Автогрейдер. Курсовой проект.

Рама тяговая.dwg

Техническая Характеристика
Отвал полноповоротный 360
Боковой вынос отвала в обе
стороны относительно тяговой рамы 1050мм
Механизм управления гидравлический

Общий вид.dwg

Техническая характеристика
Мощность двигателя Nо=117 кВт

Записка.doc

Обзор конструкций автогрейдера 5
Определение мощности двигателя 11
Тяговый расчет автогрейдера 13
Описание устройства подвеса передней оси
и механизм наклона передних колес 17
Расчет на прочность детали (тяговая рама) 19
Список литературы 26
Осуществление строительных работ всегда связано с выполнением большого объема земляных работ при любых видах строительствах. Задача эта может быть решена только путем применения высокопроизводительных машин и комплексной механизации всех процессов производства земляных работ. Грандиозные масштабы дорожного строительства требуют непрерывного увеличения выпуска специализированных дорожных машин современной конструкции. Использование этих машин обеспечивает достижение необходимой производительности труда и выполнение задач поставленных перед строителями-дорожниками. Строительное и дорожное машиностроение возникло и развилось в нашей стране как новая отрасль в послевоенный период. Разработкой конструкций дорожных машин занят большой отряд работников многочисленных СКВ НИИ и КБ специализированных заводов. Ряд учебных заведений готовит технические кадры для создания и использования этих машин.
Тенденции развития отрасли дорожные машины:
Создание самоходных машин.
Повышение единичной мощности.
Повышение мобильности и маневренности.
Повышение надежности и долговечности.
Автоматизация рабочих процессов.
Изыскание новых принципов работ.
Обеспечение комфортных условий работы.
Унификация узлов и агрегатов.
Автогрейдер представляет собой одну из наиболее распространенных дорожно-строительных машин. Он широко используется при возведении земляного полотна на устройстве дорожных оснований и покрытий на разнообразных планировочных работах а также при ремонте и содержании дорог городских проездов и площадей. В классификации дорожно-строительных машин по технологическому признаку автогрейдеры часто выделяют в отдельную группу так называемых профилирующих машин так как основным назначением их является профилирование и отделка земляного дорожного полотна. Однако правомерно будет также отнести автогрейдеры наряду со скреперами бульдозерами и грейдер-элеваторами к более широкой группе землеройно-транспортных машин так как они производят как разработку так и перемещение грунта позволяют осуществить почти весь комплекс земляных работ — резание грунта транспортировку его к месту укладки укладку и разравнивание грунта не производя лишь уплотнение последнего.
Большое разнообразие работ выполняемых автогрейдером обеспечивается особенностью его конструкции: рабочий орган — отвал с ножом располагающийся между колесной базой машины— может иметь различные установки в плане и вертикальной плоскости а также значительный вынос в сторону.
Обзор конструкций автогрейдера
Автогрейдер представляет собой одну из наиболее распространенных дорожно-строительных машин. Он активно используется при возведении земляного полотна на устройстве дорожных оснований и покрытии на разнообразных планировочных работах а также при ремонте и содержании дорог городских проездов и площадей.
Большое разнообразие работ выполняемых автогрейдером обеспечивается особенностью его конструкции: рабочий орган – отвал с ножом располагающийся между колесной базой машины - может иметь различные установки в и вертикальной плоскости значительный вынос в сторону.
Наличие на автогрейдере дополнительного рабочего оборудования (кирковщика откосника удлинителя отвала) увеличивает эксплуатационные способности машины а возможность установки различного сменного рабочего оборудования еще более расширяет область применения автогрейдеров и их сезонное использование.
Автогрейдеры в зависимости от мощности установленного на них двигателя разделяются в соответствии с ГОСТом 9420—60 на четыре типа: легкие (63 л. с) средние (100 л. с.) тяжелые (160 л. с.) и особо тяжелые (250 л. с. и более). Классифицируются автогрейдеры также и по их весу причем эта классификация в большей степени чем по мощности характеризует тяговые свойства автогрейдеров так как между общим весом и весом сцепным определяющим величину тягового усилия имеется известная зависимость. По весу автогрейдеры разделяются также на четыре типа: 7—9 10—12 13—15 и 17—23 т.
Автогрейдеры можно классифицировать также по ряду конструктивных признаков: количеству колесных осей и типу колес ной схемы системе управления рабочими органами типу рулевого управления и т. д.
Современный автогрейдер представляет собой самоходную с одномоторным приводом машину состоящую из следующих главных частей: основной рамы являющейся основой машины и несущей все остальные ее узлы; тяговой рамы со смонтированным на ней поворотным кругом; отвала с ножом; дополни иного рабочего оборудования; двигателя; пневмоколесной ходовой части; механизмов трансмиссии и управления; кабины оператора.
