Расчет параметров резания автогрейдера и определение параметров виброплиты

Министерство образования и наук

Российской Федерации

Саратовский государственный технический Университет

Кафедра: «Подъёмно-строительные и дорожно-монтажные машины и оборудование»





















КУРСОВАЯ РАБОТА

по Рабочие процессы СДМ

по теме: «Расчет параметров резания автогрейдера и определение параметров виброплиты»



Выполнил: студент гр. ПСМ-31

Ефимов А.В.

Проверил: Куприянов М.В.









Саратов 2010 г.






Содержание



I. Расчет параметров резания автогрейдера

II. Определение параметров виброплиты

2.1 Назначение

2.2 Классификация

2.3 Устройство и процесс работы виброплиты

2.4 Выбор партатипа

2.5 Расчет параметров виброплиты

Список литературы






I. Расчет параметров резания автогрейдера



Данные для расчета:

М=13т Масса автогрейдера;

G=Mg=12*9,8=117,6кН;

L=5,3м Колёсная база автогрейдера;

l=1,4м и b=0,84м расстояние до реакций опоры;

Kc=0,58; n=0,45; m=-0,35 Коэффициенты отклонения реакций на ноже;

f=0,1 коэффициент трения на ноже;

 э=0,6 отношение нагрузки относительно мостов, экстремальное значение сцепного веса;

Значение коэффициента отклонения реакций на ноже Kx при соответствующем значении коэффициента положения центра тяжести C2:



Kx

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0,83

0,58

0,28

0

C2

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9



Производим расчет при значении коэффициента положения центра тяжести C2=0,1 и соответствующему значение коэффициента отклонения реакций на ноже Kx=0,2.



Расчетная схема автогрейдера. 






1. Находим продольную реакцию на ноже.









2. Находим суммарную реакцию грунта на задний мост автогрейдера со стороны грунта по формуле:











3. 







4. Вертикальная реакция грунта определим по формуле:









5. Горизонтальная реакция грунта определим по формуле










6. Сила сопротивления перемещения автогрейдера:











7. 





8. Вычисляем разницу 

Если  оставляем полученное значение, если 

то рассчитываем  и подставляем это значение, производим перерасчет со 2ого пункта до тех пор, пока разница не достигнет .





9. 





2’. Находим суммарную реакцию грунта на задний мост автогрейдера со стороны грунта












3’. 





4’. Вертикальная реакция грунта определим по формуле:









5’ Горизонтальная реакция грунта определим по формуле









6’. Сила сопротивления перемещения автогрейдера:











7’. 





8’. Вычисляем разницу 

Если  оставляем полученное значение, если 

то рассчитываем  и подставляем это значение, производим перерасчет со 2ого пункта до тех пор, пока разница не достигнет .



Определяем боковые составляющие суммарных сил сцепления (1 алгоритм)



10. 







11. 





Определяем значение сцепного веса для переднего моста.



12. 





При  решение по первому алгоритму,

При  решение по второму алгоритму,



Второй алгоритм:






1. 

2. 



3. Вычисляем разницу 

Если  оставляем полученное значение, если 

то рассчитываем  и подставляем это значение, производим перерасчет с 1ого пункта до тех пор, пока разница не достигнет 



4. 



Для облегчения расчетов воспользуемся программой MS Excel. Полученные данные сведём в таблицу.








Kx=

0,2



Kx=

0,2



C2=

0,1



C2=

0,1



Rx=

7,301835

кН

Rx=

3,724652

кН

z2=

11,07194

кН

z2=

11,40902

кН

P2=

6,643165

кН

P2=

6,845414

кН

y2=

0,28084

кН

y2=

0,143256

кН

x2=

6,649099

кН

x2=

6,846913

кН

F=

10,584

кН

F=

10,584

кН

Rx'=

-3,9349

кН

Rx'=

-3,73709

кН

[Rx-Rx']

3,366934

кН

[Rx-Rx']

-0,01243

кН

Rx"=

3,724652

кН

Rx"=

-3,05875

кН







y1=

1,532838

кН







z1=

104,8873

кН







Q1=

0,014614

кН



Производим расчет при значении коэффициента положения центра тяжести C2=0,2 и соответствующему значение коэффициента отклонения реакций на ноже Kx=0,4.



