Бульдозер Т-130

Рабочий чертеж.dwg

Черт. выполнен на оснавании и взамен черт. 1154-32.
Ст3сп3 ГОСТ 14637-89
Черт. выполнен на оснавании и взамен черт. 1176-28Б.
Ст3сп3 ГОСТ 14637-89
Развернутая длина L=859мм. 2. Чертёж выполнен на оснавании и взамен черт.1176-20А.
IV КП 490-ГОСТ8479-70. 2.Сертификат на металл. 3.Отверстие ø10 под шплинт сверлить при сборке. 4.Черт. выполнен на оснавании и взамен черт. 1154-21В.
ЧГУ.КР.190205.000003
ЧГУ.КР.190205.000004
ЧГУ.КР.190205.000005
Нож промежуточный левый
Термообработка - закалка HB 350 450 2.Неуказанные предельные отклонения отверстий - H14
остальных ±IT 142. 3.Качество металла подтвердить сертификатом и входным контролем по ГОСТ 24297-87

Пояснит зап.1doc..docx

Министерство Образования и Науки РФ
Череповецкий Государственный Университет
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по предмету: «Строительно-дорожные машины» на тему: «Бульдозерное оборудование с изменяемым углом резания».
Техническое задание.
Спроектировать бульдозерное оборудование с изменяемым углом резания и модифицированным профилем отвала.
Базовая машина: гусеничный трактор Т-130 тяговый класс 10 мощность 118 кВт;
Грунт-суглинок сухой;
Углы резания- 45° 55° 80° .
Длина отвала - 34 м.
Высота отвала – 14 м.
Рис.1. Форма модифицированного отвала.
Виды и конструкции основных отвалов. 6
1. Определение сопротивления грунта копанию 10
1.1. Прямое резание11
1.2. Косое резание12
2. Тяговый расчет бульдозера13
3. Определение полного сопротивления в конце процесса резания13
4. Определение производительности14
Сравнительные исследования с U – образным отвалом16
Прочностной расчет центрального ножа19
Бульдозер - землеройная машина состоящая из базового тягача и бульдозерного (навесного) оборудования предназначенного для перемещения грунта и планировки разрабатываемой поверхности.
Внешний вид этих мощных машин остается неизменным многие годы – гусеничный трактор перед которым крепится инструмент для производства работ – металлический отвал. Бульдозеры предназначены для послойной разработки грунтов I -III11 и частично IV групп без предварительного рыхления плотных прочных и мерзлых грунтов после предварительного рыхления с последующим перемещением перед рабочим органом (отвалом) на расстояние до 100 м. Бульдозер неприхотлив в обслуживании обладает высокой проходимостью и маневренностью. В силу особенностей производства (модульные заменяемые узлы) бульдозеры обладают высокой степенью ремонтопригодности. На строительных площадках также можно встретить и пневмоколесные бульдозеры которые работают на зачистных работах и на легких грунтах.
Основная функция бульдозера состоит в перемещении на короткие расстояния больших объемов грунта. Для большинства современных гусеничных бульдозеров экономически выгодная дальность перемещений в настоящее время не превышает 60—80 м колесных 100—150 м.
По назначению бульдозеры делятся на бульдозеры общего назначения приспособленные для выполнения разнообразных землеройно-планировочных и строительных работ в различных грунтовых условиях и на бульдозеры специального назначения которые предназначаются для выполнения определенных видов работ (например для прокладки дорог чистки снега сгребания торфа и т. д.).
По размещению рабочего органа бульдозерного оборудования на базовой машине различают бульдозеры с передним и задним расположением отвала.
По типу механизма управления бульдозеры разделяются на бульдозеры с гидравлическим канатным и смешанным управлением.
В бульдозерах с гидравлическим управлением отвал внедряется в грунт принудительно в результате усилий развиваемых гидросистемой. Эти усилия могут достичь 40% и более от общего веса трактора. При гидравлическом управлении отвалу могут быть заданы четыре положения: подъем принудительное опускание плавающее положение фиксированное положение.
Различают: бульдозер с неповоротным отвалом т. е. бульдозер отвал которого имеет неизменное положение в горизонтальной плоскости перпендикулярное продольной оси машины; бульдозер с поворотным отвалом т. е. бульдозер у которого можно изменять положение отвала в горизонтальной плоскости.
На универсальной раме бульдозера вместо отвала может устанавливаться оборудование кустореза корчевателя-собирателя или снегоочистителя.
Виды и конструкции основных отвалов.
Основными элементами бульдозерного оборудования являются отвал толкающие брусья с раскосами и подкосами или толкающая рама с раскосами гидроцилиндры подъема и опускания отвала а также на отдельных видах механизмы поворота отвала в поперечной и горизонтальной плоскостях и изменения угла резания.
