Бульдозер с поворотным отвалом на базе трактора Т4А

Sp_Rab_oborud.dwg

керамический X7R (на 50В) 22мкф
керамический X7R (на 50В) 1N5 (1
керамический X7R (на 50В) 10N (10нФ)
Операционный усилитель
Линейные положительные
стабилизаторы напряжения
Вт 51 Ом ±5% ±100 ppm°C

Rab_oborud_v1.dwg

Предельное отклонение размеров
Окраску производить по ТУ на изделие
Радиальное биение сопряжений не более
Рабочее оборудование

Sp_Buld.dwg

ПК.14.03.00.00.000 СП
ПК.14.03.00.00.000. СБ
Рабочее оборудование
Пояснительная записка

Sp_Otval.dwg

Buld_v1.dwg

Бульдозер с поворотным
Техническая характеристика
Максимальная глубина резания
Привод управления рабочим оборудованием
Высота подъема отвала
*Размеры для справок

Otval_v1.dwg

Предельное отклонение размеров
Окраску производить по ТУ на изделие
Радиальное биение сопряжений не более
Швы сварных соединений по ГОСТ 5264-80

Записка.doc

Пояснительная записка: 32 с. 12 рис. 1 прил. 4 ист.
Объект проектирования: бульдозер Т-4А с поворотным отвалом.
В курсовом проекте выполнен расчет параметров отвала тяговый расчет бульдозера на прямом участке и на подъеме определены нагрузки бульдозерного оборудования и выполнена проверка на прочность элементов рабочего оборудования.
БУЛЬДОЗЕР ОТВАЛ РАМА УГОЛ ГРУНТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ОБОРУДОВАНИЕ
Устройство и назначение бульдозера
Определение геометрических параметров отвала и построение его профиля
Прочностной расчет элементов рабочего оборудования .
Выбор гидроцилиндра ..
Статический расчет бульдозера
Производительность бульдозера .. .
Земляные работы являются важнейшей частью строительства большинства инженерных сооружений. В результате выполнения земляных работ производится отделение грунта от массива и его захват перемещение и укладка грунта; уплотнение грунта и планирование земляных сооружений.
Машины для земляных работ являются одним из основных видов машин с помощью которых осуществляется комплексная механизация в строительстве на открытых разработках полезных ископаемых в промышленности строительных материалов горной и цветной металлургии угольной промышленности мелиорации сельского хозяйства. Объем земляных работ в зависимости от сооружаемых объектов колеблется от 3-5 до 80-90%.
Конструкции машин для земляных работ претерпели большие и сложные изменения одновременно с общим развитием техники и машиностроения.
Широкое применение гидропривода в машинах для земляных работ значительно преобразило их конструкцию позволило на 20÷25% снизить их удельную материало – и энергоемкость существенно повысить производительность и перейти к автоматизации управления отдельными машинами созданию манипуляторов и робототехнических комплексов.
УСТРОЙСТВО И НАЗНАЧЕНИЕ БУЛЬДОЗЕРА
БУЛЬДОЗЕР – землеройная машина состоящая из базовой машины и бульдозерного оборудования (рисунок 1.1).
Базовой машиной чаще всего является гусеничный трактор реже – колесный.
Бульдозерное оборудование состоит из рабочего органа – отвала – 1 толкающей рамы – 2 которые соединяются с мощью шарнирного крепления – 3 и винтового раскоса – 4 гидроцилиндров – 5 подъема и отпускания отвала.
Различают бульдозеры с неповоротным и поворотным отвалом. У первых – отвал перпендикулярен толкачу у вторых он может изменять свое положение в плане до 650 на каждую сторону 100 в вертикальной плоскости.
В данном курсовом проекте проведен расчет бульдозера с поворотным отвалом.
Толкающая рама бульдозера с поворотным отвалом соединяется с отвалом при помощи разъемных шарниров. Отвал во время движения трактора опускается срезает ножом стружку грунта и перемещает его к месту использования.глубины резания производится гидравлической системой.
