Дор маш Практ раб НТТК теория 23 09 2013

При укатке по поверхности уплотняемого слоя перекатывается валец, под действием силы тяжести которого слой материала приобретает остаточную деформацию. Эта деформация по мере увеличения плотности будет уменьшаться и к концу укатки будет приближаться к нулю. Для упруговязкопластических материалов, к которым можно отнести большинство дорожно-строительных материалов и смесей, важным фактором при их уплотнении является длительность приложения нагрузки. При кратковременном приложении нагрузки большая часть деформации восстанавливается, тогда как при увеличении длительности при той же нагрузке достигается более значительная остаточная деформация уплотняемого слоя материала.

В последнее время получили распространение пневмошинные катки. При проходе по уплотняемой поверхности вследствие деформации колеса на площадке его контакта с уплотняемым материалом возникает напряженное состояние, продолжительность которого измеряется десятыми долями секунды. За такое время нагрузка успевает распространиться в глубину уплотняемого слоя и вызвать в нем необходимые деформации.

3.2. Основы расчета дорожных катков

Тяговый расчет. Возможность преодоления возникающих сопротивлений определяется максимальным значением окружной силы на ведущих колесах РK max и максимальной силы тяги по сцеплению Tφ, величина которой ограничивается усилием сцепления шины с грунтом, что выражается неравенством

РK max > Tφ > ΣW,

(3.1)

где ΣW – сумма всех сопротивлений, возникающих на рабочем режиме. Максимальная сила тяги по сцеплению равна, кН

	Tφ = φ Gсц,	(3.2)
где φ –	коэффициент сцепления (φ ≈ 0,6);
Gсц = G (nв/ n) – сцепной вес катка, кН;
где G = m g – вес катка, кН;
m –	масса катка, т;
n –	общее количество осей катка;
nв –	число ведущих осей катка.
Сумма всех сопротивлений, возникающих на рабочем режиме, кН
	∑W = W1 + W2 ,	(3.3)
где W1	– сопротивление качению катка по дороге с учетом преодоления
уклонов, кН;
W2 – сопротивление от сил инерции при		трогании c места, кН.

21

Сопротивление качению катка по дороге

W1 = G( f + i),

(3.4)

где f –

коэффициент сопротивления качению (для рыхлого щебня f = 0,15…0,2);

i –

уклон (принимается в пределах 0,05 ... 0,08).

Сопротивление от сил инерции при трогании с места, кН

W2

=

G v

χ ,

(3.5)

g t р

где vр

–

рабочая скорость движения катка, м/с;

tр –

время разгона; tр =2,0…3

с;

χ

–

коэффициент,

учитывающий инерцию

вращающихся масс:

трансмиссии, двигателя и вальцов (колес) катка; χ =1,1…1,15.

Расчетный максимальный крутящий момент на каждом из ведущих

колес, кН×м

Мкр1 =

РК max rc

,

(3.6)

nв

где PKmax – расчетное

значение

окружного усилия, необходимого для

преодоления всех рабочих сопротивлений, кН

РK max > ΣW .

(3.7)

Необходимая мощность двигателя при рабочем режиме, кВт

N

=

PK max vр

,

(3.8)

дв

η

где η –

КПД трансмиссии; η = 0,87.

В

транспортном режиме

каток движется по

дороге с укатанным

асфальтобетонным покрытием при меньших сопротивлениях, но с повышенной скоростью vт. Сопротивление качению катка по дороге с

	укатанным асфальтобетонным покрытием с				учетом преодоления уклонов
	(для асфальтобетона f ≈ 0,02).
	Расчетное значение окружного усилия, необходимого для преодоления
	сопротивлений на транспортном режиме, кН
	РK тр > W1тр.					(3.9)
	Необходимая мощность двигателя на транспортном режиме, кВт
	N		=	PK тр vт	.	(3.10)
		двт		η

22

Расчет на прочность основных частей катка. Для расчета на прочность основных частей катка необходимо определить величины действующих на них усилий.