Отвал представляет собой сварную конструкцию коробчатого типа обеспечивающую ему жесткость с приваренным в передней части лобовым листом криволинейного профиля. Последний обеспечивает быстрое заполнение отвала материалом. Для повышения износостойкости лобового листа фирма «Саtеrрillаr» приваривает к нему пластины из специальных легированных сталей обладающих высокой устойчивостью к абразивному износу и ударным нагрузкам.
В нижней части к лобовому листу болтами впотай крепятся съемные ножи. При изнашивании острой кромки ножа его разворачивают и режут вторым острым концом. Для повышения устойчивости ножей к абразивному изнашиванию и ударным нагрузкам зарубежные фирмы изготавливают их из легированных сталей типа DН-2 или DН-3 с повышенным содержанием бора и никеля.
Бульдозеры общего назначения оснащаются основными отвалами выпускаемыми почти всеми производителями.
Различают неповоротные поворотные и универсальные отвалы. Неповоротные включают в себя прямой сферический и полусферический отвалы. Торцы этих отвалов закрыты двумя боковыми щеками для снижения потерь грунта при транспортировании. Лобовой лист завершается вверху козырьком приваренным под углом к лобовому листу. Козырек препятствует пересыпанию грунта через верхнюю кромку отвала и улучшает формирование призмы волочения грунта.
Для защиты от повреждений гидроцилиндров и радиатора двигателя от пересыпающегося материала некоторые фирмы используют решетки устанавливаемые сверху на отвалах и щитки.
Прямой отвал или отвал типа 5 используется при разработке широкого диапазона не мерзлых грунтов включая легкие скальные.
Сферический отвал (U) особенно эффективен для перемещения значительных объемов легких грунтов на большие расстояния. Он состоит из трех секций: центральной и двух боковых. Последние расположены под углом в плане до 25° к центральной секции. Изогнутая в плане форма отвала обеспечивает смещение грунта к середине отвала обеспечивая при транспортировании минимальные потери материала.
Полусферический отвал (SU) сочетает способности прямого отвала хорошо врезаться в грунт и сферического отвала перемещать большие объемы материала за счет коротких боковых секций установленных под углом до 25° к центральной секции.
Отвалы U SU и S имеют механизм перекоса (гидроцилиндр и винтовую стяжку) позволяющие им хорошо внедряться в прочные грунты. При наличии двух гидроцилиндров перекоса машинист из кабины имеет возможность изменять углы перекоса и резания отвала на ходу машины приспосабливаясь к меняющимся грунтовым условиям.
Поворотный отвал (А) применяется при поперечной транспортировке грунта для засыпки траншей укладки насыпи и при расчистке территории от снега мусора растительности. Отвал может поворачиваться в плане вокруг шарнира на раме в обе стороны. По форме это прямой отвал без боковых щек удлиненный по ширине и укороченный по высоте.
Отвалы с регулируемыми углами поворота и перекоса (РАТ) которые имеют 6 степеней свободы (шестипозиционные отвалы). Это универсальные отвалы способные изменять и поперечные и продольные
углы установки отвала прикрепляемые шарнирно к П-образной толкающей раме.
По форме это прямой отвал примерно таких же габаритов только без боковых щек. Он предназначен для профилировочных и планировочных работ небольшого объема бульдозерами малого класса тяги.
На некоторых моделях бульдозеров таких фирм как «Саtеrрillаr» «Fiat-Kobelco» «Liebherr» и др. используется модификация данного отвала (VPAT) позволяющая с помощью регулировочных болтов изменять угол резания ножей отвала.
Рис.2. Варианты бульдозерных отвалов фирмы «Liebherr».
Рис. 3. Бульдозерные отвалы.
1. Определение сопротивления грунта копанию.
При разработке конструкции отвала типа «Сигма» ставится задача снижения усилий действующих при обработке грунта. Конструктивные изменения отвала коснулись в основном отдельных его элементов формы и технологии выполнения рабочих кромочных накладок . Бульдозеры с отвалами типа «Сигма» более эффективно обрабатывают грунт что достигается концентрированным приложением рабочих усилий и возможностью направлять грунт влево - вправо. Это обеспечивается сосредоточением усилий в центральной части отвала позволяет повысить производительность без потерь грунта в случае его резания при перемещении.
Рис.4. Бульдозерный отвал типа «Сигма».
На рисунке 4(а) показан вид сверху проектируемого отвала.1- форма огибающей грунтовой «шапки»; 2- направление перемещения грунта; 3- усилие со стороны бульдозера; 4- ограничители.
На рисунке 4(б) показан общий вид рассчитываемого отвала. Передняя кромка его состоит из двух равных участков резания: прямого и косого.
1.1. Прямое резание.
Для определения сопротивления грунта копанию на прямолинейном участке отвала воспользуемся формулой А.Н. Зеленина. Расчет ведется для трех углов резания: 450550800.
W1 = 10Ch135(1 + 26l )(1 + 001α) + KcжF + gVпрγtgρ кH (1)
где С- число ударов ударника ДорНИИ;
h – глубина резания см;
α – угол резания град;
– коэффициент продольного сжатия стружки = 2;
Kcж – удельное сопротивление выдавливанию стружки в зависимости от числа ударов ударника ДорНИИ; Kcж = 6 Нсм2.