Бульдозеры применяются для разработки грунта и перемещения их на расстояние до 80÷100 метров. С помощью бульдозера можно выполнять следующие работы: выравнивать рельеф местности для прокладки дорог; обслуживать склады песка гравия щебня и других материалов; производить грубую планировку строительных и аэродромных площадок; засыпать рвы расчищать различные территории и трассы от камней строительного мусора пней кустарника леса снега и т.д. некоторые конструкции бульдозеровмогут выполнять работы в воде при глубине до 1 м.
Для выполнения других видов работ на раму бульдозера как с поворотным отвалом так и с неповоротным отвалом могут быть навешены рыхлители кусторезы канавокопатели собиратели корчеватели и другое сменное рабочее оборудование.
Рисунок 1.1 Бульдозер с поворотным отвалом (трактор Т-4А)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОТВАЛА И ПОСТРОЕНИЕ ЕГО ПРОФИЛЯ
Конструкция элементов рабочего оборудования бульдозера определяется его назначением. Основным элементом оборудования является отвал (рисунок 2.1). Он представляет собой обычно коробчатую сварную конструкцию оснащенную с рабочей стороны гнутым листом 1 а с тыльной стороны ребрами жесткости проушинами (рисунок 2.1 а) или подпятником (рисунок 2.1 б) для присоединения соответственно к толкающим брусьям или раме. По длине отвал чаще имеет прямолинейную форму. В нижней части отвал имеет ножи 3 и 4. Последние обычно выполняют из нескольких секций. Для снижения сопротивления при копании в особенности при разработке мерзлого грунта среднюю секцию ножа делают выступающей вперед. Выступ h средней секции обычно принимают в зависимости от ее длины b и находится он в пределах 112 hb 13. Длину средней секции ножа принимают в зависимости от длины отвала (b = 03L).
В верхней части отвал имеет узкую плоскую полосу - козырек 2. По концам большинство неповоротных отвалов имеют боковые щитки 5. Они установлены для снижения потерь грунта при транспортировании.
Основными параметрами отвала являются его длина и высота. Длина L должна быть такой чтобы при любом рабочем положении отвала она превышала габаритную ширину базовой машины.
Высоту Н и длину L прямого отвала определяют в зависимости от мощности базовой машины и ее ширины.
Для легких условий высота отвала без козырька:
H = (026 ÷ 0316)= 03= 14 м
где N = 100 кВт - мощность базовой машины.
где В - ширина базовой машины м.
Для поворотного отвала определяем его длину:
L = 314·сos 30o = 365 м ≥ 15B =152 = 3 м
где В = 2 м – ширина базовой машины.
К основным параметрам профиля отвала относятся (Рисунок 2.2):
- высота отвала без козырька (расстояние по вертикали между режущей кромкой среднего ножа и верхней кромкой отвальной поверхности) Н;
- угол резания при основной установке отвала (угол между горизонталью и передней плоскостью ножей) ;
Рисунок 2.1 Конструкция поворотного отвала бульдозера
- угол опрокидывания при основной установке отвала (угол между горизонталью и касательной к отвальной поверхности в верхней кромке отвала) ;
- угол наклона при основной установке отвала (угол между горизонталью и линией соединяющей верхнюю кромку отвальной поверхности с режущей кромкой среднего ножа отвала) .
Дополнительными параметрами профиля отвала являются:
- высота отвала с козырьком (расстояние по вертикали между верхней кромкой козырька и режущей кромкой среднего ножа) Нк;
- угол установки козырька при основном положении отвала (угол между горизонталью и плоскостью козырька) ;
- задний угол при основной установке отвала (угол между горизонталью и линией соединяющей режущую кромку среднего ножа с наиболее выступающим элементом конструкции внизу на тыльной стороне отвала).
Углы установки отвала:
- = 55о; (50÷55°) - соответственно для неповоротного и поворотного отвалов;
- = 75° - для обеих типов отвалов;
- = (70°÷75°); (65о÷75о) – соответственно для неповоротного и поворотного отвалов;
- = 90°÷100° - для обеих типов отвалов.
Радиус кривой части отвальной поверхности м:
Учитывая конструктивную сложность обеспечения больших значений заднего угла отвала о принимаем его равным 20÷30° [1].
