Дор маш Практ раб НТТК теория 23 09 2013

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра строительной техники и инженерной механики имени профессора Н.А. Ульянова

ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ

Сборник расчетных работ

для студентов направлений подготовки 190109 Наземные транспортно-технологические средства и

190100 Наземные транспортно-технологические комплексы

Воронеж 2013

УДК 625.76.08 ББК 38.6-5я73

Жулай, В.А. Дорожные машины: сб. расч. работ / В.А. Жулай; Ж87 Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т. – Воронеж, 2013. – 60 с.

ISBN 978-5-89040-225-7

Сборник расчетных работ разработан для проведения практических занятий по курсу «Дорожные машины».

Предназначен для студентов, всех форм обучения направлений подготовки 190109 Наземные транспортно-технологические средства и 190100 Наземные транспортно-технологические комплексы, а также может быть использовано студентами направлений подготовки 190600 Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов, 270800 Строительство, 271101 Строительство автомагистралей, аэродромов и специальных сооружений, 271501 Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей.

.

Ил. 10. Табл. 13. Библиогр.: 8 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского ГАСУ.

Рецензент:

2

ВВЕДЕНИЕ

Инновационное развитие нашего государства невозможно без строительства современных автомобильных дорог и аэродромов с использованием комплексной механизации и автоматизации всех производственных процессов. Это вызывает необходимость проектирования и производства специальных дорожных машин для внедрения новых технологий производства работ.

Не смотря на то, что в настоящее время в России имеется большой парк самых разнообразных дорожных машин, отрасль строительного и дорожного машиностроения продолжает развиваться. При этом на основе достижений научно-технического прогресса имеет место тенденция к повышению мощностей машин и автоматизации их рабочих процессов.

Для организации производства и эффективной эксплуатации дорожных машин требуется большое количество грамотных специалистов. Успешное решение этой задачи возможно лишь в случае обеспечения достаточной теоретической подготовки студентов.

Вэтих условиях создание и производство качественных, высоко эффективных видов, систем и комплексов машин различного назначения, обеспечивающих высокое качество работ, существенное повышение производительности и сокращение материальных, энергетических и трудовых затрат в строительстве, являются определяющей задачей развития строительной и дорожной техники.

Учебное пособие написано в соответствии с ФГОС ВПО для студентов направлений подготовки 190109 Наземные транспортно-технологические средства и 190100 Наземные транспортно-технологические комплексы.

Внем изложены сведения об области применения, рабочих процессах и особенностях расчета дорожных машин, приведены их основные техникоэкономические и эксплуатационные характеристики. Большое внимание уделено рассмотрению специальных агрегатов и механизмов машин, в частности современного рабочего оборудования.

Выполнение приведенных расчетных работ поможет студентам получить практические навыки по расчету дорожных машин и оборудования, изучить современные научные методы выбора их основных параметров.

Целью практических занятий является закрепление и углубление теоретических знаний, и приобретение практических навыков по изучаемому курсу, повышение уровня проектно-конструкторской подготовки студентов.

Учебное пособие могут быть полезны студентам других специальностей изучающих вопросы разработки, производства и организации эффективной эксплуатации машин для сооружения, содержания, ремонта и реконструкции автомобильных магистралей и аэродромов.

3

1. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ АСФАЛЬТОУКЛАДЧИКОВ

1.1.Назначение. Классификация. Принцип работы

Асфальтоукладчики предназначены для приема асфальтобетонной смеси, распределения смеси по всей ширине укладываемой полосы равномерным слоем заданной толщины, разравнивания и предварительного уплотнения уложенного слоя. Асфальтоукладчики применяют при строительстве автомобильных дорог и аэродромов, городских улиц и площадей, а также для ремонта дорожных покрытий.

По способу приема смеси асфальтоукладчики делятся на бункерные и безбункерные.

Асфальтоукладчики могут быть прицепные и самоходные. Самоходные асфальтоукладчики являются машинами непрерывного действия, обеспечивают безостановочную укладку и требуемое качество асфальтобетонных покрытий. Они классифицируются по назначению, способу приема смеси, производительности и типу ходовой части.