F – площадь резания см2;
Vпр – объем призмы волочения м3;
Vпр = l Н2 2Kпр м3 (2)
Н – высота отвала м;
Kпр – коэффициент призмы волочения для несвязных грунтов Kпр = 08;
γ – объемная масса грунта в массиве кгм3;
tgρ – тангенс угла трения грунта по грунту tgρ = 085;
Vпр = 17142208 = 208 м3
W1 = 10137135(1 + 2617)(1 + 001450) + 261707 + 100851500208 = 5493 кН;
W1 = 10137135(1 + 2617)(1 + 001550) + 261707 + 100851500208 = 5591 кН;
W1 = 10137135(1 + 2617)(1 + 001800) + 261707 + 100851500208 = 5834 кН;
Сопротивление грунта косому резанию определяется по формуле:
W2 = k0Lhsinφ кН (3)
где k0 – соответствующее данному отвалу удельное сопротивление грунта лобовому резанию k0 = 18 кгсм2 ;
L – длина отвала см;
h – глубина резания см;
φ – угол захвата отвала φ = 200;
Сопротивление от перемещения грунта вверх по отвалу:
W3 = Gпр f1 cos2α sinφ кH (4)
f1 – коэффициент трения грунта о сталь: f1 = 06;
α – углы резания (450550800.)
Gпр – сила тяжести грунта в призме волочения кН;
Gпр = Vпр 0 g Н; (5)
где 0 – объемная масса грунта может быть принята равной 1500 кгм3;
g – ускорение свободного падения;
Vпр – объем призмы волочения с учетом специальных «карманов» в отвале Vпр = 44 м3 ;
Gпр = 44 1500 10 = 66 кН;
W3 = 66 06 cos2450 s
W3 = 66 06 cos2550 s
W3 = 66 06 cos2800 s
2. Тяговый расчет бульдозера.
Максимальное тяговое усилие определяемое из условия сцепления гусениц с грунтом не может превышать:
где Gбульд – вес бульдозера кг Gбульд = 17330 кг;
f – коэффициент сцепления с поверхностью пути f =08 – 09;
T = 17330 09 = 155970 кН;
Сопротивление от перемещения бульдозера как тележки определяется по формуле:
где f – коэффициент сопротивления перемещению движителей трактора f = 01- 012 ;
i – уклон местности в %.
W4 = 17330 (01 + 018) = 4852 кН;
3. Определение полного сопротивления в конце процесса резания.
Общее сопротивление в конце процесса при разных углах резания определяется по формуле:
Wп = W1 + W2 + W3 + W4 (8)
Wп = 5493 + 733 + 677 + 4852 = 11755 кН;
Wп = 5591 + 733 + 446 + 4852 = 11622 кН;
Wп = 5834 + 733 + 0408 + 4852 = 1146 кН;
Определим потребную мощность двигателя базовой машины исходя из максимального сопротивления в конце процесса резания:
N = Wп Vд 270 л.с.;(9)
где Vд – действительная скорость движения бульдозера Vд = 2 кмч.
– механический КПД машины;
Wп – полное сопротивление грунта в конце процесса резания кг.
N = 11460 2 270 08 = 1061 л.с. = 7802 кВт;
Мощность двигателя выбранной базовой машины превышает потребную расчетную мощность. Базовая машина выбрана верно.
4. Определение производительности.
Производительность бульдозера при резании и перемещении грунта определяется по формуле:
П = 3600 Vпр kв kукл tц м3ч;(10)
где Vпр – объем призмы волочения всего отвала Vпр = 44 м3;
kв – коэффициент использования бульдозера по времени kв = 08 – 09;
kукл – влияние производительности от уклона местности: под уклон 13 – 18 ; на уклон 08 – 05;
tц – продолжительность цикла с.
где lр lп lобр – длины пути резания перемещения грунта обратного хода соответственно равные: 15 м 15 м 30 м.
vр vп vобр – скорости при резании перемещении грунта и обратного хода соответственно равные: 2 кмч 25 кмч 6 кмч ;
tп – время переключения передач tп = 3 – 5 с;
tоп – время опускания отвала tоп = 2 – 3 с;
tц = (150555) + (150694) + (301667) + 4 + 3 = 7364 с;
П = 3600 44 09 08 7364 = 15497 м3ч;
Производительность бульдозера при планировочных работах определяется по формуле:
– угол в плане = 900 ;
v - рабочая скорость движения бульдозера v = 2 кмч;
kв – коэффициент использования бульдозера по времени kв = 08 – 085;
n – число проходов по одному месту n = 3 ;
tп б – время поворота бульдозера tп б = 20 с;
Производительность бульдозера можно повысить увеличив размеры отвала и снизив потери грунта. Последнее может быть осуществлено путем постановки на концы отвала открылков и лобовых щитков.