Угол поворота отвала в плане α ограничен смещением центра давления бульдозера вперед поэтому его обычно принимают равным 25÷30°.
Через точку 0 проводят горизонтальную прямую 2–2 и вертикальную 1–1. Далее проводят прямую 3–3 отстоящую от прямой 2–2 на расстоянии Н. Затем через точку 0 проводят прямую 4–4 под углом к горизонтали. Через точку пересечения прямых 3–3 и 4–4 проводят прямую 6–6 под углом и перпендикулярную ей прямую 7–7. На прямой 7–7 откладывают радиус R. Через точку 0 проводят прямую 5–5 под углом к горизонтали. Дуга окружности 8–8 радиусом R должна пройти через точку пересечения прямых 3–34–4 и 6–6 и коснуться прямой 5–5 в точке которая будет разграничивать прямую и кривую части отвала. Для построения профиля козырька через точку пересечения прямых 3–3 и 4–4 проводят прямую 9–9 од углом ограничивая ее горизонтальной прямой 10–10 отстоящей от прямой 2–2 на расстоянии Нк.
Высота отвала с козырьком:
Hк = Н + (01 ÷ 015)Н = 14 + 01514 = 16 м.
Рисунок 2.2 Профиль отвала
ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ БУЛЬДОЗЕРА
Тяговый расчет бульдозера выполняют по двигателю и по сцеплению
движителей с грунтом.
Для нормальной работы бульдозера необходимо соблюдение условия:
Величина тягового усилия по двигателю кН:
где N - мощность двигателя базовой машины кВт;
V- скорость движения бульдозера на первой передаче мс.
Величина тягового усилия по сцеплению кН:
где Gсц = GТ к = 78512 = 942 кН - сцепной вес бульдозера;
GТ = 8981 = 785 кН - сила тяжести трактора;
к = 12 - коэффициент запаса для гусеничных тракторов; к = 11 - коэффициент запаса для колесных тракторов;
- коэффициент сцепления движителей с грунтом (таблица 3.1) [1].
Возникающая в конце копания и начале подъема отвала результирующая сила сопротивления кН:
Рассмотрим работу бульдозера с прямым отвалом на подъеме с углом (рисунок 3.1).
Сопротивление грунта резанию кН:
где F = L h = - площадь срезаемой стружки грунта м2;
h - максимальная толщина срезаемой стружки м;
Кр - удельное сопротивление резанию [1] кПа.
Сопротивление от трения ножа отвала о грунт пропорционально нормальной составляющей реакции грунта резанию W2 и коэффициенту трения грунта о сталь кН:
В свою очередь W2 зависит от величины площадки затупления и категории разработки грунта кН:
где = 04 - коэффициент внешнего трения (Таблица3.2) [1].
Сопротивление перемещению призмы волочения кН:
где = 06 - коэффициент внутреннего трения грунта (Таблица 3.2);
α – угол уклона поверхности принимаем α = 0о (т.е. поверхность горизонтальная);
- сила тяжести грунта призмы волочения кН:
где - плотность грунта ;
- объем призмы волочения :
где m= 13 - коэффициент зависящий от отношения HL (Таблица 3.3) [1].
Сопротивление от перемещения грунта вверх по отвалу зависит от силы трения которая в свою очередь определяется нормальной составляющей N1 силы тяжести призмы волочения по отношению к отвалу и нормальной составляющей N2 силы сопротивления перемещению призмы волочения а также коэффициента трения грунта о сталь .
В первом приближении:
Таким образом составляющая сопротивления от перемещения грунта вверх по отвалу кН:
Сопротивление перемещению самого бульдозера кН:
Перемещение грунта вдоль отвала кН:
При работе бульдозера на горизонтальном участке когда = 0о расчетные формулы заметно упростятся. При расчете бульдозера с поворотным отвалом .
Тяговый расчет производится для случая работы бульдозера на горизонтальном участке и далее определяется максимальный угол уклона с учетом соблюдения условия.
Условие выполняется.
При работе на участках с уклоном и при разработке более крепких грунтов нормальная работа бульдозера возможна при условии уменьшения толщины срезания стружки.
Рисунок 3.1 Схема сил действующих на отвал
ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