При повороте направляющего вальца катка между ним и поверхностью уплотняемого материала возникают силы трения, которые должны преодолеваться механизмом управления (рис. 3.2). Силы трения обусловлены различной скоростью по ширине вальцов при повороте, что вызывает их проскальзывание.

Рис. 3.2. Схема сил, действующих на направляющий валец при повороте катка

Условно силу трения F вальца о поверхность можно считать приложенной на расстоянии 1/4 его ширины bв от оси.

При неразрезном вальце момент сил трения, препятствующий повороту вальца, кН·м

	М		=	bв G1	f ,	(3.11)
		тр
			4		1
где G1 –	сила тяжести катка, приходящаяся на управляемый валец, кН;
f1 –	коэффициент трения скольжения металлического вальца о каменный

материал уплотняемой поверхности (f1 = 0,5 ... 0,6).

Момент на шкворне, создаваемый поворотным механизмом, Мпов = Мтр. При разрезном вальце при его повороте будет преобладать не трение скольжения, а трение качения. Поэтому момент трения будет примерно в 2 раза меньше, чем при неразрезном вальце.

Для пневмоколесного катка момент сопротивления повороту колеса определяется по эмпирической формуле, кН·м

МП1 = ς ϕсц G1 lk ,

(3.12)

23

где ζ – коэффициент, учитывающий форму пятна контакта (ζ ≈ 0,2); φсц – коэффициент сцепления пневматического колеса (φсц ≈ 0,65);

lk – геометрический параметр пятна контакта шины, м (приближенно можно принять равным ширине профиля шины).

При расчете на прочность деталей подвески вальца берется аварийный случай – наезд на непреодолимое препятствие.

Для жесткого направляющего вальца расчет проводится в предположении упора (наезда) краем этого вальца на препятствие. Передаваемое на валец толкающее усилие, кН

		T =	Nдвηтр kд	,	(3.13)
		т	vp
где Nдв –		мощность двигателя, кВт;
ηтр –		КПД трансмиссии;
kд –	коэффициент динамичности (kд = 1,5);
vр –	скорость на первой передаче, м/с.
Для вальца с пневматической шиной расчетный случай –					наезд двумя

колесами на непреодолимое препятствие по инерции с выключенным сцеплением. Тогда сила инерции в предположении, что жесткость шины является весьма небольшой по сравнению с жесткостью металлических конструкций подвески, равна, кН

	Р = v				G	2c ,		(3.14)
				р
	и				g	ш
где сш – жесткость шины, кН/м (сш ≈ 100 кН/м).
Реакция на колесах при наезде на препятствие
	Rx		= Ри − G f .					(3.15)
Производительность катка. Производительность катков в м2/ч
уплотняемой поверхности
	П =	3600(В − а)υср					,	(3.16)
					n
где В –	ширина укатываемой полосы, м;
а –	размер перекрытия предыдущего прохода (а = 0,2…0,25							м), м;
υср – средняя скорость движения катка, м/с;
n –	необходимое число проходов катка по одному месту (при уплотнении

асфальтобетона n = 25…30, при уплотнении щебеночных оснований n = 40…60).

24

3.3.Порядок выполнения работы

3.3.1.В соответствии с заданием преподавателя по данным, приведенным в табл. П.3.1 и П.3.2 выбираем значения основных технических

характеристик катка: массу m, общее число осей n, число ведущих осей nв, рабочую vp транспортную vтр скорости движения, ширину вальца bв, ширину укатываемой полосы В, радиусы вальцов (колес) rc.

3.3.2.В тяговом расчете катка определяем: силу тяги по сцеплению (ф-ла 3.2), сопротивление качению (ф-ла 3.4) для рабочего и транспортного

режимов, сопротивление от сил инерции при трогании c места (ф-ла 3.5) для рабочего режима, сумму всех сопротивлений, возникающих на рабочем режиме (ф-ла 3.3) и проверяем возможность преодоления возникающих сопротивлений (ф-ла 3.1).

3.3.3.Определяем расчетный максимальный крутящий момент на каждом из ведущих колес (ф-ла 3.6), расчетное значение окружного усилия, необходимого для преодоления всех рабочих сопротивлений (ф-лы 3.7, 3.9) и необходимую мощность двигателя (ф-лы 3.8, 3.10) для рабочего

итранспортного режимов.