При работе бульдозера по транспортированию грунта имеют место непрерывные потери за счет соскальзывания грунта с краев отвала в боковые валики. Для сохранения производительности бульдозера необходимо компенсировать эти потери постоянным заглублением на величину h1.
где Vпот – объем потерянного грунта м3;
L l – длина отвала и длина участка соответственно: 34 м и 1 м.
Vпот = 6% Vпр м3(14)
Vпот = 006 44 = 0264 м3
h1 = 0264 34 1 = 0078 м ;
Сравнительные исследования с U – образным отвалом.
Определим полное сопротивление бульдозера с U – образным отвалом в конце процесса резания по аналогичной схеме . Габаритные размеры отвала такие же как и у проектируемого: длина отвала - 34 м высота отвала – 14 м.
Рис.6. Схема U – образного отвала.
W1 = 10137135(1 + 263)(1 + 001550) + 263407 + 100851500416 = 10613 кН;
W3 = 624 06 cos2550 s
Wп = 10613 + 42 + 4852 = 15885 кН;
Из расчетов мы видим что полное сопротивление в конце процесса резания бульдозера с U – образным отвалом ( Wп =15885 кН) больше полного сопротивления бульдозера с проектируемым отвалом ( Wп =11622 кН;) на 268 %.
Проводились натурные испытания на реальных образцах бульдозеров класса 10 т с учётом результатов лабораторных испытаний. Были выявлены следующие преимущества бульдозеров с отвалом типа «Сигма» по сравнению с бульдозерами снабжёнными полуU-образными отвалами:
· увеличение производительности примерно на 15% при одинаковой выходной мощности силовых агрегатов;
· производительность остаётся примерно одинаковой при увеличении выходной мощности силовых агрегатов старых моделей примерно на 16%.
Таким образом эффективность работ бульдозерных отвалов новой конструкции может увеличиться на 15%.
Что касается области применения новых бульдозерных отвалов то она достаточно широкая: от грунтовых работ до другого технологического применения. В различных случаях применения отвалов типа «Сигма» они имеют высокую эффективность особенно при работах с грунтом.
В перспективе бульдозерные отвалы типа «Сигма» могут заменить большую часть ныне используемых отвалов поскольку по своему конструктивному исполнению они хорошо совместимы с современными бульдозерными системами. Для разработки новых бульдозеров отличающихся пониженным потреблением энергии предлагаемый тип отвала является хорошим примером.
Прочностной расчет центрального ножа.
Прочностной расчет центрального ножа выполним с использованием сред Autodesk Inventor и Autodesk Mechanical Desktop с использованием метода конечных элементов.
Рис. 7 Геометрические характеристики центрального ножа.
При анализе методом конечных элементов сплошная конструкция ножа разбивается на трехмерные элементы – тетраэдры.
Рис.8. Сеточная модель центрального ножа:
Р – распорное усилие Н Значения нагрузок: Р = 1146 кН.
Результаты прочностного расчета методом конечных элементов сведены в таблицу 2.
Таблица 2. Результаты расчета.
В результате расчета установили что максимальное фактическое напряжение возникающее при использовании ножа отвала по назначению не превышает допускаемого значения . Недогрузка составляет 11%. Таким образом результаты прочностного расчета показывают что обеспечена оптимальная металлоемкость центрального ножа и он полностью пригоден к эксплуатации.
В процессе курсовой работы я ознакомился с машинами для земляных работ а именно с новейшей разработкой бульдозерного отвала типа «Сигма». Провел расчет его прототипа а именно: рассмотрел виды и конструкции основных отвалов; определил сопротивления грунта копанию и полное сопротивление в конце процесса для трех углов резания – 45 55 80 градусов; определил производительность при перемещении грунта и при планировании участка; сравнил энергетические затраты с U – образным отвалом.
Наиболее оптимальный угол резанья грунта -80 градусов т.к. создаваемое общее сопротивление в конце процесса резания Wп = 1146 кН наименьшее из предложенных углов.
Также произведен прочностной расчет центрального ножа отвала методом конечных элементов.
Графическая часть содержит: общий вид бульдозера; отвал; рабочий чертеж ножа отвала.
Зеленин А.Н. и др. «Машины для земляных работ».М. «Машиностроение» 1975 г. – 424 с.
Алексеева Т.В. Артемьев К.А. Бромберг А.А. «Дорожные машины».Часть 1. «Машины для земляных работ». М. «Машиностроение». 1972 г. 504 с.
Журнал «Строительные и дорожные машины» Февраль 2009г.

Рабочий чертеж_.dwg

Черт. выполнен на оснавании и взамен черт. 1154-32.
Ст3сп3 ГОСТ 14637-89
Черт. выполнен на оснавании и взамен черт. 1176-28Б.
Ст3сп3 ГОСТ 14637-89
Развернутая длина L=859мм. 2. Чертёж выполнен на оснавании и взамен черт.1176-20А.