Отвал присоединяется к базовой машине с помощью толкающих брусьев или толкающей рамы и гидроцилиндров. В бульдозерах с поворотным отвалом передача тягового усилия от базовой машины к отвалу осуществляется толкающей рамой (Рисунок 4.1) а гидроцилиндры производят подъем и опускание отвала. Толкающие рамы имеют коробчатую сварную конструкцию прямоугольной формы. Связь толкающей рамы с базовой машиной и отвалом обычно шарнирная.
Рисунок 4.1 Толкающая рама бульдозера с поворотным отвалом
Изменение пространственной ориентации отвала и рамы достигается установкой между ними подкосных элементов в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Возникающая динамическая нагрузка зависит от наличия в грунтах всевозможных препятствий в том числе и непреодолимых
крупных камней пней и т.д.
Удар происходит при относительно высокой скорости и ударная нагрузка зависит от жесткости как рабочего оборудования так и препятствия.
В качестве расчетного положения принимаем внезапный упор отвала средней точкой в непреодолимое препятствие в процессе резания грунта на горизонтальном участке при движении с номинальной скоростью соответствующей первой передаче и запертом положении механизма подъема когда режущая кромка ножа отвала заглублена на толщину срезаемого пласта грунта. В этом случае можно принять что на отвал действует только горизонтальное усилие расчетная величина которого с достаточной степенью точности может быть определена как:
где = 25 - динамический коэффициент;
- нагрузка от избыточной силы тяги по сцеплению:
Составляющие реакции в шарнирах крепления отвала а также реакции S на штоках поршней гидроцилиндров подъема и опускания отвала (Рисунок 4.2 а) могут быть определены из условия равновесия рабочего оборудования.
Рисунок 4.2 Схема сил действующих на оборудование бульдозера
Рассматривая рычажно-шарнирную систему в вертикальной плоскости запишем уравнения равновесия системы в статике:
где GБ - сила тяжести навесного оборудования бульдозера Н;
Из этих уравнений могут быть найдены усилия на штоках поршней гидроцилиндров Н:
а также составляющие реакции в шарнирах Н:
Рассмотрим равновесие отвала в вертикальной плоскости:
где Go- сила тяжести отвала (без толкателей) Н;
Из уравнений найдем усилие в подкосе и реакции в т. А м:
Рассмотрим реальную рамную конструкцию в плоскости рамы приняв в первом приближении что через кронштейны 2 толкающих балок 1 (Рисунок 4.2 б и в) на каждую толкающую балку передается половина усилия штока поршня S а вторая половина через шарниры В передается на отвал. При этом составляющей силы тяжести отвала можно пренебречь ввиду ее незначительности.
На рамную конструкцию действуют нагрузки представленные на Рисунок 4.3 (для толкающей рамы бульдозера с поворотным отвалом принимаем b = 05L).
Учитывая принцип независимости действия сил рассмотрим последовательно действия каждой из нагрузок в отдельности и построим соответствующие эпюры моментов а также определим реакции в шарнирах толкающих балок (т. О).
Суммарная эпюра являющаяся результатом сложения всех полученных эпюр представлена на Рисунок 4.4.
Опасными сечениями являются сечения К С и N:
Суммарные реакции в опорах Н;
Эпюры продольных и поперечных сил представлены на Рисунок 4.5.
В этих выражениях коэффициент k учитывает геометрию рамы:
где - осевой момент инерции сечения отвала;
- осевой момент инерции толкателя.
Рисунок 4.3 Схема сил действующих на раму бульдозерного оборудования
Рисунок 4.4 Эпюры моментов
Рисунок 4.5 Эпюры продольных – а и поперечных сил – б
Для определения коэффициента k необходимо вычислить моменты инерции и . Учитывая сложную форму поперечных сечений указанных элементов рассмотрим подробно методику их вычисления.
Поперечное сечение толкающего бруса состоит из двух полос 1 (Рисунок 4.6) двух гнутых швеллеров 2 сваренных коробкой и симметрично расположенных относительно центральных осей Х и Z. Для определения момента инерции всего составного сечения рассмотрим моменты инерции каждого из простых сечений отдельно. Для полосы 1 (Рисунок 4.6 б):
