При проектировании АУ основными расчетами являются тяговый расчет и баланс мощности. Исходными параметрами для расчетов являются ширина и толщина укладываемого слоя АБ смеси, производительность технологического процесса. Расчеты предусматривают определение основных параметров машины и отдельных рабочих органов, выполнение тягового расчета в рабочем и транспортном положениях, расчеты гидравлической системы машины, в том числе привода рабочего хода и рабочих органов, а также гидрооборудования для управления рабочими органами.
Тяговый расчет. При работе АУ возникают следующие сопротивления:
1) перемещению АУ;
2) перемещению призмы волочения смеси;
3) перемещению груженого автосамосвала;
4) сил трения рабочих органов по поверхности смеси;
5) сил инерции АУ и автосамосвала при движении после их остановки.
Привод АУ должен развивать тяговое усилие Т, которое преодолевает общую силу сопротивления
Общая сила сопротивления W включает следующие составляющие:
1) сопротивление (Н) перемещению АУ как тележкигде Gу, Gсм - силы тяжести АУ и смеси в бункере, Н;
f1 - коэффициент сопротивления перемещению по основанию или нижнему слою асфальтобетона, f1 = 0,03...0,07;
i - наибольший продольный уклон, i = 0,03...0,07;
2) сопротивление (Н) перемещению призмы волочения перед рабочими органами укладчика
где μ2 - коэффициент внутреннего трения смеси, μ2 = 0,7...0,8;
Gпр - сила тяжести смеси в призме волочения, Н.
Сила тяжести призмы (кН)
где ρн - насыпная плотность укладываемой смеси, ρн = 1,8 т/м3;
В - ширина укладываемого слоя, м;
hпр - высота призмы, м;
3) сопротивление (Н) перемещению груженого автосамосвалагде Gc, Gcм - силы тяжести автосамосвала и смеси в самосвале, Н;
4) сопротивление (Н) силам трения рабочих органов по укладываемой смеси
где μ1 - коэффициент трения скольжения рабочих органов по смеси, μ1 = 0,5...0,6;
Ср - сила тяжести рабочих органов, Н;
5) сопротивление (Н) сил инерции АУ и автосамосвала при возобновлении движения после вынужденных остановок
где vр - рабочая скорость АУ, м/с;
tраз - время разгона до рабочей скорости, tраз = 1... 2 с.
Общее сопротивлениеДля обеспечения работы АУ без пробуксовки необходимо проверить возможность его передвижения по условиям сцепления, используя уравнение тягового баланса. Должно выполняться условие
где φсц - коэффициент сцепления движителя с основанием, φсц = 0,3...0,5.
Производительность АУ можно оценить в двух вариантах:
или
где кв - коэффициент использования рабочего времени, кв = 0,85...0,90;
ру - плотность уплотненного материала, т/м3;
hсл - толщина укладываемого уплотненного слоя, м.
В расчетах эксплуатационных характеристик механизмов (вместимости бункера, производительности пластинчатого питателя, производительности шнека) следует учитывать необходимость согласованности их работы. Необходимая вместимость (м3) бункера
где tп - продолжительность паузы между разгрузками смеси из автосамосвала в бункер, tп = 2,0...2,5 мин;
кн - коэффициент наполнения бункера, кн = 0,6...0,7.
Производительность (т/ч) пластинчатого питателягде bп - ширина питателя, м;
hщ - высота щели между питателем и заслонкой, м;
vп - скорость ленты питателя, м/мин.
Суммарная производительность двух питателей должна составлять 1,5 П1, тогда при выбранной скорости vп высота щели (м) питателя
где кп - скоростной коэффициент производительности, кп = 0,8;
i - число питателей, i = 2.
Производительность (т/ч) распределительного шнекагде кп - коэффициент снижения производительности из-за проскальзывания и прессования смеси, кп = 0,9;
кз - коэффициент заполнения сечения, кз = 0,7;
Dш - диаметр шнека,
tш - шаг шнека, tш=Dш;
nш - частота вращения шнека, nш = 70...80 об/с.
Производительность шнека должна быть не меньше производительности одного питателя:
Баланс мощности. При определении мощности силовой установки АУ следует учитывать мощность, идущую на преодоление сопротивлений перемещению, а также мощности приводов отдельных механизмов: пластинчатых питателей, шнеков, трамбующих брусьев, вибрационных плит и вспомогательных механизмов.