IV КП 490-ГОСТ8479-70. 2.Сертификат на металл. 3.Отверстие ø10 под шплинт сверлить при сборке. 4.Черт. выполнен на оснавании и взамен черт. 1154-21В.
ЧГУ.КР.190205.000003
ЧГУ.КР.190205.000004
ЧГУ.КР.190205.000005
Нож промежуточный левый
Термообработка - закалка HB 350 450 2.Неуказанные предельные отклонения отверстий - H14
остальных ±IT 142. 3.Качество металла подтвердить сертификатом и входным контролем по ГОСТ 24297-87

ОБЩ. ВИД ГОТОВЫЙ_.dwg

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Наибольшая скорость движения
бульдозерное оборудование
Подъем над опорной поверхностью
Масса бульдозерного оборудования
ЧГУ.КР.190205.000001.ВО
Бульдозер с неповоротным отвалом

ОТВАЛ ГОТОВЫЙ_.dwg

ОТВАЛ ГОТОВЫЙ.dwg

ОБЩ. ВИД ГОТОВЫЙ.dwg

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Наибольшая скорость движения
бульдозерное оборудование
Подъем над опорной поверхностью
Масса бульдозерного оборудования
ЧГУ.КР.190205.000001.ВО
Бульдозер с неповоротным отвалом

ПЗ.1doc..doc

Министерство Образования и Науки РФ
Череповецкий Государственный Университет
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по предмету: «Строительно-дорожные машины» на тему: «Бульдозерное оборудование с изменяемым углом резания».
Техническое задание.
Спроектировать бульдозерное оборудование с изменяемым углом резания и модифицированным профилем отвала.
Базовая машина: гусеничный трактор Т-130 тяговый класс 10 мощность 118 кВт;
Грунт-суглинок сухой;
Углы резания- 45° 55° 80° .
Длина отвала - 34 м.
Высота отвала – 14 м.
Рис.1. Форма модифицированного отвала.
Виды и конструкции основных отвалов. 6
1. Определение сопротивления грунта копанию 10
1.1. Прямое резание11
1.2. Косое резание12
2. Тяговый расчет бульдозера13
3. Определение полного сопротивления в конце процесса резания13
4. Определение производительности14
Сравнительные исследования с U – образным отвалом16
Прочностной расчет центрального ножа19
Бульдозер - землеройная машина состоящая из базового тягача и бульдозерного (навесного) оборудования предназначенного для перемещения грунта и планировки разрабатываемой поверхности.
Внешний вид этих мощных машин остается неизменным многие годы – гусеничный трактор перед которым крепится инструмент для производства работ – металлический отвал. Бульдозеры предназначены для послойной разработки грунтов I -III11 и частично IV групп без предварительного рыхления плотных прочных и мерзлых грунтов после предварительного рыхления с последующим перемещением перед рабочим органом (отвалом) на расстояние до 100 м. Бульдозер неприхотлив в обслуживании обладает высокой проходимостью и маневренностью. В силу особенностей производства (модульные заменяемые узлы) бульдозеры обладают высокой степенью ремонтопригодности. На строительных площадках также можно встретить и пневмоколесные бульдозеры которые работают на зачистных работах и на легких грунтах.
Основная функция бульдозера состоит в перемещении на короткие расстояния больших объемов грунта. Для большинства современных гусеничных бульдозеров экономически выгодная дальность перемещений в настоящее время не превышает 60—80 м колесных 100—150 м.
По назначению бульдозеры делятся на бульдозеры общего назначения приспособленные для выполнения разнообразных землеройно-планировочных и строительных работ в различных грунтовых условиях и на бульдозеры специального назначения которые предназначаются для выполнения определенных видов работ (например для прокладки дорог чистки снега сгребания торфа и т. д.).
По размещению рабочего органа бульдозерного оборудования на базовой машине различают бульдозеры с передним и задним расположением отвала.
По типу механизма управления бульдозеры разделяются на бульдозеры с гидравлическим канатным и смешанным управлением.
В бульдозерах с гидравлическим управлением отвал внедряется в грунт принудительно в результате усилий развиваемых гидросистемой. Эти усилия могут достичь 40% и более от общего веса трактора. При гидравлическом управлении отвалу могут быть заданы четыре положения: подъем принудительное опускание плавающее положение фиксированное положение.
Различают: бульдозер с неповоротным отвалом т. е. бульдозер отвал которого имеет неизменное положение в горизонтальной плоскости перпендикулярное продольной оси машины; бульдозер с поворотным отвалом т. е. бульдозер у которого можно изменять положение отвала в горизонтальной плоскости.
На универсальной раме бульдозера вместо отвала может устанавливаться оборудование кустореза корчевателя-собирателя или снегоочистителя.
Виды и конструкции основных отвалов.