Kx=

0,4



Kx=

0,4



Kx=

0,4



Kx=

0,4



C2=

0,2



C2=

0,2



C2=

0,2



C2=

0,2



Rx=

14,29306

кН

Rx=

17,8451

кН

Rx=

4,997763

кН

Rx=

4,475042

кН

z2=

22,17315

кН

z2=

21,83844

кН

z2=

23,04906

кН

z2=

23,09831

кН

P2=

13,30389

кН

P2=

13,10307

кН

P2=

13,82943

кН

P2=

13,85899

кН

y2=

0,549733

кН

y2=

0,68635

кН

y2=

0,192222

кН

y2=

0,172117

кН

x2=

13,31525

кН

x2=

13,12103

кН

x2=

13,83077

кН

x2=

13,86006

кН

F=

9,408

кН

F=

9,408

кН

F=

9,408

кН

F=

9,408

кН

Rx'=

3,907245

кН

Rx'=

3,713029

кН

Rx'=

4,42277

кН

Rx'=

4,452057

кН

[Rx-Rx']

10,38581

кН

[Rx-Rx']

14,13207

кН

[Rx-Rx']

0,574993

кН

[Rx-Rx']

0,022985

кН

Rx"=

17,8451

кН

Rx"=

4,997763

кН

Rx"=

4,475042

кН

Rx"=

4,454146

кН



















y1=

1,841652

кН



















z1=

92,93542

кН



Производим расчет при значении коэффициента положения центра тяжести C2=0,3 и соответствующему значение коэффициента отклонения реакций на ноже Kx=0,6.




Kx=

0,6



Kx=

0,6



Kx=

0,6



Kx=

0,6



C2=

0,3



C2=

0,3



C2=

0,3



C2=

0,3



Rx=

20,99308

кН

Rx=

31,68889

кН

Rx=

13,04686

кН

Rx=

12,28109

кН

z2=

33,30181

кН

z2=

32,29393

кН

z2=

34,05058

кН

z2=

34,12274

кН

P2=

19,98108

кН

P2=

19,37636

кН

P2=

20,43035

кН

P2=

20,47365

кН

y2=

0,807426

кН

y2=

1,218803

кН

y2=

0,501802

кН

y2=

0,47235

кН

x2=

19,99739

кН

x2=

19,41465

кН

x2=

20,43651

кН

x2=

20,47909

кН

F=

8,232

кН

F=

8,232

кН

F=

8,232

кН

F=

8,232

кН

Rx'=

11,76539

кН

Rx'=

11,18265

кН

Rx'=

12,20451

кН

Rx'=

12,24709

кН

[Rx-Rx']

9,227686

кН

[Rx-Rx']

20,50623

кН

[Rx-Rx']

0,842344

кН

[Rx-Rx']

0,033995

кН

Rx"=

31,68889

кН

Rx"=

13,04686

кН

Rx"=

12,28109

кН

Rx"=

12,25018

кН



















y1=

5,054141

кН



















z1=

79,17888

кН



















Q1=

0,063832

кН



Производим расчет при значении коэффициента положения центра тяжести C2=0,4 и соответствующему значение коэффициента отклонения реакций на ноже Kx=0,8.



Kx=

0,8



Kx=

0,8



Kx=

0,8



Kx=

0,8



C2=

0,4



C2=

0,4



C2=

0,4



C2=

0,4



Rx=

27,41971

кН

Rx=

45,27296

кН

Rx=

21,08603

кН

Rx=

20,08781

кН

z2=

44,45622

кН

z2=

42,77389

кН

z2=

45,05305

кН

z2=

45,14711

кН

P2=

26,67373

кН

P2=

25,66434

кН

P2=

27,03183

кН

P2=

27,08827

кН

y2=

1,054604

кН

y2=

1,741268

кН

y2=

0,811001

кН

y2=

0,772608

кН

x2=

26,69457

кН

x2=

25,72334

кН

x2=

27,04399

кН

x2=

27,09928

кН

F=

7,056

кН

F=

7,056

кН

F=

7,056

кН

F=

7,056

кН

Rx'=

19,63857

кН

Rx'=

18,66734

кН

Rx'=

19,98799

кН

Rx'=

20,04328

кН

[Rx-Rx']