По назначению различают следующие типы самоходных асфальтоукладчиков: специализированные для асфальтобетонных и битумоминеральных смесей; универсальные со сменным рабочим оборудованием для устройства покрытий из различных дорожностроительных материалов; специальные, например, предназначенные для уширения дорожного полотна, устройства тротуаров.

По типу ходовой части самоходные асфальтоукладчики разделяют на гусеничные, колесные, комбинированные и рельсовые.

К достоинствам гусеничного движителя относятся: малая чувствительность к неровностям основания и небольшое давление на опорную поверхность, высокая маневренность и возможность реализации большого тягового усилия. Недостатками такого ходового оборудования являются большая металлоемкость и стоимость, быстрое изнашивание деталей, а также возможность повреждения асфальтобетонного покрытия при крутых разворотах машины на свежеуложенной полосе. Скорость гусеничных укладчиков не превышает 2 … 3 км/ч.

Достоинствами колесных асфальтоукладчиков являются высокая транспортабельность (транспортная скорость до 20 км/ч), лучшая, чем у гусеничных укладчиков, маневренность без повреждения свежеуложенного покрытия, меньшая металлоемкость и стоимость движителя, меньший износ деталей ходовой части.

Асфальтоукладчики с комбинированной ходовой частью имеют в качестве рабочего хода гусеницы, а в качестве транспортного хода – пневматические колеса. Рельсовые асфальтоукладчики получили небольшое распространение.

4

Асфальтоукладчики, в зависимости от ширины укладки выпускаются четырех типоразмеров (ГОСТ 21915-93) – с шириной укладки, м: I – 1,0 … 3,0;

II – 1,5 …4,5; III – 2,0 … 7,0; IV – 3,0 …. свыше 7,0.

Технологический процесс работы асфальтоукладчика заключается в следующем. Асфальтобетонная смесь, доставляемая автосамосвалами, выгружается в бункер укладчика со стороны передней части машины, затем питателями подается из передней в заднюю часть за гусеничный ход машины, распределяется шнеком позади гусениц на ширину укладки, профилируется, выравнивается и уплотняется выглаживающей плитой. Окончательное уплотнение осуществляется моторными катками.

Асфальтоукладчик (рис. 1.1) состоит из шасси 9, бункера 8, рамы рабочих органов 6, рабочих органов со сменными уширителями, двигателя, электрооборудования и гидросистемы.

Рис. 1.1. Схема самоходного асфальтоукладчика

Шасси 9 с ходовым оборудованием 5 обеспечивает передвижение асфальтоукладчика, прием и распределение асфальтобетонной смеси. Все сборочные единицы шасси расположены на нижней и верхней рамах, соединенных между собой. Основными элементами рабочих органов являются: выглаживающая плита 1, предназначенная для выравнивания смеси и регулирования толщины слоя в продольном и поперечном направлениях; трамбующий брус 2 с эксцентриковым валом, предназначенный для предварительного уплотнения асфальтобетонной смеси; отражательный щит, служащий для очистки трамбующего бруса от прилипшей асфальтобетонной смеси; шнек 4, предназначенный для равномерного распределения асфальтобетонной смеси по всей ширине укладываемой полосы; питатель 7, перемещающий асфальтобетонную смесь из бункера в шнековую камеру и состоящий из двух разделенных скребковых конвейеров с независимыми приводами. Гидросистема асфальтоукладчика обеспечивает привод цилиндров подъема и опускания рабочих органов,

5

боковин и заслонок бункера, систем автоматической стабилизации положения выглаживающей плиты при движении машины по неровностям основания, управления муфтами хода, шнеков, питателей и привода трамбующего бруса.

1.2.Основы расчета асфальтоукладчиков

Исходными данными для расчета и проверки правильности выбора параметров основных механизмов и двигателей асфальтоукладчика являются производительность П, т/ч, ширина укладки В, м, толщина укладываемого слоя h, м, масса укладчика mM, т и некоторые другие характеристики приведенные в приложении П.1.1.

Расчет основных технологических параметров

В технологическом расчете сначала определяется необходимое количество смеси, загружаемой в приемный бункер укладчика, т

	mсбl =	П to	,	(1.1)
	60
где П –	производительность асфальтоукладчика, т/ч;
to	– время от момента освобождения от смеси			предыдущего

автосамосвала до начала разгрузки следующего при "подпоре" самосвалов (при хорошей организации работ) (to = 2,0...2,5 мин).