Общая мощность двигателя АУ является суммой мощностей, расходуемых на обеспечение необходимых тяговых характеристик, а также мощности, необходимой для привода всех механизмов,
где nп, nш, nб, nпл - число питателей, шнеков, трамбующих брусьев и вибрационных плит соответственно.
Транспортную скорость АУ определяют по выбранной мощности двигателя.
Мощность, затрачиваемую на передвижение АУ (кВт), определяют по формуле
где ηт - КПД трансмиссии АУ.
Мощность привода питателя расходуется на перемещение и подъем материала, а также на преодоление сил внутреннего трения, возникающих при перемещении смеси питателем в бункере.
При горизонтальном расположении питателя его
мощность привода (кВт) находят из выражения
где кд - коэффициент динамичности, кд = 1,2...1,3;
Wп - сила сопротивления перемещению смеси и цепей со скребками, Н;
vц - скорость движения цепи питателя, vц = 0,5...0,6 м/с;
ηпп - КПД привода питателя, ηпп = 0,9.
Силу сопротивления (Н) перемещению определяют по формуле
где ωст - коэффициент сопротивления транспортированию смеси, ωст = 0,2...0,3;
L - длина транспортера-питателя, м.
Мощность привода (кВт) распределительного шнекагде кр - коэффициент, зачитывающий расход смеси, кр = 0,6;
ксм - коэффициент, учитывающий технологические характеристики смеси, ксм = 5;
кз - коэффициент запаса, учитывающий подпор смеси иод действием питателя, к3= 1,5;
Lш — максимальный путь перемещения смеси вдоль шнеков по ширине (для двух шнеков Lш = В), м;
ηпш - кпд привода шнека, ηпш = 0,9 .
Мощность привода трамбующего бруса расходуется на преодоление сил трения бруса о смесь и выглаживающую плиту, а также на преодоление сил сопротивления смеси при ее уплотнении трамбующим брусом.
Сила трения (Н) трамбующего бруса о смесь при его возвратно-поступательном движении
где μ1 - коэффициент трения бруса по смеси, μ1 = 0,5...0,6;
Wпр - сила сопротивления перемещению призмы смеси перед брусом, Н (для ее оценки используют формулу (4.3)).
Сила трения бруса (Н) о выглаживающую плитугде fпл - коэффициент трения трамбующего бруса о плиту, fпл = 0,2...0,3;
Sпр - усилие поджимной пружины, Н.
Для упрощения расчета не учитывают давление пружины, т.е.
Таким образом, общая сила трения (Н) складывается из сил, выраженных формулами (4.22) и (4.24):
Работа (Дж) общей силы трения за один оборот дебалансного вала привода трамбующего бруса
где е - эксцентриситет дебалансного вала, е = 0,005...0,007 м.
Работу (Дж) но уплотнению брусом смеси (также за один оборот вращения дебалансного вала) находят из выражения
где Руп - вертикальная сила давления бруса на смесь при ее трамбовке, Н,
руп - удельное сопротивление смеси воздействию бруса при уплотнении, руп = 10 кПа;
Sбр - площадь контакта трамбующего бруса со смесью, м2;
В - длина бруса (ширина уплотняемой полосы), м;
tн - толщина ножа, равная ширине кромки борта бруса (поскольку смесь частично уплотняется скосом бруса), tн = 0,015 м.
Суммарная работа трамбующего бруса складывается из суммы работ по формулам (4.26) и (4.27):
С учетом (4.28)
мощность (кВт), расходуемая на работу трамбующего бруса,где βнн - коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки из-за сил инерции и силы тяжести бруса, βнн = 1,3... 1,4 ;
nб - частота вращения вала привода, nб = 25...35 об/с; ηпб - КПД привода бруса.
Мощность (кВт): привода вибрационной плитыгде куд - размерный коэффициент пропорциональности, куд = 1,2...1,6 кВт/м2;
Sпл - площадь контакта виброплиты с асфальтобетоном, м2;
lпл - длина плиты, м;
bпл - ширина плиты, м.
Мощность привода вспомогательных механизмов (топливного насоса, мешалки, воздуходувки системы обогрева выглаживающей плиты)
Для тяжелых и сверхтяжелых АУ целесообразно принять
Зная мощности, расходуемые на передвижение АУ и работу всех его механизмов, выбирают дизельный двигатель так, чтобы