2.3. Предлагаемый вариант модернизации катка

Для повышения технико-экономических показателей и универсальности катка необходимо повысить его уплотняющую способность. Для достижения таких параметром можно увеличить массу катка, что приведет к повышению энергетических затрат, либо необходимо создать такую конструкцию машины, которая позволит при небольшой массе катка уплотнять грунт с таким же коэффициентом уплотнения как и более тяжелые катки. То есть, чтобы за первые 2-3 прохода каток уплотнял грунт лишь за счет статической нагрузки, а за тем увеличить ее за счет изменения центра тяжести(рис. 5).

Положение 1

Положение 2

Рама с кабиной управления 1, пригруза 2, подрамы 3, расположенных с двух сторон рамы гидроцилиндров 4 и 5, переднего вальца 6, заднего вальца 7, скребка заднего вальца 8, скребка переднего вальца 9 и силовой установки.Рисунок 5 – схема катка предлагаемой модернизации

По конструкции данная модель прототип ДУ-98, отличающаяся конструкцией, повышенной эффективностью и производительностью.

3 Расчет основных технологических параметров

3.1 Расчет производительности

Производительность дорожных катков пропорциональна их скорости движения. Однако для получения качественной укатки без сдвига материала и без образования волн необходимо двигаться со скорость 1,7…2 км/ч. При заключительных проходах разрешается двигаться со скоростью более 2,5 км/ч.

Производительность прицепных дорожных катков Q, м²/ч определяется по формуле

Q = L₁∙H₀∙(B-b)∙k_B/(L₁/v-t_n)

где L₁–длина укатываемого участка, м (принимаем L₁=50 м);

H₀–толщина уплотняемого слоя в плотном теле, м (принимаем H₀=0,2м);

В– ширина вальца, м (В = 2 м);

b–ширина перекрытия укатываемой полосы при последующих проходах катка, м, b = 0,15…0,2 м, (принимаем b = 0,2 м);

v–рабочая скорость движения катка, км/ч (v_ср = 1250 м/ч);

k_B– коэффициент использования катка по времени (k_B = 0,8…0,9, принимаем k_B = 0,8);

t_n–время, затрачиваемое на поворот, ч (принимаем t_n = 0,01 ч).

Q = 50∙0,2∙(2-0,2)∙0,8/(50/1250-0,01) = 480 м²/ч.

3.2 Тяговый расчет

При тяговом расчете катков исходят из следующих требований: сила тяги трактора должна быть равна или больше суммы сопротивлений, возникающих при работе катка в наиболее тяжелых условиях, т.е.

Т_тр> .

При работе катка возникают следующие сопротивления:

W₁–сила сопротивления качению при передвижении катка по уплотняемому материалу;

W₂– сила сопротивления, возникающая при преодолении подъемов;

W₃–сила сопротивления инерции ускоренного или замедленного движения катка;

W₄– сила сопротивления, возникающая при проходе катка на поворотах.

Таким образом, общее сопротивления катка определяется

= W₁+W₂+W₃+W₄.

Сила сопротивления при передвижении катка W₁,, Н, определяется по формуле

W₁ = f∙G,

где f - коэффициент сопротивления качению (принимаем f=0,15);[1]

G–вес катка (G = 80000 Н).

W₁ = 0,15∙80000 =12000 Н.

Сила сопротивления, возникающая при преодолении подъема W₂, Н, определяется по формуле:

W₂ = G∙sinα= G∙tgα=G∙i,

где α– угол подъема дороги;

i–уклон дороги.

W₂ = 80000∙0,25 = 20000 Н.

Сила сопротивления инерции ускоренного движения катка (при трогании катка) W₃, Н, определяется по формуле

W₃ = W₃+W₃,

где W₃ - сила сопротивления инерции поступательно движущейся массы катка;

W₃– сила сопротивления инерции вращающихся масс катка.

Сила сопротивления инерции поступательно движущейся массы катка W₃, Н, определяется по формуле

W₃ = (G/g)∙a,

где a– ускорение поступательного движения катка, м/с²,

a = V_p/t_p

гдеV_p– скорость разгона катка, м/с (принимают наибольшую скорость движения катка на данной передаче)

t_p–время разгона катка, с (в зависимости от типа катка принимают от 2 до 5 с, t_p=5).

a = 8/5 = 1,6 м/с².

W₃ = (80000/9,8)∙1,6=12800 Н.

Сила сопротивления инерции вращающихся масс катка W₃, Н, определяется по формуле

W₃ = z₁∙(I₁/r₁)E₁,

гдеz₁–число ведомых вальцов;

I₁–момент инерции ведомого вальца, Н∙м∙с²;

r₁– радиус ведомого вальца, м;

E₁– угловое ускорение ведомого вальца, рад/с².

Из-за небольшой скорости катков силы сопротивления инерции вращающихся масс катка невелики и ими обычно пренебрегают.

Сила сопротивления движения катка на поворотах W₄, H, определяется по формуле

W₄ = k₀∙G₁,

где k₀– опытный коэффициент, при движении катка по рыхлому щебню принимается k₀= 0,3;

G₁,- вес катка, приходящийся на ведомый направляющий валец.

W₄ = 0,3∙80000 = 24000 Н.

= 12000+20000+12800+24000 = 68800 Н.

Потребную силу тяги тягача необходимо проверять по условию сцепления шасси с уплотняемым материалом.

Чтобы не было буксования тягача, необходимо выполнение условия

T_окр= ≤G_сц∙φ_сц,

где G_сц– вес тягача (G_сц=120000 Н);

φ_сц– коэффициент сцепления шасси с покрытием (принимаем φ_сц = 0,6).

T_окр=68800≤72000 Н.

По суммарной силе сопротивления и необходимой силе тяги определяют мощность N, Вт, необходимую для передвижения катка, по формуле

N = (T_окр∙v)/(3,6∙h),

где v - скорость движения катка, км/ч (v = 1,25км/ч);

h–общий КПД передач от двигателя к шасси.

N = (72000∙1,25)/(3,6∙0,4) = 62500 Вт.