - ширина вальца; G - сила тяжести катка.

Определение минимального поперечного размера опорной поверхности кулачка [7]

(1) где - толщина уплотняемого слоя грунта в плотном теле.

Принимаем [7].



Определение длины кулачка [7]

,

где - толщина поверхностного разрыхленного слоя , [7].

Определение диаметра вальцов по формуле [7]

Диаметр вальца катка связан с длиной кулачка зависимостью

;

Определение ширины вальца катка по [7]

Определение потребного числа проходов



где F - площадь опорной поверхности кулачка, см2, F =45 см2;

- общее число кулачков, ;

- коэффициент , учитывающий неравномерность перекрытия поверхности кулачками [7].

S - контактная поверхность вальца катка с грунтом, см2;

n - число кулачков в ряду.

.

Определение числа кулачков в ряду графически

Рисунок 9 - Схема расположения кулачков на вальце в шахматном порядке

Определяем массу катка по формуле

где q - удельное давление кулачка на грунт , q = 1000 Н/см2;

F - площадь опорной поверхности кулачка, см2, F =45 см2;

Принимаем массу катка G = 9 т.

Тяговый расчёт

Определение сопротивления перекатыванию катка по грунтовой дороге

,

где - коэффициент сопротивления перекатыванию, ,/2/;

- уклон, [2].

Определение сопротивления от сил инерции при трогании с места

,

где V - скорость движения катка, V=1м/с;

- время разгона, ;

m - масса катка, т;

- коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс: трансмиссии, двигателя и вальцов катка, =1,1 [5].

Определение силы тяжести катка, приходящейся на направляющий валец. кулачковый самоходный каток грунтовой

,

где - масса катка, приходящаяся на направляющий валец.

.

Определение дополнительного сопротивления, возникающего при движении катка на криволинейных участках

,

где - коэффициент сопротивления движению, , [5].

Определение суммарного сопротивления

,

где W1 - сопротивление перекатывания катка по дороге, Н;

W2 - сопротивление от сил инерций, Н;

W3 - дополнительное сопротивление, Н.

.

Сила тяги определяется по формуле

где - сцепной вес катка;

- коэффициент сцепления, [1].

;

.

.

Условие выполняется.

Расчёт и выбор элементов привода

Расчет механизма привода

Задачей расчета является расчет и выбор гидроаппаратуры (гидромотор и гидронасос), а так же объем рабочей жидкости.

Определение максимального момента сцепления

где МКмах - максимальный момент сцепления кулачков с грунтом, Н•м; Rzмах - максимальная нагрузка на ведущий (задний) валец, Н;



Рисунок 10 - Определение размера радиуса динамического

- коэффициент сцепления вальца с материалом, =1;

- коэффициент сопротивления движителю, f=0,25;

rд - радиус динамический, м. Принимаем равным радиусу заднего вальца rд=0,816 м.

;

Определение максимального крутящего момента

,

где zМ - число гидромоторов, приводящих в действие данный элемент (задний валец) движителя, zМ=2;

iкр - передаточное число редуктора, iкр=25;

зкр - к.п.д. привода, зкр= 0,85.

.

Выбор гидромотора

Выбираем гидромотор по максимальному крутящему моменту [4] с параметрами

Таблица 4 - основные параметры гидромотора МР-1100А

Рабочий объем, см3	1126
Давление на входе, МПа: номинальное максимальное	21 25
Частота вращения, мин-1 номинальная максимальная минимальная	100 280 1
Номинальный расход, л/мин	119
Крутящий момент гидромотора, кН•м номинальный страгивания	3,38 3,06
Полный кпд	0,85
Объемный кпд насоса	0,94
Гидромеханический кпд	0,90

Определение максимального расхода жидкости

,

где qМ - рабочий объем, м3;

VКmax - максимальная скорость катка, м/с, VКmax=1,38 м/с;

iкр - передаточное число редуктора, iкр=25;

zтр - число работающих гидромоторов в транспортном режиме;

rд - радиус динамический, принимаем равным радиусу заднего вальца, rд=0,816 м.



Определение минимального расхода жидкости

;

Определение минимального давления в гидросистеме

;

Определение максимальной производительности

,

где зон - к.п.д. объемный насоса, зон=0,94.

