Изменение некоторых технических характеристик катка ДУ-47а - Курсовая работа

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 надежности 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. 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.

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 надежности 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 оснащенные 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 определенную величину. Применение их обусловлено конструктивной простотой и надежностью 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, обращенную 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 натека 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 путем 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 тяжелых условиях, на предельном подъеме 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 учетом 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 ? V / tr ? 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 ? 2,52 / 2,3 ? 1,15 = 7,5 км.

Дополнительное сопротивление, возникающее при движении катка по криволинейным участкам

W3 = k" ? G" где: k" - коэффициент сопротивления = 0,2;

G - сила тяжести катка, приходящаяся на направляющийся валец.

W3 = 0,2?20 = 40 км.

Сопротивление сил затрачиваемых на ВБУ

W4 = ?p?Qв / ? где: ? - коэффициент полезного действия = 0,6-0,7;

?p - разряжение в камере 20 Кпа;

Qв - расход воздуха.

W4 = 20?0,065 / 0,65 = 2,0 км.

?W = 13,8 7,5 4 2,1 = 27,4 = Т

N = (0,277 ?27,4 ? 2,55) / 0,6 = 31,6 квт

Выбираем двигатель Д - 37 Е.

2.2 Расчет шпонки на валу гидромотора в k

С С h d

Рис. 8.

Призматическую шпонку вала гидромотора, ее 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 ? 0,45 ? 5 ? 1500 = 11390 кг/см.

Условия прочности сечения С-С на срез : [ М кр max ] = 0,75 ? (d k) ? в ? L [ jcp ] каток механизм прочность гидроцилиндр где : в -ширина шпонки;

[ jcp ] - 1050

[ М кр max ] = 0,75 ?(4,5 0,45) ?1,4 ?5 ?1050 = 272,86 кг/см.

Клиномерная передача

Угол охвата

Ул = 180 - 57 (d2 - d1)/а где: d1 - диаметр ведомого шкива;

d2 - диаметр ведущего шкива;

а - межосевое расстояние.

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

Длина ремня: L = 2а 0,5 П (d1 d2) (d2-d1)? =

2 ?480 0,5 ? 3,14 (360) 120?/ 4а =

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

Межосевое расстояние находим: А = 0,25 [ (Lr - W) v (Lr - W)? - 2 У] =

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

0,25 [967,5 952,5] = 480 см.

Ро - 9,8 квт

С? - 0,93

Ср - 1,2

С? - 0,96

Рассчитываем количество ремней: Z = Р?Ср / Ро?С??С? = 15,7 ?1,2 / 9,8?0,93?0,96 = 2,9 = 3

Z = 3 принимаем количество решений

Расчет каната

Максимальное усилие в канате определяется по формуле

Sб = Q / m ? где: Sб - усилие в канате Н;

Q - усилие на конце каната Н;

m - кратность полиспаста;

? - КПД полиспаста = 0,97.

Sб = 0,25 / 1 ? 0,97 = 0,25

Разрыв усилия в канате определяется по формуле: S раз = К ? Sб

Где

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

S раз = 5?0,25 = 1,25

Примем канат марки ЛКР 6?19 1 ос ГОСТ 2688 - 80.

Расчет на прочность вала компрессора

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

Определяем запас прочности: S = S? ?S? / v S?? S??

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба: ? - 1 = 0,43 ?в = 0,43? 780 = 335 Мпа ?в = 780 Мпа

Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений: ? - 1 = 0,58 (? - 1) = 0,58?335 = 193 Мпа ? - 1 предел выносливости при симметричном цикле изгиба = 335 Мпа

Коэффициент запаса прочности: S? = (? - 1) / [(К? / Е?) ? ?v], где ?-1 предел выносливости при симметричном цикле изгиба равен 335 Мпа;

К?-эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений равен 1,8;

Е? масштабный фактор равен 0,87;

?v амплитуда цикла нормальных напряжений равен 9,7.

Коэффициент запаса прочности по кабельным напряжениям: S? = (? - 1) / [(К?/Е?) ??v ч? ?m], где ? - 1 предел выносливости по касательным напряжениям равен 193;

К? эффективный коэффициент касательных напряжений равен 1,68;

Е? -масштабный фактор касательных напряжений равен 0,1;

?v- амплитуда касательных напряжений равен 10,6;

?m -среднее напряжение касательных напряжений;

S? = 193 / [(1,68/0,76)?10,06 0,1 10,6] = 7,85

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

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

2.3 Расчет на прочность пальца крепления гидроцилиндра

P

Ra A B Rв

L \ 2

100

1120

Рис. 9.

Действующую нагрузку Р определяем по формуле: Р = Р? ? Fn где: Р? -давление в гидроцилиндре

Fn -площадь поршня цилиндра

Fn = ? ? D? = 3,14 ? 9 = 28,2 см?

Р = 16 ? 10??10? ? 28 10? ? 10? = 44800м = 44,8 км.

Реакция опор точек А и В: Ra = Rв = Р / 2

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

Определяем изгибающий момент: М изг = R ? L / 2 = 22400 ? 0,1 / 2 = 1120 м.

Допускаемый предел текучести: [ ? ] для стали 45 [ ?т ] = 353 Мпа ?? = М / W ? [ ? ] где

W момент сопротивления изгибу

[ ? ] = ?т / кз где кз коэффициент запаса = 1,5

[ ? ] = 353 /1,5 = 235 Мпа

W = ? d? /32 = 3,14 ? 0,05? / 32 = 1,2 ?10?5 м? ? = 1120 / 1,2? 10 -5 = 933,3 10?5 н/м?

Проверим с допускаемым: ? =93,33 ?10??235 ? 10??10? = [ ? ]

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

[?]ср<1500кг/см2

Таким образом, расчетное напряжение среза меньше допустимого: [?]ср> ?ср

[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 : [?]изг=3400кг/см2

Таким образом, расчетное напряжение изгиба меньше допустимого: ?изг=[?]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 грузоподъемностью 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.

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 слоев 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 .ru