3.3.4.Для расчета на прочность основных частей катка определяем: момент, необходимый для поворота управляемого вальца (колеса) по ф-ле 3.11 (3.12); усилие, возникающее при наезде на непреодолимое препятствие по ф-ле 3.13 или 3.14 и 3.15.

3.3.5.Определяем производительность катка (ф-ла 3.16).

Контрольные вопросы

1. Назначение дорожных катков.

2. Классификация дорожных катков.

3. Принцип работы дорожных катков.

4. Какие катки используются при уплотнении дорожных оснований и покрытий?

5. Как можно определить окончание укатки материала?

6. Какие факторы влияют на процесс уплотнения дорожных оснований и покрытий?

7. В чем заключается преимущество пневмошинных катков при уплотнении дорожных оснований и покрытий?

8. Что входит в тяговый расчет катка?

9. Как определяется расчетный максимальный крутящий момент на каждом из ведущих колес?

10.Как определяется необходимая мощность двигателя для рабочего и транспортного режимов?

11.Как определяется момент сил трения, препятствующий повороту вальца?

25

4.РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗМОВ

ИАГРЕГАТОВ ПОДМЕТАЛЬНО-УБОРОЧНЫХ МАШИН

4.1. Назначение. Классификация. Принцип работы

Содержание городских дорог – это комплекс различных по назначению, трудоемкости и методам выполнения операций, среди которых наиболее трудоемкой и значительной по объему является уборка городских дорог в летний и зимний периоды.

При летней уборке удаляют загрязнения с дорожных покрытий, добиваются снижения запыленности нижних слоев воздушного бассейна над дорогами, степень которой определяется, в основном, количеством и влажностью загрязнений дорожных покрытий. Очевидно, что технологией уборки нужно предусматривать такие машины, а работу их с такой периодичностью и последовательностью, чтобы количество загрязнений на дорожных покрытиях в любой момент времени было менее допустимого.

Подметально-уборочные машины предназначены для уборки загрязнений с поверхности асфальто- и цементобетонных дорожных покрытий.

Классификация подметально-уборочных машин.

По принципу действия: подметальные, подметально-уборочные, вакуумно-подметальные, вакуумно-уборочные, струйные уборочные.

По виду рабочего органа: цилиндрическая щетка, ленточная щетка, коническая щетка, вакуумный подборщик, газоструйное сопло.

По способу транспортирования смета в бункер: прямой заброс в бункер, обратный заброс в бункер, механический, струйно-щеточный, щеточно-вакуумный, свободный отброс смета, струйно-вакуумный.

По способу обеспыливания воздушной среды при подметании: влажное обеспыливание и пневматическое обеспыливание.

По способу разгрузки бункера: гравитационный, самосвальный, принудительный (боковое и заднее эжектирование), сменные контейнеры.

Подметальные машины отделяют и перемещают смет без его подборки косоустановленной цилиндрической щеткой в сторону от направления движения машины. Поэтому их используют преимущественно для подметания загородных дорог, внутридворовых территорий и для уборки снега в зимний период.

Подметально-уборочные машины обеспечивают полный цикл уборки, т. е. отделение загрязнений и перемещение их с дорожных покрытий в бункер машины. Цикл уборки современной машиной включает подметание покрытий, заполнение бункера сметам, транспортирование его на места складирования, разгрузку бункера и заполнение бака водой, необходимой для обеспыливания при подметании.

26

Для уборки загрязнений машина снабжена щеточными и транспортирующими устройствами, бункером для смета, механизмом его опорожнения, системой обеспыливания зоны подметания. Щеточное устройство обычно представляет собой комбинацию из двух или трех щеток, различающихся формой (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Типы щеток:

а - цилиндрическая; б – коническая (лотковая); в - ленточная;

Цилиндрические щетки диаметром окружности вращения до 1 м имеют горизонтальную ось вращения. Цилиндрические щетки не только подметают полосы дороги перед машиной, но и направляют смет непосредственно в бункер (рис. 4.2 а) или к транспортирующему устройству (рис. 4.2 д). Конические (лотковые) щетки с расположением ворса по образующей поверхности конуса с углом при вершине примерно 60° и осью вращения, наклоненной под углом 5 - 7° к вертикали, предназначены для направленного отброса смета, они обеспечивают подметание и перемещение загрязнений к продольной оси машины. Ленточные щетки в виде бесконечной цепи с закрепленными на ней щеточными секциями одновременно с отделением смета от дороги транспортируют его в бункер, они наименее распространены вследствие малой надежности и эффективности.