Основными элементами бульдозерного оборудования являются отвал толкающие брусья с раскосами и подкосами или толкающая рама с раскосами гидроцилиндры подъема и опускания отвала а также на отдельных видах механизмы поворота отвала в поперечной и горизонтальной плоскостях и изменения угла резания.
Отвал представляет собой сварную конструкцию коробчатого типа обеспечивающую ему жесткость с приваренным в передней части лобовым листом криволинейного профиля. Последний обеспечивает быстрое заполнение отвала материалом. Для повышения износостойкости лобового листа фирма «Саtеrрillаr» приваривает к нему пластины из специальных легированных сталей обладающих высокой устойчивостью к абразивному износу и ударным нагрузкам.
В нижней части к лобовому листу болтами впотай крепятся съемные ножи. При изнашивании острой кромки ножа его разворачивают и режут вторым острым концом. Для повышения устойчивости ножей к абразивному изнашиванию и ударным нагрузкам зарубежные фирмы изготавливают их из легированных сталей типа DН-2 или DН-3 с повышенным содержанием бора и никеля.
Бульдозеры общего назначения оснащаются основными отвалами выпускаемыми почти всеми производителями.
Различают неповоротные поворотные и универсальные отвалы. Неповоротные включают в себя прямой сферический и полусферический отвалы. Торцы этих отвалов закрыты двумя боковыми щеками для снижения потерь грунта при транспортировании. Лобовой лист завершается вверху козырьком приваренным под углом к лобовому листу. Козырек препятствует пересыпанию грунта через верхнюю кромку отвала и улучшает формирование призмы волочения грунта.
Для защиты от повреждений гидроцилиндров и радиатора двигателя от пересыпающегося материала некоторые фирмы используют решетки устанавливаемые сверху на отвалах и щитки.
Прямой отвал или отвал типа 5 используется при разработке широкого диапазона не мерзлых грунтов включая легкие скальные.
Сферический отвал (U) особенно эффективен для перемещения значительных объемов легких грунтов на большие расстояния. Он состоит из трех секций: центральной и двух боковых. Последние расположены под углом в плане до 25° к центральной секции. Изогнутая в плане форма отвала обеспечивает смещение грунта к середине отвала обеспечивая при транспортировании минимальные потери материала.
Полусферический отвал (SU) сочетает способности прямого отвала хорошо врезаться в грунт и сферического отвала перемещать большие объемы материала за счет коротких боковых секций установленных под углом до 25° к центральной секции.
Отвалы U SU и S имеют механизм перекоса (гидроцилиндр и винтовую стяжку) позволяющие им хорошо внедряться в прочные грунты. При наличии двух гидроцилиндров перекоса машинист из кабины имеет возможность изменять углы перекоса и резания отвала на ходу машины приспосабливаясь к меняющимся грунтовым условиям.
Поворотный отвал (А) применяется при поперечной транспортировке грунта для засыпки траншей укладки насыпи и при расчистке территории от снега мусора растительности. Отвал может поворачиваться в плане вокруг шарнира на раме в обе стороны. По форме это прямой отвал без боковых щек удлиненный по ширине и укороченный по высоте.
Отвалы с регулируемыми углами поворота и перекоса (РАТ) которые имеют 6 степеней свободы (шестипозиционные отвалы). Это универсальные отвалы способные изменять и поперечные и продольные
углы установки отвала прикрепляемые шарнирно к П-образной толкающей раме.
По форме это прямой отвал примерно таких же габаритов только без боковых щек. Он предназначен для профилировочных и планировочных работ небольшого объема бульдозерами малого класса тяги.
На некоторых моделях бульдозеров таких фирм как «Саtеrрillаr» «Fiat-Kobelco» «Liebherr» и др. используется модификация данного отвала (VPAT) позволяющая с помощью регулировочных болтов изменять угол резания ножей отвала.
Рис.2. Варианты бульдозерных отвалов фирмы «Liebherr».
Рис. 3. Бульдозерные отвалы.
1. Определение сопротивления грунта копанию.
При разработке конструкции отвала типа «Сигма» ставится задача снижения усилий действующих при обработке грунта. Конструктивные изменения отвала коснулись в основном отдельных его элементов формы и технологии выполнения рабочих кромочных накладок . Бульдозеры с отвалами типа «Сигма» более эффективно обрабатывают грунт что достигается концентрированным приложением рабочих усилий и возможностью направлять грунт влево - вправо. Это обеспечивается сосредоточением усилий в центральной части отвала позволяет повысить производительность без потерь грунта в случае его резания при перемещении.
Рис.4. Бульдозерный отвал типа «Сигма».
На рисунке 4(а) показан вид сверху проектируемого отвала.1- форма огибающей грунтовой «шапки»; 2- направление перемещения грунта; 3- усилие со стороны бульдозера; 4- ограничители.
На рисунке 4(б) показан общий вид рассчитываемого отвала. Передняя кромка его состоит из двух равных участков резания: прямого и косого.
1.1. Прямое резание.
