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 тележки
где 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 автосамосвала
где 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 сопротивление
Для 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 питателя
где 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 шнека
где 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 шнека
где 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 плиту
где 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 плиты
где 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
