Исследование работы автогрейдера с дополнительным отвалом

Меркулов Алексей Андреевич – студент магистратуры Воронежского государственного технического университета.

Аннотация: Представлена методика построения тяговой характеристики автогрейдера с дополнительным отвалом, при косом резании грунта с одновременным перемещением его в сторону. Построена тяговая характеристика автогрейдера ГС-14.02 при косом резании грунта стандартным отвалом и с использованием дополнительного отвала. Определена производительность автогрейдера ГС-14.02 на операции постройки земляного полотна со стандартным отвалом и с использованием дополнительного отвала.

Ключевые слова: Автогрейдер, дополнительный отвал, тяговая характеристика, производительность.

Косое резание грунта с одновременным перемещением его в сторону является одной из основных энергоёмких рабочих операций при эксплуатации автогрейдеров. При выполнении данной операции стандартным отвалом автогрейдера, происходит просыпание разработанного грунта под задние ведущие колёса машины, что способствует снижению тягово-сцепных качеств и повышению расхода топлива автогрейдера. В этом случае автогрейдер движется одним бортом по свежесрезанному, а другим бортом по рыхлому (отсыпанному) грунту [1].

Для определения тягово-сцепных качеств автогрейдера ГС-14.02 построим тяговые характеристики для двух расчётных случаев: 1) автогрейдер движется одним бортом по свежесрезанному, а другим бортом по рыхлому грунту (стандартный отвал); 2) автогрейдер движется обоими бортами по свежесрезанному грунту (с использованием дополнительного отвала).

Тяговые характеристики строятся по следующей методике, с учётом допущений [2]:

Распределение силы тяги по бортам находим следующим образом:

1.Определяем максимальное значение силы тяги по сцеплению колёс левого Тφ1 и правого Тφ2 бортов автогрейдера:

, (1)

где Gсц.i - сцепной вес, приходящийся на ведущие колёса соответствующего борта, φсц.i ‑ коэффициент сцепления колёс соответствующего борта с грунтом.

2. Строим кривые коэффициентов буксования пневмоколёсных шин левого δ1 и правого δ2 бортов, изменяя значения силы тяги левого Т1 и правого Т2 бортов от 0 до Tφ1 и Tφ2 соответственно, по формуле

, (2)

где Аi, Bi, mi ‑ безразмерные параметры коэффициентов буксования соответствующих бортов, постоянные для заданных условий, Ri – нормальная реакция опорной поверхности действующая на соответствующий борт.

3. Определяем силу сопротивления качению колёс автогрейдера Pf по формуле

, (3)

где β – параметр, учитывающий увеличение коэффициента сопротивления качению колёсного движителя при работе на режиме «ведущего колеса», R – нормальная реакция грунта на ведущие колёса автогрейдера, ∑R ‑ нормальная реакция грунта на все колёса автогрейдера, f – обобщённый коэффициент сопротивления качению колёс, определяется как:

, (4)

где f1 – коэффициент сопротивления качению колёс левого борта, f2 – коэффициент сопротивления качению колёс правого борта.

4. Строим график зависимости теоретической скорости VT от силы тяги Т, используя регуляторную характеристику двигателя, перестроенную в функции крутящего момента ne= f (Ме), и зависимость крутящего момента двигателя Ме от окружной силы колёсного движителя Pк.

Теоретические скорости левого и правого бортов будут одинаковые, вследствие жёсткого привода

, (4)

где ne – частота вращения коленчатого вала двигателя.

5. Строим графики действительных скоростей левого VД1 и правого VД2 бортов от силы тяги Т1 и Т2, при условии их независимой работы

, (5)

6. Строим график зависимости тяговых мощностей левого NT1 и правого NT2 бортов автогрейдера от силы тяги Т1 и Т2, при условии их независимой работы

, (6)

Таким образом, мы определили потенциальные тягово-сцепные качества колёсных движителей правого и левого бортов автогрейдера.

7. Определяем общую силу тяги колёсного движителя из условия равенства действительных скоростей колёс правого и левого бортов, т.к. они жёстко связаны, для чего определяем значение силы тяги каждого из бортов, соответствующее значению действительной скорости в диапазоне от 0 до максимального значения. Полученные значения суммируем и получаем значения общей силы тяги колёсного движителя автогрейдера для соответствующей скорости движения, а следовательно, и коэффициента буксования.

8. По приведённой выше формуле (6) строим кривую зависимости тяговой мощности автогрейдера от общей силы тяги NT=f(T).

На рисунке 1 представлена тяговая характеристика автогрейдера ГС-14.02 при выполнении операции косое резание грунта с одновременным перемещением его в сторону стандартным отвалом.

Рисунок 1. Тяговая характеристика автогрейдера ГС-14.02 при выполнении операции косое резание грунта с одновременным перемещением его в сторону стандартным отвалом.

На рисунке 2 представлена тяговая характеристика автогрейдера ГС-14.02 при выполнении операции косое резание грунта с одновременным перемещением его в сторону с использованием дополнительного отвала.

Рисунок 2. Тяговая характеристика автогрейдера ГС-14.02 при выполнении операции косое резание грунта с одновременным перемещением его в сторону с использованием дополнительного отвала.

При использовании дополнительного отвала, автогрейдер движется обоими бортами по свежесрезанному грунту, что способствует уменьшению силы сопротивления качению Pf, расхода топлива GT и увеличению силы тяги T.

Приняв во внимание полученные данные, определим техническую производительность автогрейдера ГС-14.02 на операции постройки земляного полотна по формуле [3]:

, (7)

где L – длина участка, м (L=1000 м.); F – площадь сечения насыпки, м2 (F1 –площадь сечения насыпки без дополнительных отвалов, F2 – площадь сечения насыпки с дополнительными отвалами); Кв – коэффициент использования машины по времени (Кв1=0,8 – без дополнительных отвалов, Кв2=0,9 – с дополнительными отвалами. Кв2> Кв1 за счёт того, что не происходит просыпки грунта под задние ведущие колёса, следовательно грунт не укатывается); nк – число проходов при копании грунта в одном направлении; Vк – скорость грейдера при копании грунта (Vк=4,58 км/ч); nп – число проходов при перемещении грунта в одном направлении; Vп – скорость грейдера при перемещении грунта (Vп=4,58 км/ч); nо – число проходов при отделке земляного полотна; Vп – скорость грейдера при отделке земляного полотна (Vо=5,2 км/ч); tпов – время, затрачиваемое на поворот грейдера, ч.

Проведя расчёт технической производительности автогрейдера ГС-14.02 со стандартным отвалом получаем ПТ1=152,8 м3/ч, а с дополнительным отвалом получаем ПТ2= 185,1 м3/ч

Вывод: при использовании дополнительного отвала увеличивается свободная сила тяги и производительность автогрейдера.

Список литературы