Транспортирование смета в бункер может осуществляться различными способами с помощью механических или пневматических устройств (рис. 4.2).

Одноступенчатую систему транспортирования смета в бункер непосредственно ворсом щетки – прямым забросом (рис. 4.2. а) или обратным забросом «через себя», когда бункер расположен позади щетки (рис. 4.2. б) используют на малогабаритных машинах для уборки тротуаров, особенно с навесным и прицепным рабочим оборудованием,. Для этих способов характерна малая вместимость бункера (до 1 м3). Кроме того, требуется более высокая окружная скорости щетки и компенсация износа ворса. Перспективным является механическое транспортирование смета в бункер промежуточным лопастным метателем (рис. 4.2. в).

Наиболее широко используется многоступенчатое механическое транспортирование смета с параллельным оси вращения цилиндрической щетки шнековым подборщиком и цепочно-скребковым транспортером (рис. 4.2. д). Недостаток такой системы заключается в ее низкой надежности и большой металлоемкости.

27

Рис. 4.2. Способы транспортирования смета в бункер:

а – прямым забросом смета; б – обратным забросом смета; в – забросом смета лопастным метателем; г – забросом смета ленточной щеткой; д – шнековым и цепочно-скребковым транспортерами; е – щеточно-вакуумным подборщиком

игравитационным отделением смета; ж – струйно-вакуумным подборщиком

иинерционным отделением смета;

1– бункер; 2 – цилиндрическая щетка; 3 – лопастной метатель; 4 – ленточная щетка; 5 – скребковый транспортер; 6 – шнек; 7 – всасывающий

трубопровод; 8 – фильтр; 9 – напорный трубопровод; 10 – вакуумный вентилятор; 11 – вакуумный подборщик; 12 – сдувающие сопла; 13 – циклон; 14 – коническая щетка

При щеточно-вакуумном (пневматическом) транспортировании (рис. 4.2. е) вспомогательная цилиндрическая щетка уменьшенного диаметра подает смет в вакуумный подборщик, может быть также установлен промежуточный транспортер. В струйно-вакуумном подборщике (рис. 4.2. ж) щеточный ворс заменен сдувающими соплами, воздушные потоки которых обеспечивают отрыв загрязнений от дорожного покрытия и перемещение их к всасывающему трубопроводу. Отделение крупного смета в бункере обеспечивается гравитационным способом. Пылеватые частицы задерживаются тканевыми фильтрами с устройствами для их периодической регенерации встряхиванием, вибрацией, обратной продувкой и др. При струйно-вакуумной системе транспортирования через фильтр в атмосферу выбрасывается не более 20 … 25% воздуха, остальная его часть без очистки от пыли подается в сдувающие сопла, частично замыкая систему циркуляции воздуха.

При подметании обеспыливание может быть влажное путем мелкодисперсного разбрызгивания воды под давлением 0,2 - 0,3 МПа через форсунки перед подметальными щетками и пневматическое обеспыливание,

28

совмещенное с вакуумной системой транспортирования смета. Норма расхода воды при влажном обеспыливании 0,02 … 0,025 кг на 1 м2 поверхности дороги. Увеличение расхода вызывает прилипание смета к щетке и дорожному покрытию и резкое снижение качества подметания. Перспективным является термовлажное обеспыливание подачей водяного пара в зоны интенсивного пылеобразования.

В качестве базовых машин для монтажа подметально-уборочного оборудования применяют маневренные автомобили малой и средней грузоподъемности, самоходные шасси, колесные тракторы и одноосные или двухосные прицепы.