Требуемая геометрическая вместимость приемного бункера, м3

Vб	=	mсбl				,	(1.2)
		k	n	γ	н

где kn –	коэффициент наполнения бункера (kn = 0,6 ... 0,7);
γ –	насыпная объемная масса асфальтобетонной смеси (γ = 1,8 т/м3).
н	н
Рабочая скорость передвижения асфальтоукладчика при непрерывном

движении, необходимая для обеспечения заявленной производительности, м/мин

vl	=	П		,	(1.3)
p		60 Bmax hmax	γ y

где Вmax – максимальная ширина укладки, м;

hmax – максимальная толщина укладываемого слоя, м; γу – объемная масса уложенной смеси, γу = 2,0 т/м3.

Полученное значение рабочей скорости vlp необходимо сравнить с

максимальной рабочей скоростью υр, приведенной в технической характеристике (табл. П.1.1).

На самоходных асфальтоукладчиках наибольшее распространение

6

получили двухсекционные питатели, работающие по принципу погруженных скребков. Суммарная производительность питателей должна быть равна 1,5 П. Из этого условия выбирается скорость движения скребков, м/мин

vc	=	1,5 П
					,	(1.4)
		2( 60 lc hn3	γ
				н kv k уп )

где lc – длина скребков, м;

hn3 – высота подъёма заслонки, м; kv – коэффициент скорости, kv = 0,8;

kуп – коэффициент, учитывающий уплотнение смеси скребками питателя,

kуп = 1,05.

Длина скребков, в зависимости от типоразмера асфальтоукладчика составляет 0,45 … 0,76 м. Максимальная высота подъема заслонки принимается равной hn3 = 0,33 lc. Скорость движения скребков питателей современных асфальтоукладчиков составляет 30 … 45 м/мин.

Для распределения асфальтобетонной смеси по ширине укладываемой полосы применяют в основном шнековые распределители, состоящие из двух шнеков, производительность которых должна быть на менее производительности питателя. Для обеспечения этого условия их частота вращения должна быть равна, мин –1

nш =

1,5 П

,

(1.5)

2( 47,1D2 t

γ

k

k

w

н

np

3c

)

w

где Dw –

диаметр шнека, м;

tw –

шаг шнека, м;

knp –

коэффициент снижения производительности из-за проскальзывания

и прессования материала, knp = 0,9...0,95;

k3c –

коэффициент заполнения сечения, k3c = 0,7.

Размеры шнеков обычно принимают Dw = 0,3 … 0,4 (

м) и Dw = tw.

Частота вращения шнеков современных асфальтоукладчиков регулируется в пределах 30 … 142 мин–1 .

Тяговый расчет асфальтоукладчика

Тяговый расчет асфальтоукладчика заключается в проверке возможности движения машины по тяговым возможностям движителя

Тсц ³ ΣW ,

(1.6)

где Тсц – сила тяги по сцеплению движителя машины с опорной

поверхностью, кН;

ΣW – сумма всех сопротивлений, возникающих при работе укладчика, кН.

7

Тсц =ϕсц Gсц,	(1.7)
где ϕсц – коэффициент сцепления движителя машины	с опорной

поверхностью (ϕсц ~ 0,65 для колесного движителя, ϕсц ~ 0,8 для гусеничного

движителя);

Gсц – сцепной вес асфальтоукладчика, кН,

	Gсц = θсц mo g,	(1.8)
где θсц –	коэффициент использования веса в качестве сцепного (θсц ≈ 0,8 для
колесного укладчика, θсц = 1,0 для гусеничного укладчика);
g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;
mo –	общая масса машины, т,
mo = mм – для колесного укладчика, т;
mo = mм + mсб – для гусеничного укладчика,
где mм –	масса асфальтоукладчика, т:
mсб –	вместимость бункера, т.

При работе асфальтоукладчиков возникают следующие сопротивления: сопротивление перемещению асфальтоукладчика и призмы смеси, груженого автосамосвала; сопротивление сил трения рабочих органов по поверхности смеси; сопротивление от сил инерции автосамосвала и асфальтоукладчика при движении после их остановок; сопротивления перерезыванию потока смеси.