7,781142

кН

[Rx-Rx']

26,60562

кН

[Rx-Rx']

1,098041

кН

[Rx-Rx']

0,044531

кН

Rx"=

45,27296

кН

Rx"=

21,08603

кН

Rx"=

20,08781

кН

Rx"=

20,04733

кН



















y1=

8,266908

кН



















z1=

65,42216

кН



















Q1=

0,126363

кН






Производим расчет при значении коэффициента положения центра тяжести C2=0,5 и соответствующему значение коэффициента отклонения реакций на ноже Kx=1.



Kx=

1



Kx=

1



Kx=

1



Kx=

1



C2=

0,5



=

0,5



C2=

0,5



C2=

0,5



Rx=

33,58937

кН

Rx=

58,61291

кН

Rx=

29,11527

кН

Rx=

27,89457

кН

z2=

55,63485

кН

z2=

53,27686

кН

z2=

56,05645

кН

z2=

56,17147

кН

P2=

33,38091

кН

P2=

31,96612

кН

P2=

33,63387

кН

P2=

33,70288

кН

y2=

1,291899

кН

y2=

2,254343

кН

y2=

1,119818

кН

y2=

1,072868

кН

x2=

33,4059

кН

x2=

32,04551

кН

x2=

33,6525

кН

x2=

33,71996

кН

F=

5,88

кН

F=

5,88

кН

F=

5,88

кН

F=

5,88

кН

Rx'=

27,5259

кН

Rx'=

26,16551

кН

Rx'=

27,7725

кН

Rx'=

27,83996

кН

[Rx-Rx']

6,063467

кН

[Rx-Rx']

32,4474

кН

[Rx-Rx']

1,342769

кН

[Rx-Rx']

0,054618

кН

Rx"=

58,61291

кН

Rx"=

29,11527

кН

Rx"=

27,89457

кН

Rx"=

27,84492

кН



















y1=

11,47969

кН



















z1=

51,66543

кН



















Q1=

0,222193

кН



Производим расчет при значении коэффициента положения центра тяжести C2=0,6 и соответствующему значение коэффициента отклонения реакций на ноже Kx=0,83.



Kx=

0,83



Kx=

0,83



Kx=

0,83



Kx=

0,83



C2=

0,6



C2=

0,6



C2=

0,6



C2=

0,6



Rx=

28,36116

кН

Rx=

61,12762

кН

Rx=

36,69065

кН

Rx=

35,68305

кН

z2=

67,88751

кН

z2=

64,7999

кН

z2=

67,10261

кН

z2=

67,19756

кН

P2=

40,7325

кН

P2=

38,87994

кН

P2=

40,26157

кН

P2=

40,31854

кН

y2=

1,090814

кН

y2=

2,351062

кН

y2=

1,411179

кН

y2=

1,372425

кН

x2=

40,74711

кН

x2=

38,95096

кН

x2=

40,28629

кН

x2=

40,34189

кН

F=

4,704

кН

F=

4,704

кН

F=

4,704

кН

F=

4,704

кН

Rx'=

36,04311

кН

Rx'=

34,24696

кН

Rx'=

35,58229

кН

Rx'=

35,63789

кН

[Rx-Rx']

-7,68195

кН

[Rx-Rx']

26,88066

кН

[Rx-Rx']

1,108364

кН

[Rx-Rx']

0,045164

кН

Rx"=

61,12762

кН

Rx"=

36,69065

кН

Rx"=

35,68305

кН

Rx"=

35,64199

кН



















y1=

14,68495

кН




Производим расчет при значении коэффициента положения центра тяжести C2=0,7 и соответствующему значение коэффициента отклонения реакций на ноже Kx=0,58.