Определение мощности привода насоса

,

где Qн - номинальный расход гидромотора, м3/с;

рн - номинальное давление, Па;

зпрп - механический кпд привода насоса, зпрп=0,9.

4. Расчёт двух элементов механизма поворота на прочность

Расчет механизма поворота

Рисунок 11- Расчётная схема поворота катка

На рисунке 11 показаны силы и моменты, действующие на шарнирно-сочленённую машину при повороте. Рассмотрим установивший поворот.

Уравнения равновесия для этого случая будут равны



В полученной системе уравнений боковые силы определяются по формулам

где - коэффициенты увода.

углы увода, определяем из расчётной схемы:

.

Тогда

Определение усилий гидроцилиндров

Параметры гидроцилиндров: D = 80 мм, d = 36 мм, р = 20 МПа.

Для поршневой полости

Для штоковой полости

Подставим в уравнение (26) необходимые силы и определим момент сопротивления повороту катка

Расчет на прочность пальца крепления гидроцилиндров

Рисунок 12 - Схема крепления гидроцилиндра



Рисунок 13 - Расчётная схема

Определим силу Rb по формуле

,

где - максимальное усилие в гидроцилиндрах, = 100,5кН.

Определение максимально изгибающего момента

Определение напряжения изгиба

,

где -момент сопротивления изгиба, кН;

- допускаемое напряжение на при изгибе, = 287 МПа для стали марки Ст3 Г сп, ГОСТ 380-80.

где - диаметр пальца.

Определим диметр пальца по формуле

Расчет прочности швов соединений

Угловые швы рассчитывают на срез по сечению, а прямые на растяжение и сжатие. Рассматриваем угловой шов.



Рисунок 14 - Схема кронштейна при срезе

,

где - допускаемое напряжение при срезе, = 60 МПа.

Определим площадь среза

,

где а = 0,02 м, Н=0,1 м, К=0,005м.

Исходя из конструкторских соображений изменяем размеры сечения кронштейна:

а = 0,1 м, Н=0,15 м, К=0,005м.

Определение производительности катка

,

где -длина уплотняемого участка;

-толщина уплотняемого слоя в плотном теле;

B - ширина уплотняемого участка;

-коэффициент использования рабочего времени [2]; =0,85;

0,2 - величина перекрытия смежных проходов, м;

- рабочая скорость, м/ч;

- время затрачиваемое на поворот, ч

Заключение

В ходе данного контрольной работы были рассчитаны основные механизмы кулачкового катка. Все механизмы удовлетворяют требованиям надежности, удобствам монтажа и демонтажа, обслуживанию, безопасности, и на основе этого курсового проекта была выбрана конструктивная схема катка.

При выполнении данного курсового проекта были закреплены знания, полученные за прошедший период обучения не только по дисциплине СДМ, но и по другим предметам.

Список использованных источников

1. Справочник конструктора дорожных машин. Изд. 2-е, переработ. и доп. Под ред. д.т.н. проф. Борадачева И.П. - М.: Машиностроение 1973.-504 с.

2. Хархута Н.Я. Машины для уплотнения грунтов: теория, конструкция и расчет. Изд. 2-е перераб. и доп. -Ленинград: Машиностроение 1973.-176 с.

3. Лиошенко В.И. Проекты по строительным и дорожным машинам: методические указания для студентов дневной и заочной формы обучения (специальности 170900, 230100). - Омск: Издательство «Академия», 2005. - 40 с.

4. Галдин Н.С. Элементы объемных гидроприводов мобильных машин: справочные материалы; Учебное пособие. - Омск: Издательство СибАДИ, 2005. - 127 с.

5. Дорожные машины: Ч. 2. Машины для устройства дорожных покрытий/К.А. Артемьев, Т.В. Алексеева, В.Г. Белокрылов и др.; - М.: Машиностроение, 1982. - 396 с.

6. Брянский Ю.А. и др. Тягачи строительных и дорожных машин: учебное пособие для студентов высший учебных заведений, обучающихся по специальности «Строительные и дорожные машины и оборудование».- М.: Издательство «Высшая школа», 1976.-360 с.

7. Доценко А.И. Машины для земляных работ: рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов РФ по образованию в области строительства в качестве учебника для студентов, обучающихся по направлению 270100 «Строительство».-Москва: Издательский Дом «Бастет», 2012.-688 с.

Размещено на Allbest.ru

...