Сопротивление перемещению асфальтоукладчика, кН

W1 = g( mм + mсб )( fк + i ),	(1.9)
где fк – коэффициент сопротивления перемещению	асфальтоукладчика

(fк = 0,02 … 0,03 для колесного укладчика и fк = 0,06 … 0,07 для гусеничного укладчика);

i –	наибольший продольный уклон покрытия; i = 0,03…0,07.
Сопротивление сил трения рабочих органов по поверхности
укладываемой смеси, кН
			W2 = g m p	f1 ,		(1.10)
где mp –		масса рабочих органов (mp ≈ 0,25 mм), т;
f1	–	коэффициент	трения скольжения рабочих органов			по смеси
( f1 = 0,5 …0,6).
Сопротивление			перемещению	призмы	смеси,	увлекаемой
уплотняющим брусом, кН

8

				W3 = g mпp f2 ,					(1.11)
где	f2 - коэффициент внутреннего трения смеси ( f2 = 0,7…0,8);
	mпp –		масса призмы смеси, т,
			mпр =			1	Вmax (hmax – h min)2 qсм,		(1.12)
				3
где	hmin		– минимальная	толщина укладываемого слоя (по					условиям
технологии укладки смеси hmin = 0,03 м), м;
	qсм –		плотность неуплотненной смеси (qсм = 1,8 т/м3), т/м3.
	Сопротивление перемещению груженого автосамосвала, кН
			W4	= g ma ( fк + i ),					(1.13)
где mа – масса груженого автосамосвала (mа ≈ 1,8 mсб), т.
	Сопротивление от сил груженого автосамосвала и асфальтоукладчика
при возобновлении движения после вынужденных остановок, кН
			W =		(mм + mcб + mа )υ p			,	(1.14)
			5				60t p
где υр –		рабочая скорость движения, м/мин;
	tp –	время разгона; tp = 1…2 с.
			ΣW = W1 + W2 + W3 + W4 + W5.						(1.15)

Мощностной баланс асфальтоукладчика

При определении мощности двигателя асфальтоукладчика необходимо учитывать мощность на перемещение асфальтоукладчика, привода питателя, шнека, уплотняющего бруса, вспомогательных механизмов и механизмов управления.

Мощность, затрачиваемая на перемещение асфальтоукладчика, кВт

N пер	=	ΣW υ p	,	(1.16)
		60 ηТ

где ηТ – КПД трансмиссии привода движителя (ηТ ≈ 0,85).

Мощность привода скребкового питателя Nп расходуется на перемещение и подъем материала, на преодоление сил трения, возникающих между слоем смеси, находящейся на питателе и в бункере. При горизонтальном расположении питателя мощность, кВт

9

		Nn	=	1,5 П k Lω g	,	(1.17)
				3600ηП
где L –	максимальный путь перемещения смеси, (L ≈ 0,7 Вmin) м;
Вmin –		минимальная ширина укладки, м;
k –	коэффициент, учитывающий расход смеси через распределитель (для
скребкового питателя k = 1);
ω	–	коэффициент,	характеризующий свойства			смеси (для
асфальтобетонной смеси ω = 2…3);
ηП –	КПД привода питателя (ηП ≈ 0,87).
Мощность привода двух распределительных шнеков Nш подсчитывают
по формуле (1.17). При этом принимают kш = 0,6; Lш = 0,5 (Вmax – 0,6),						ωш = 5.

Мощность привода трамбующего бруса Nбр расходуется на преодоление сил трения бруса о выглаживающую плиту под действием давления, оказываемого пружиной Sпр, и сопротивлением перемещению призмы смеси W3, а также на преодоление сил сопротивления среды Р при ее уплотнении (рис. 1.2).

Сила трения трамбующего бруса о выглаживающую плиту

	F / = ( S	пр	+ W ) f	3	,	(1.18)
	тр		3
где Sпр –	усилие поджатия пружины ( Sпр = 0,5 …0,7					кН), кН;
W3 –	сопротивление перемещению призмы смеси перед трамбующим
брусом, определяемое по формуле (1.11);

f3 – коэффициент трения трамбующего бруса о плиту ( f3 = 0,2 …0,3).

Рис. 1.2. Схема сил, действующих на трамбующий брус асфальтоукладчика

10