Kx=

0,58



Kx=

0,58



Kx=

0,58



Kx=

0,58



C2=

0,7



C2=

0,7



C2=

0,7



C2=

0,7



Rx=

20,33566

кН

Rx=

60,99074

кН

Rx=

44,15873

кН

Rx=

43,46723

кН

z2=

80,40376

кН

z2=

76,5728

кН

z2=

78,15889

кН

z2=

78,22405

кН

P2=

48,24225

кН

P2=

45,94368

кН

P2=

46,89533

кН

P2=

46,93443

кН

y2=

0,782141

кН

y2=

2,345798

кН

y2=

1,698413

кН

y2=

1,671816

кН

x2=

48,24859

кН

x2=

46,00352

кН

x2=

46,92608

кН

x2=

46,9642

кН

F=

3,528

кН

F=

3,528

кН

F=

3,528

кН

F=

3,528

кН

Rx'=

44,72059

кН

Rx'=

42,47552

кН

Rx'=

43,39808

кН

Rx'=

43,4362

кН

[Rx-Rx']

-24,3849

кН

[Rx-Rx']

18,51522

кН

[Rx-Rx']

0,760647

кН

[Rx-Rx']

0,031033

кН

Rx"=

60,99074

кН

Rx"=

44,15873

кН

Rx"=

43,46723

кН

Rx"=

43,43902

кН



















y1=

17,88844

кН



















z1=

24,16242

кН



















Q1=

0,740341

кН

Второй алгоритм





















z1=

35,28

кН

z1=

25,90745

кН













Rx'=

36,622

кН

Rx'=

36,622

кН













[Rx-Rx']

6,845233

кН

[Rx-Rx']

0,022542

кН













Rx"=

36,64454

кН

Rx"=

21,58955

кН















Производим расчет при значении коэффициента положения центра тяжести C2=0,8 и соответствующему значение коэффициента отклонения реакций на ноже Kx=0,28.



Kx=

0,28



Kx=

0,28



Kx=

0,28



C2=

0,8



C2=

0,8



C2=

0,8



Rx=

10,13447

кН

Rx=

58,79299

кН

Rx=

51,54485

кН

z2=

93,12502

кН

z2=

88,53989

кН

z2=

89,22289

кН

P2=

55,87501

кН

P2=

53,12393

кН

P2=

53,53373

кН

y2=

0,389787

кН

y2=

2,261269

кН

y2=

1,982494

кН

x2=

55,87637

кН

x2=

53,17204

кН

x2=

53,57043

кН

F=

2,352

кН

F=

2,352

кН

F=

2,352

кН

Rx'=

53,52437

кН

Rx'=

50,82004

кН

Rx'=

51,21843

кН

[Rx-Rx']

-43,3899

кН

[Rx-Rx']

7,972954

кН

[Rx-Rx']

0,326424

кН

Rx"=

58,79299

кН

Rx"=

51,54485

кН

Rx"=

51,2481

кН













y1=

21,21269

кН













z1=

10,33641

кН













Q1=

2,052229

кН

Второй алгоритм















z1=

23,52

кН

z1=

16,30966

кН







Rx'=

43,42755

кН

Rx'=

43,42755

кН







[Rx-Rx']

8,1173

кН

[Rx-Rx']

-15,2367

кН







Rx"=

28,19081

кН

Rx"=

13,59138

кН









Производим расчет при значении коэффициента положения центра тяжести C2=0,9 и соответствующему значение коэффициента отклонения реакций на ноже Kx=0.



Kx=

0



C2=

0,9



Rx=

0

кН

z2=

105,84

кН

P2=

63,504

кН

y2=

0

кН

x2=

63,504

кН

F=

1,176

кН

Rx'=

62,328

кН

[Rx-Rx']

-62,328

кН

Rx"=

56,66182

кН

y1=

0

кН

z1=

11,76

кН

Q1=

0

кН






В результате данных полученных при расчете строим график зависимости грунта от положения центра тяжести.







Вывод: по графику можно определить, что при значении коэффициента положения центра тяжести C2=0,7 возникает наибольшая реакция на грунт от ножа Rx=36,64 кН, что является оптимальным при работе автогрейдера.






II. Определение параметров виброплиты



2.1 Назначение



Виброплиты применяются для уплотнения грунтов, гравийно-щебеночных и других дорожно-строительных материалов в различных областях строительства.