Рисунок 4.6 Поперечное сечение толкающего бруса
Коробчатое сечение 2 можно рассмотреть как прямоугольник с отверстием (Рисунок 4.6 в):
Моменты инерции всего сечения:
Так как у отвала толщины стенок ковша и ребер жесткости могут быть различны можно принимать в расчетах среднее значение:
Рассмотрим напряжения возникающие в поперечных сечениях рамной конструкции и выявим наиболее опасные из них.
Так как в сечении К осевые моменты на порядок больше чем в сечениях С и N то рассмотрим более подробно нагружение этих сечений.
В обеих сечениях как видно из эпюр "N" и "Q" (Рисунок 4.7) действуют одинаковые продольные и поперечные силы и лишь моменты и различны по величине.
Рисунок 4.7 Эпюры напряжений в сечении толкающего бруса
Учитывая что касательные напряжения от действия поперечной силы в этих сечениях составляют не более 5% от общей величины напряжений то определяющими будут являться нормальные напряжения от суммарного действия продольных сил и изгибающих моментов. Как видно из эпюры опасным является сжимающее напряжение:
Выбираем гидроцилиндр масляный с давлением масла р = 10 МПа и - отношением площади поршневой полости к площади штоковой полости гидроцилиндра.
Диаметр поршня рассчитываем по формуле:
где - давление масла;
S = 712000 – усилие на штоке поршня Н.
Принимаем: - диаметр поршня
СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ БУЛЬДОЗЕРА
При статическом расчете бульдозера определяются положение центра тяжести бульдозера и общая устойчивость машины.
Устойчивость бульдозера проверяется (Рисунок 5.1) при:
- движении под уклон со скоростью V и внезапной остановке машины вследствие встречи отвала с непреодолимым препятствием или резкого торможения;
- движении на подъем ;
- движении по косогору с поперечным углом наклона;
- движении на закруглениях дороги.
В первом случае при встрече отвала с препятствием или при торможении машины опрокидывание могут вызвать появившиеся при остановке силы инерции. Они могут вызвать опрокидывание машины вокруг т. О. Уравнение равновесия для обоих условий взаимодействия бульдозера с грунтом:
Из этого уравнения при заданном коэффициенте запаса от опрокидывания машины (12) может быть определена допустимая скорость движения или допустимый угол при заданной скорости:
При движении бульдозера под уклон гусеницы или колеса могут скользить перемещаясь вниз «юзом». Для исключения этого необходимо чтобы:
При движении бульдозера на подъем он не должен сползти вниз или опрокинуться. Предельный угол при этом:
При движении по косогору опрокидывание его может произойти вокруг т. О (Рисунок 5.1 в). Угол уклона будет найден из выражения:
где - эксцентриситет центра тяжести машины относительно продольной ее оси.
Допустимый угол поперечного уклона по условию сцепления движителя с дорогой:
При движении бульдозера по криволинейному участку пути радиусом закругления r со скоростью V на него будут действовать составляющие силы тяжести машины и инерционная нагрузка но в следствие ее незначительности ее не учитываем т.к центр тяжести бульдозера находится довольно низко над поверхностью земли а скорость его передвижения мала.
Рисунок 5.1 Схемы к определению общей устойчивости бульдозера
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ БУЛЬДОЗЕРА
Производительность бульдозера находится в прямой зависимости от условий работы. При работе бульдозера под уклон значительно повышается сила тяги уменьшается сопротивление перемещению грунта увеличивается объем грунта перемещаемого отвалом. При работе на подъеме происходят обратные явления приводящие к снижению производительности. Так при 10%-ном подъеме производительность например уменьшается на 40-50%.
