Влияние различных коэффициентов на производительность автогрейдера среднего класса

The influence of various factors on performance mid-range grader

Arkady Bozhanov

kand. Techn. Sciences, associate Professor I. S. Turgenev Orel state University, Russia, Orel

Denis Danilevich

kand. Techn. Sciences, associate Professor I. S. Turgenev Orel state University, Russia, Orel

Andrey Сhurbakov

student, I. S. Turgenev Orel state University, Russia, Orel

Oleg Stupin

student, I. S. Turgenev Orel state University, Russia, Orel

Аннотация. Статья посвящена определению зависимости производительности автогрейдера среднего класса от главных коэффициентов определяющих эту производительность.

Abstract. The article is devoted to determining the dependence of the performance of the middle class auto grader on the main factors determining this performance.

Ключевые слова: Автогрейдер; мощность; масса; время цикла; объем призмы волочения; коэффициент уклона местности.

Keywords: motor Grader; capacity; weight; time cycle; volume of the prism drawing; the ratio of the slope of the terrain.

При строительстве дорожного основания важной составляющей является проведение земляных работ с использованием строительной техники. С ее помощью производят такие виды работ как:  резание, копание и перемещение грунта.

Одной из машин, выполняющих перечисленные виды, работ является автогрейдер.

Профилирование и планировка поверхности земляного полотна, а также обустройство дренажной системы, при использовании автогрейдеров производят грейдерным отвалом, установленным под рамой в центральной части машины. Для устройства откоса кювета подвесная рама с отвалом установленная на автогрейдере и крепящаяся к раме с помощью гидроцилиндров, которые позволяют вынести подвесную раму вбок относительно основной рамы автогрейдера, устанавливается в соответствии с формой откоса и его глубиной.

Все виды работ, которые выполняет автогрейдер, выполняются двумя отвалами, установленными впереди машины – бульдозерный отвал, и планировочный установлен на выносной раме. Также на автогрейдер можно установить кирковщик. Его устанавливают на основной раме позади машины. Отвал автогрейдера изготовлен из листовой стали и имеет радиусный изгиб. Функционирование данного элемента осуществляется таким образом: оператор, используя панель управления в кабине автогрейдера, опускает, поднимает или поворачивает отвал. Резание грунтов и их перемещение осуществляется с помощью толкающего усилия, создаваемого при движении техники с размещением отвала в нижнем положении. Работа грейдеров и автогрейдеров проходит на низких скоростях (до 3 – 4,5 км/ч). Транспортное перемещение по дорогам может осуществляться при скорости движения 30 – 45 км/ч.

Лёгкие автогрейдеры используют практически при всех типах стройки. Они обладают экономичными эксплуатационными характеристиками и большой манёвренностью, благодаря чему их применение актуально для широкого спектра работ. При строительстве больших автодорог используют наиболее универсальные средние автогрейдеры, вес которых варьируется от 10 до 13 тонн. Их эффективно используют как для дорожных работ, так и для строительства. Такие машины достаточно рентабельны и способны заменить до 700 рабочих. Самыми большими являются тяжёлые автогрейдеры. Они обладают массой до 17 тонн, выполнены в основном в полноприводном исполнении и имеют шесть ведущих колёс. Довольно часто задняя пара колёс может поворачиваться. Используют тяжёлые автогрейдеры для строительства больших автотрасс, а также для прокладки просёлков по целине. Также существуют сверхтяжёлые модели, вес которых может достигать 25 тонн и более.

Главным параметров автогрейдера является его масса m. Основными параметрами называют параметры, которые в наибольшей степени определяют технологические возможности машин. К ним относятся: сцепной вес G_сц, мощность силовой установки N, глубина резания, геометрические характеристики, рабочая скорость движения, производительность машины. С использованием этих и других параметров машины производится расчет и конструирование автогрейдеров. Для определения рациональных параметров новой машины ученые и конструкторы должны рассматривать машину не отдельно от пространства, в котором она работает, а совместно с ним, т.е. необходимо рассматривать целую систему включающую в себя грунт – отвал – буза – колесный движитель – грунт. Данную систему необходимо рассматривать как замкнутую, то есть каждый из элементов системы оказывает влияние на все другие элементы входящие в эту систему.

Таблица.

Исходные данные

Теоретическая производительность:

где V_пр – объем грунта в разрыхленном состоянии, м³;

t_ц – продолжительность цикла работы автогрейдера, с;

k_у – коэффициент уклона основания на котором работает машина;

k_и – коэффициент использования автогрейдера во времени;

k_р – коэффициент разрыхления грунта.

Объем призмы волочения определяем по формуле:

где В и Н – геометрические параметры отвала (ширина и высота);

k_пр – поправочный коэффициент.

Продолжительность рабочего цикла автогрейдера состоит из: зарезания в грунт ножа отвала, перемещение его на определенное расстояние, укладка грунта и обратный холостой ход.

где l₁, l₂, l₃, l₄ – длины пути резания, перемещения, укладки грунта и обратного хода,

– скорости движения автогрейдера на рассчитываемых участках;

t_п – время на переключение передач;

t_о – время движения отвала в вертикальной плоскости;

t_пов – время разворота автогрейдера на 180°;

n_п – количество переключений передач;

n_о – количество подъемов и опусканий отвала;

n_пов– количество разворотов на 180.

Развивающаяся на ведущих колесах общая мощность:

где N_n – мощность, расходуемая на вырезание грунта (полезная), кВт;

N_f – мощность, расходуемая на передвижение автогрейдера как тележки, кВт;

N_δ – мощность, расходуемая на буксование, кВт.

Полезная мощность (на вырезание грунта):

где Т – максимально свободная сила тяги автогрейдера, Н;

v_p – рабочая скорость движения автогрейдера, м/с.

Максимально свободная сила тяги автогрейдера может быть определена по сцепному весу:

где φ_сц – коэффициент сцепления колес автогрейдера с поверхностью;

G_сц – сцепной вес автогрейдера, Н.

Общий вес автогрейдера связан со сцепным весом, следующим соотношением

где    G – вес автогрейдера, Н;

ξ – коэффициент, при колесных формулах  и –  ξ=1, а при колесной формуле  – ξ = 0,75.

Мощность, расходуемая на передвижение автогрейдера как тележки, определяется по формуле:

где f – коэффициент сопротивления движению автогрейдера.

Мощность, расходуемая на буксование, определяется по формуле:

где δ_к – коэффициент буксования.

Необходимая мощность двигателя кВт:

где     – КПД трансмиссии, для автогрейдера;

k_m – коэффициент снижения мощности двигателя ввиду не установившейся нагрузки.

Рисунок 1. Зависимость производительности автогрейдера от времени цикла

Рисунок 2. Зависимость производительности автогрейдера от объема призмы волочения

Рисунок 3. Зависимость производительности от коэффициента уклона местности

Рисунок 4. Зависимость производительности от коэффициента разрыхления грунта

Представленные зависимости дают возможность определиться с такими параметрами как время цикла, объем призмы волочения в зависимости от необходимой производительности проектируемой новой техники.