Для определения сопротивления грунта копанию на прямолинейном участке отвала воспользуемся формулой А.Н. Зеленина. Расчет ведется для трех углов резания: 450550800.
W1 = 10Ch135(1 + 26l )(1 + 001α) + KcжF + gVпрγtgρ кH (1)
где С- число ударов ударника ДорНИИ;
h – глубина резания см;
α – угол резания град;
– коэффициент продольного сжатия стружки = 2;
Kcж – удельное сопротивление выдавливанию стружки в зависимости от числа ударов ударника ДорНИИ; Kcж = 6 Нсм2.
F – площадь резания см2;
Vпр – объем призмы волочения м3;
Vпр = l Н2 2Kпр м3 (2)
Н – высота отвала м;
Kпр – коэффициент призмы волочения для несвязных грунтов Kпр = 08;
γ – объемная масса грунта в массиве кгм3;
tgρ – тангенс угла трения грунта по грунту tgρ = 085;
Vпр = 17142208 = 208 м3
W1 = 10137135(1 + 2617)(1 + 001450) + 261707 + 100851500208 = 5493 кН;
W1 = 10137135(1 + 2617)(1 + 001550) + 261707 + 100851500208 = 5591 кН;
W1 = 10137135(1 + 2617)(1 + 001800) + 261707 + 100851500208 = 5834 кН;
Сопротивление грунта косому резанию определяется по формуле:
W2 = k0Lhsinφ кН (3)
где k0 – соответствующее данному отвалу удельное сопротивление грунта лобовому резанию k0 = 18 кгсм2 ;
L – длина отвала см;
h – глубина резания см;
φ – угол захвата отвала φ = 200;
Сопротивление от перемещения грунта вверх по отвалу:
W3 = Gпр f1 cos2α sinφ кH (4)
f1 – коэффициент трения грунта о сталь: f1 = 06;
α – углы резания (450550800.)
Gпр – сила тяжести грунта в призме волочения кН;
Gпр = Vпр 0 g Н; (5)
где 0 – объемная масса грунта может быть принята равной 1500 кгм3;
g – ускорение свободного падения;
Vпр – объем призмы волочения с учетом специальных «карманов» в отвале Vпр = 44 м3 ;
Gпр = 44 1500 10 = 66 кН;
W3 = 66 06 cos2450 s
W3 = 66 06 cos2550 s
W3 = 66 06 cos2800 s
2. Тяговый расчет бульдозера.
Максимальное тяговое усилие определяемое из условия сцепления гусениц с грунтом не может превышать:
где Gбульд – вес бульдозера кг Gбульд = 17330 кг;
f – коэффициент сцепления с поверхностью пути f =08 – 09;
T = 17330 09 = 155970 кН;
Сопротивление от перемещения бульдозера как тележки определяется по формуле:
где f – коэффициент сопротивления перемещению движителей трактора f = 01- 012 ;
i – уклон местности в %.
W4 = 17330 (01 + 018) = 4852 кН;
3. Определение полного сопротивления в конце процесса резания.
Общее сопротивление в конце процесса при разных углах резания определяется по формуле:
Wп = W1 + W2 + W3 + W4 (8)
Wп = 5493 + 733 + 677 + 4852 = 11755 кН;
Wп = 5591 + 733 + 446 + 4852 = 11622 кН;
Wп = 5834 + 733 + 0408 + 4852 = 1146 кН;
Определим потребную мощность двигателя базовой машины исходя из максимального сопротивления в конце процесса резания:
N = Wп Vд 270 л.с.;(9)
где Vд – действительная скорость движения бульдозера Vд = 2 кмч.
– механический КПД машины;
Wп – полное сопротивление грунта в конце процесса резания кг.
N = 11460 2 270 08 = 1061 л.с. = 7802 кВт;
Мощность двигателя выбранной базовой машины превышает потребную расчетную мощность. Базовая машина выбрана верно.
4. Определение производительности.
Производительность бульдозера при резании и перемещении грунта определяется по формуле:
П = 3600 Vпр kв kукл tц м3ч;(10)
где Vпр – объем призмы волочения всего отвала Vпр = 44 м3;
kв – коэффициент использования бульдозера по времени kв = 08 – 09;
kукл – влияние производительности от уклона местности: под уклон 13 – 18 ; на уклон 08 – 05;
tц – продолжительность цикла с.
где lр lп lобр – длины пути резания перемещения грунта обратного хода соответственно равные: 15 м 15 м 30 м.
vр vп vобр – скорости при резании перемещении грунта и обратного хода соответственно равные: 2 кмч 25 кмч 6 кмч ;
tп – время переключения передач tп = 3 – 5 с;
tоп – время опускания отвала tоп = 2 – 3 с;
tц = (150555) + (150694) + (301667) + 4 + 3 = 7364 с;
П = 3600 44 09 08 7364 = 15497 м3ч;
Производительность бульдозера при планировочных работах определяется по формуле:
– угол в плане = 900 ;
v - рабочая скорость движения бульдозера v = 2 кмч;
kв – коэффициент использования бульдозера по времени kв = 08 – 085;
n – число проходов по одному месту n = 3 ;
tп б – время поворота бульдозера tп б = 20 с;
Производительность бульдозера можно повысить увеличив размеры отвала и снизив потери грунта. Последнее может быть осуществлено путем постановки на концы отвала открылков и лобовых щитков.