Вибрационные плиты обеспечивают большую глубину уплотнения, чем катки, при меньших удельных статических и динамических нагрузках на уплотняемый материал. Это достигается за счет большей площади рабочей поверхности плиты при равных с катком других параметрах. Применение многосекционных виброуплотнителей по сравнению с катками обеспечивает повышение производительности труда в 3—4 раза, высокое качество уплотнения, снижение себестоимости уплотнения в 2,0—2,5 раза.

Привод вибровозбудителей может быть механический, электрический и гидравлический. Электрический и гидравлический приводы делают виброплиты независимыми от тягача и позволяют использовать их по одной или в паре на уплотнении материалов в стесненных местах.

К основным параметрам виброплит относят размеры рабочей площади плиты, вес виброплиты, частоту колебаний, величину вынуждающей силы, скорость передвижения и мощность двигателя.

Минимальный размер площади основания виброплиты должен быть больше толщины уплотняемого слоя.

По опытным данным длину основания виброплиты целесообразно принимать равной 1-1,5 ее ширины.

Требуемое уплотнение грунтов находится в зависимости от веса вибромашин. По мере увеличения веса плотность уплотняемого грунта увеличивается.






2.2. Классификация



Виброплиты различают:

- по способу перемещения в работе — на ручные, самопередвигающиеся, прицепные, крановые (переставляемые краном), навесные;

- по характеру колебаний — с круговыми и направленными колебаниями;

- по виду привода вибратора — механические, гидравлические, электрические и пневматические;

- по весу — легкие весом 0,1—2 Т, средние 2—4 T и тяжелые 4—8 Т.

Наибольшее распространение имеют самопередвигающиеся виброплиты с механическим приводом вибровозбудителя от двигателя внутреннего сгорании и с ручным управлением.

Ручные виброплиты но время работы перемещаются вручную оператором. Применяются они на объектах с малым объемом работ и преимущественно в узких местах. Они изготавливаются весом, до 100 кГ. Большинство ручных виброплит выпускаются с электрическим приводом. В Советском Союзе ручные плиты не производятся. За рубежом они выпускаются фирмами Вакер и Лозенгаузен (ФРГ).

Самопередвигающиеся виброплиты при малых габаритных размерах и небольшом весе по сравнению с другими уплотняющими машинами обладают высокой эффективностью и приспособлены для производства работ в разнообразных условиях, в том числе в стесненных и труднодоступных местах, в которых невозможно или нерационально использование машин других типов.






2.3 Устройство и процесс работы виброплиты



Основными частями самопередвигающихся виброплит являются рабочая плита, вибратор, подмоторная рама, двигатель, трансмиссия, система подвески, механизмы управления. Плиты изготавливаются из стали литыми или сварными. На плите жестко закреплен вибровозбудитель. Привод его осуществляется клиноременной передачей от двигателя внутреннего сгорания, установленного на подмоторной раме. На некоторых моделях виброплит применяются электродвигатели. Самопередвижение виброплиты происходит за счет наклона к вертикали суммарной вынуждающей силы вибратора.

Управление почти всеми плитами — ручное при помощи рукоятки. Выпускаются также виброплиты с механизированным управлением: механизация управления обеспечивается за счет применения вибровозбудителей специальной конструкции.

Схема вибровозбудителя с тремя дебалансами, расположенными в одном корпусе. Средний дебаланс жестко закреплен па общем валу возбудителя и по своему статическому моменту массы равен сумме статических моментов массы двух одинаковых крайних дебалансов, установленных на валу на подшипниках качения. Вал вибровозбудителя вращается на подшипниках качения, установленных в боковых крышках корпуса. Корпус вибровозбудителя имеет цилиндрическую форму. К нижней части корпуса приварены лапы, при помощи которых он прикрепляется к плите. Привод возбудителя осуществляется двумя клиноременными передачами. Изменение направления вращения правого или левого подвижных дебалансов оператор производит штурвалом при помощи червячных и цилиндрических шестеренчатых передач.

При вращении червячных шестерен вперед или назад цилиндрические шестерни будут поворачивать на необходимый угол крайние дебалансы и этим изменять направление суммарной вынуждающей силы и, следовательно, направление движения виброплиты.