По мере срезания слоя грунта и увеличения призмы волочения возрастает сопротивление перемещению бульдозера. Чтобы полностью использовать силу тяги машины необходимо изменять заглубление отвала постепенно уменьшая на протяжении рабочего цикла толщину срезаемой стружки грунта. При работе под уклон можно срезать стружку постоянного сечения на всем пути набора грунта за счет появляющегося запаса тяги. Обычно путь за который бульдозер набирает грунт перед отвалом составляет 5-6 м. Заглубление отвала и срезание грунта происходит на первой или на второй передачах.
Эффективность работы бульдозера в значительной степени зависит от
режима перемещения. Перемещение грунта осуществляется на первой - третьей передачах. С точки зрения уменьшения потерь грунта целесообразным является перемещение его в траншее глубиной до 06 м. Такая траншея может быть образована после нескольких проходов бульдозера по одному и тому же месту за счет образующихся по бокам отвала валиков грунта.
Производительность возрастает при одновременной работе двух спаренных бульдозеров интервал между которыми при разработке грунтов I и II категорий принимается равным 025-030 м а для грунтов III категории -до 050 м. При такой работе в два раза уменьшаются потери грунта и фактиче
ски увеличивается ширина захвата поскольку к суммарной длине двух отвалов прибавляется интервал между ними. В результате этого производительность увеличивается на 10-15%.
Повышению производительности способствует также перемещение грунта в два - три этапа когда разрабатываемый грунт перемещается сначала на половину или на одну треть пути накапливается на этом промежуточном этапе до объема 100 ÷ 200 а затем перемещается дальше. При этом уменьшаются потери грунта и соответственно на 5-10 % возрастает производительность.
Значительная часть рабочего цикла приходится на холостой ход поэтому при сравнительно малых расстояниях транспортирования (30 - 50 м) холостой ход целесообразно выполнять на максимальной скорости заднего хода не затрачивая времени на поворот машины.
При копании и перемещении грунта неповоротным отвалом эксплуатационная производительность бульдозера :
где qпр – объем призмы волочения м3;
КВ = 05 ÷ 07 – коэффициент использования бульдозера по времени;
КУК = 1 ÷ 225 (1 ÷ 05) – коэффициент влияния уклона (подъема) в пределах 0 ÷ 15%;
КРАЗ = 128 – коэффициент разрыхления грунта;
ТЦ – продолжительность рабочего цикла с:
ТЦ = lkVk + lпVп + lхVх + tот + 2tп
где Vk Vп Vх – скорости соответственно копания перемещения грунта и холостого хода бульдозера мс;
tот – время затрачиваемое на подъем и опускание отвала (15÷25 с);
tп – время затрачиваемое на поворот трактора (8÷10 с при колесном ходе и 12÷15 с при гусеничном).
ТЦ = 505 + 201 + 252 + 2 + 212 = 69 с
В ходе выполнения курсового проекта спроектирован бульдозер с поворотным отвалом на основе базовой машины – трактор Т-4А.
Данный бульдозер предназначен для разработки грунтов I-II категории к которым относят: суглинок без включений мелкий и средний гравий мягкая влажная или разрыхлённая глина.
Бульдозер может работать на горизонтальной площадке и на подъёме с углом 16º.
Рабочее оборудование бульдозера спроектировано с учётом следующих требований:
Максимальная глубина резания грунта – 220 мм;
Высота подъёма отвала – 1000 мм;
Привод управления рабочим оборудованием – гидравлический.
Произведён тяговый и прочностной расчёт элементов бульдозера а также статический расчёт бульдозера.
Выбраны гидроцилиндры и определена производительность бульдозера.
Редько А.М. Коструб В.О. Курсовое проектирование строительно-дорожных машин. Учебное пособие. – Луганск: Вид. СУДУ 2000.- 160 с.
Машины для земляных работ: Учебник для студентов вузов по специальности "Подъемно - транспортные строительные дорожные машины и оборудование"Д.П. Волков В.Я. Крикун П.Е Тотолин и др.; Под общ. ред. Д.П. Волкова. - М.: Машиностроение 1992 - 448 с.
Гоберман Л.А. Степанян К.В. Строительные и дорожные машины. Атлас конструкций. - М.: Машиностроение 1985. - 96 с.
Домбровский Н.Г. Картвелишвили Ю.Л. Гальперин М.И. Строительные машины. В 2 частях. Ч. 1-я. - М.: Машиностроение 1976. - 391 с.