При работе бульдозера по транспортированию грунта имеют место непрерывные потери за счет соскальзывания грунта с краев отвала в боковые валики. Для сохранения производительности бульдозера необходимо компенсировать эти потери постоянным заглублением на величину h1.
где Vпот – объем потерянного грунта м3;
L l – длина отвала и длина участка соответственно: 34 м и 1 м.
Vпот = 6% Vпр м3(14)
Vпот = 006 44 = 0264 м3
h1 = 0264 34 1 = 0078 м ;
Сравнительные исследования с U – образным отвалом.
Определим полное сопротивление бульдозера с U – образным отвалом в конце процесса резания по аналогичной схеме . Габаритные размеры отвала такие же как и у проектируемого: длина отвала - 34 м высота отвала – 14 м.
Рис.6. Схема U – образного отвала.
W1 = 10137135(1 + 263)(1 + 001550) + 263407 + 100851500416 = 10613 кН;
W3 = 624 06 cos2550 s
Wп = 10613 + 42 + 4852 = 15885 кН;
Из расчетов мы видим что полное сопротивление в конце процесса резания бульдозера с U – образным отвалом ( Wп =15885 кН) больше полного сопротивления бульдозера с проектируемым отвалом ( Wп =11622 кН;) на 268 %.
Проводились натурные испытания на реальных образцах бульдозеров класса 10 т с учётом результатов лабораторных испытаний. Были выявлены следующие преимущества бульдозеров с отвалом типа «Сигма» по сравнению с бульдозерами снабжёнными полуU-образными отвалами:
· увеличение производительности примерно на 15% при одинаковой выходной мощности силовых агрегатов;
· производительность остаётся примерно одинаковой при увеличении выходной мощности силовых агрегатов старых моделей примерно на 16%.
Таким образом эффективность работ бульдозерных отвалов новой конструкции может увеличиться на 15%.
Что касается области применения новых бульдозерных отвалов то она достаточно широкая: от грунтовых работ до другого технологического применения. В различных случаях применения отвалов типа «Сигма» они имеют высокую эффективность особенно при работах с грунтом.
В перспективе бульдозерные отвалы типа «Сигма» могут заменить большую часть ныне используемых отвалов поскольку по своему конструктивному исполнению они хорошо совместимы с современными бульдозерными системами. Для разработки новых бульдозеров отличающихся пониженным потреблением энергии предлагаемый тип отвала является хорошим примером.
Прочностной расчет центрального ножа.
Прочностной расчет центрального ножа выполним с использованием сред Autodesk Inventor и Autodesk Mechanical Desktop с использованием метода конечных элементов.
Рис. 7 Геометрические характеристики центрального ножа.
При анализе методом конечных элементов сплошная конструкция ножа разбивается на трехмерные элементы – тетраэдры.
Рис.8. Сеточная модель центрального ножа:
Р – распорное усилие Н Значения нагрузок: Р = 1146 кН.
Результаты прочностного расчета методом конечных элементов сведены в таблицу 2.
Таблица 2. Результаты расчета.
В результате расчета установили что максимальное фактическое напряжение возникающее при использовании ножа отвала по назначению не превышает допускаемого значения . Недогрузка составляет 11%. Таким образом результаты прочностного расчета показывают что обеспечена оптимальная металлоемкость центрального ножа и он полностью пригоден к эксплуатации.
В процессе курсовой работы я ознакомился с машинами для земляных работ а именно с новейшей разработкой бульдозерного отвала типа «Сигма». Провел расчет его прототипа а именно: рассмотрел виды и конструкции основных отвалов; определил сопротивления грунта копанию и полное сопротивление в конце процесса для трех углов резания – 45 55 80 градусов; определил производительность при перемещении грунта и при планировании участка; сравнил энергетические затраты с U – образным отвалом.
Наиболее оптимальный угол резанья грунта -80 градусов т.к. создаваемое общее сопротивление в конце процесса резания Wп = 1146 кН наименьшее из предложенных углов.
Также произведен прочностной расчет центрального ножа отвала методом конечных элементов.
Графическая часть содержит: общий вид бульдозера; отвал; рабочий чертеж ножа отвала.
Зеленин А.Н. и др. «Машины для земляных работ».М. «Машиностроение» 1975 г. – 424 с.
Алексеева Т.В. Артемьев К.А. Бромберг А.А. «Дорожные машины».Часть 1. «Машины для земляных работ». М. «Машиностроение». 1972 г. 504 с.
Журнал «Строительные и дорожные машины» Февраль 2009г.