4.2. Основы расчета подметально-уборочных машин

Расчет включает: определение вместимости бункера для смета, бака для воды и других емкостей; тяговый и энергетический расчет, а также расчет на прочность основных элементов машины.

Вместимость бункера для смета (м3) определяется по формуле

		V =	3,6 ×10−3	B v	m	q t	p	,	(4.1)
			ρcm
		с		Ku
где В –	ширина подметания, м;
vm –		рабочая скорость машины при подметании, м/с;
q –	среднее значение массы загрязнений на дороге перед подметанием, г/м2;
tр –	продолжительность подметания, определяемая периодом заполнения
бункера, ч;
ρсm –		объемная плотность смета, т/м3;
Кu	–	коэффициент использования вместимости бункера.
При определении вместимости бункера рекомендуется									на основе

накопленного опыта принимать значения величин, входящих в приведенную формулу.

	Рабочую скорость машины vm выбирают в зависимости от условий работы.
При	значительном			загрязнении			прилотковой	полосы	подметание
производится		на	скорости		3…6	км/ч (0,83…1,67		м/с), при небольшой
засоренности		на	скорости		7…9	км/ч	(1,94…2,5 м/с). При незначительной

засоренности вне прилотковой полосы подметание покрытий осуществляется на повышенной скорости 12…15 км/ч (3,33…4,17 м/с). В соответствии с принятыми нормативами при систематической уборке дорожных покрытий на основных магистралях города плотность q загрязнений не должна превышать 30 г/м2. На улицах, пересеченных проездами, не имеющими усовершенствованных покрытий, а также на проездах второстепенного значения плотность q загрязнений не должна превышать соответственно 50 и 80 г/м2.

29

Оптимальный период работы машины до заполнения бункера составляет 3,5…4 ч при плотности загрязнений 50…80 г/м2. Так как заполнение резервуара водой, используемой для обеспыливания процесса подметания, требует значительно меньших затрат времени, чем выгрузка смета из бункера, наиболее часто принимается, что в течение периода заполнения бункера сметом производится одно дополнительное наполнение резервуара водой. Объемная плотность смета ρсm колеблется в широких пределах, зависящих от вида убираемых загрязнений: при наличии опавших листьев, бумаги ρсm колеблется в пределах 0,8…1,1 т/м3, при уборке загрязнений, состоящих преимущественно из грунта и песка, ρсm = 1,1…1,5 т/м3. Коэффициент использования вместимости бункера принимают

Ки = 0,85…0,95.

Аналогично определяется вместимость резервуара для воды, м3

V =

3,6 ×10−3

B

y

v

m

q

y

t

py

,

(4.2)

v

Kuv

где Ву –

ширина полосы увлажнения, м;

qy –

удельный расход воды при увлажнении, г/м2;

tpу –

продолжительность опорожнения резервуара для воды, ч.

Обычно принимают Ву = 1,1…1,2

В.

Удельный расход воды при увлажнении qу зависит от степени загрязненности подметаемых дорожных покрытии. При подметании дорог, отличающихся большим загрязнением, qу принимают равным 30…35 г/м2, во время подметания покрытия вне прилотковой полосы значение qy снижается до 15…20 г/м2. Продолжительность опорожнения резервуара для воды принимают равной tру = 0,5 t, т. е. около 2 ч.

Определение основных параметров и режимов работы щеточных

устройств.

Как указывалось выше, подметально-уборочные машины снабжены щетками двух типов – цилиндрическими и торцовыми.

Цилиндрические щетки, отделяя загрязнения, могут направлять их непосредственно в транспортирующие устройства или поднимать на высоту, определяемую конструктивными соображениями, и подавать в бункер машины. В этих щетках ворс размещен равномерно.

Общее минимальное число ворса, которое необходимо разместить на цилиндрической щетке, определяется из условия перекрытия следов ворса на дорожном покрытии как по ширине щетки, так и в радиальной плоскости вращения по формуле, шт

iвцм

=

2

π B K p vm

,

(4.3)

y

k

+ R

ω

2,6 arccos

b

d

v

w

R

R

30