При положении всех трех дебалансов, т. е. среднего и двух крайних под углом наклона около +30° к горизонтальной поверхности, виброплита будет двигаться вперед, при установке их под углом 90° виброплита будет работать на месте и совершать вертикально направленные колебания, а при установке под углом —30° к горизонтальной поверхности виброплита будет двигаться назад.

При изменении положения одного из крайних дебалансов, виброплита будет поворачиваться соответственно вправо или влево, а при положении одного дебаланса вперед, а другого назад будет происходить разворот машины на одном месте.

Направление суммарной вынуждающей силы под углом, близким к ±30° к горизонтальной поверхности, является оптимальным как для уплотнения, так и для передвижения.

Возможная схема вибровозбудителя самопередвигающейся виброплиты с механизированным управлением. На общем валу установлены четыре дебаланса. Крайние дебалансы выполнены совместно с приводными шкивами возбудителя, установленными жестко на валу. Средние дебалансы установлены на подшипниках качения и соединены посредством цилиндрических шестерен с червячным колесом. Положение средних дебалансов оператор может изменять при помощи штурвала, изменяя этим направление действия вынуждающей силы. В том случае, когда горизонтальные составляющие средних дебалансов направлены в одну сторону, т. е. совпадают, происходит самопередвижение машины, а в том случае, когда между ними образуется некоторый угол, происходит поворот плиты в сторону меньшей горизонтальной силы.






2.4 Выбор партатипа



За аналог при расчетах выбираем:

Вибромашина ВБ-1 предназначена для уплотнения различных сыпучих материалов (песок, гравий, щебень), тощего бетона, асфальта.







Технические характеристики Вибромашины ВБ-1:

Ширина захвата, 412 мм

Двигатель «Мотор Січ Д-70»

Макс. мощность, 3.4(4.6)+10% кВт (л.с.)

Масса, 6,7 кг

Число оборотов, 9000 об/мин

Число оборотов вибратора, 5000(+400) об/мин

Центробежная сила вибратора, 19,2 кН

Частота вибрации, 120 Гц

Скорость движения, не более 20 м/мин

Способность подъема, не более 30 %

Рабочая площадь, 0,15 м2

Емкость водяного бака, 5,0 л

Уд. расх. топлива при макс. мощности, 1,98 кг/ч

Емкость топливного бака, 2,4 л

Амплитуда колебаний, не более 0,48 мм

Габаритные размеры, 740х430х500 мм

Вес в снаряженном состоянии, 107 кг



2.5 Расчет параметров виброплиты



Исходные данные:

Возмущающая сила Q=19200H

Частота вращение вибратора n=5000 об/мин

Масса вибрирующей массы m1=6,7 кг

Масса всей машины m=107 кг

Мощность привода N=3,4 кВт

Частота собственных колебаний принимаем к=0,

КПД ременной передачи n=0,96

Произведём расчет параметров при угле сдвига фаз равным 0

1. Сила сопротивления найдем по формуле:



,



Где - угол сдвига фаз

=Q выражение принимает вид:







2. Амплитуда колебаний определим по формуле:










w- частота внутренних колебаний





3.Момент определим по формуле:









4. Мощность определим по формуле:









5. Найдем реальную мощность двигателя, учитывая КПД клиноремённой передачи.






,



где КПД клиноремённой передачи =0,96



Далее производим аналогичные расчеты при угле сдвига фаз с шагом равным 5 до 45. Для облегчения расчетов воспользуемся программой MS Excel. Полученные данные сведём в таблицу.










Из таблицы видно, что при угле сдвига фаз равным наблюдается максимальная мощность данного двигателя.

Вывод: в результате проделанной работы, видно, что именно при угле смещения фаз равном 42 ° наблюдаются оптимальные параметры работы виброплиты, а именно, мощность двигателя на соответствующих оборотах, амплитуда вибрации. Следовательно, просчитаны параметры оптимальной работы и уплотнения обрабатываемой поверхности.






Список литературы



	Бауман В.А. «Вибрационные машины в строительстве и производстве строительных материалов» машиностроение 1970г.

	Сластёнов В.В. «Исследование безрезонансного управляемого вибропривода строительных машин» Саратов 1965г.

	Сапожников М.А. «Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций» Высшая школа 1971г.