Конструкция автогрейдера характеризуется прежде всего принятой для его ходовой части колесной схемой. Последняя определяется так называемой колесной формулой АхВхС где А — число осей с управляемыми колесами В — число осей с ведущими колесами С — общее число осей. Выбор колесной схемы имеет большое значение так как она в значительной степени влияет на тяговые свойства автогрейдера его устойчивость маневренность и планирующую способность. Большинство выпускаемых в настоящее время автогрейдеров (порядка 70—75% производимых в мире моделей) строятся с колесной схемой по формуле 1x2x3. Эта схема обеспечивает авто грейдеру при достаточной простоте конструкции хорошую планирующую способность. Автогрейдеры с колесной схемой по фор муле 2x2x2 получаются более маневренными за счет меньшего радиуса поворота. Однако по сравнению с автогрейдерами со схемой 1x2x3 они обладают худшей планирующей способностью. Колесные схемы 1x3x3 и 3x3x3 обеспечивают автогрейдеру высокие тяговые качества и проходимость а также хорошую маневренность. Однако автогрейдеры построенные по этим схемам значительно сложнее конструктивно и в эксплуатации а следовательно более дороги. Поэтому их изготовляют в небольших количествах для работы в особо тяжелых грунтовых условиях. Легкие автогрейдеры предназначенные для работ по содержанию и ремонту дорог могут быть с колесными схемами 1x1x2 и 1х2х2.
У автогрейдеров с ведомыми колесами последние обычно снабжаются механизмом наклона при помощи которого они могут устанавливаться под углом к вертикали. Наклонная установка колес улучшает восприятие машиной боковых нагрузок и увеличивает ее устойчивость. Управление механизмом наклона колес выполняют механическим или гидравлическим.
У автогрейдеров со всеми ведущими колесами механизма наклона колес обычно не предусматривают. Поперечная устойчивость машин с такими колесными схемами достигается за счет поворота колес относительно оси машины.
У трехосных автогрейдеров задние мосты обычно выполняют с балансирной подвеской колес что обеспечивает лучшее сцепление колес с грунтом и повышает приспособляемость их к неровностям почвы.
В целях сохранения максимального сцепления колес с грунтом в различных условиях и снижения их сопротивления перекатыванию колеса автогрейдеров всех типов часто снабжаются устройством регулирования давления в шинах.
Привод ведущих колес автогрейдера осуществляется от общего двигателя внутреннего сгорания через тот или иной вид трансмиссии. Наибольшее распространение в настоящее время имеет механическая трансмиссия в которой силовая передача от двигателя на ведущие колеса идет через многоступенчатую коробку передач раздаточную коробку и ряд редукторов количество и компоновка которых определяется количеством ведущих осей в данной конструкции автогрейдера. На рис. 1 а показан вариант схемы механической трансмиссии для автогрейдера с тремя ведущими осями и балансирной подвеской задних колес.
Рис. 1. Схемы трансмиссий автогрейдеров:
а — механическая многоскоростная с балансирной передачей на задние колеса; б — гидромеханическая с турботрансформатором и коробкой передач; в — гидрообъемная с насосом и отдельными гидромоторами; — двигатель; 2 — муфта сцепления или турботрансформатор; 3 — коробка передач; 4 — раздаточная коробка; 5 — муфта обгона; 6 — редуктор переднего моста; 7 — колеса; 8 — редуктор заднего моста; 9 — редуктор балансира; 10 — гидронасос; — мотор-колесо с гидродвигателем
Для тяжелых и особо тяжелых автогрейдеров применяют гидромеханическую трансмиссию в которой вместо муфты сцепления установлен гидротрансформатор (рис. 1 б) или гидрообъемный привод колес. В последнем случае на ведущих колесах устанавливаются индивидуальные гидродвигатели работающие от гидравлического насоса приводимого в действие двигателем внутреннего сгорания (рис. 1 в).
Для осуществления поворота управляемых колес на автогрейдерах устанавливается либо гидравлическое либо механическое рулевое управление. Механическое управление часто снабжается гидравлическим или пневматическим усилителем.
Управление основным рабочим оборудованием автогрейдера — отвалом с ножом а также кирковщиком которым в качестве дополнительного оборудования снабжаются все автогрейдеры — заключается в подъеме и опускании всего отвала или поочередно сто правого или левого концов повороте отвала в плане выдвижении его вбок выносе тяговой рамы в сторону подъеме и опускании кирковщика. Привод этих механизмов управления осуществляется от общего двигателя автогрейдера и бывает редукторно-карданным гидравлическим или комбинированным. В некоторых конструкциях автогрейдеров механизируется также и изменение угла резания ножа отвала.
Большинство современных автогрейдеров снабжается различными видами сменного рабочего оборудования навешиваемого либо дополнительно к основному (например бульдозер снегоочиститель дорожная фреза и т. п.) либо вместо него (грейдер-элеватор скрепер и др.). Для приведения сменного рабочего оборудования в действие в трансмиссии и системе управления автогрейдера предусматриваются соответствующие механизмы.
Основные рамы автогрейдеров чаще всего выполняются цельными. Возможны конструкции основных рам которые можно удлинять за счет специальной вставки; это увеличивает размер колесной базы автогрейдера и улучшает таким образом его планирующую способность. Существуют также конструкции в которых две части основной рамы в горизонтальной плоскости соединяются между собой шарнирно. Шарнирные рамы давая возможность сдвигать передние колеса в сторону относительно задних позволяют увеличить устойчивость автогрейдеров к боковым нагрузкам а также снизить величину радиуса поворота машины. Кроме того шарнирное устройство основной рамы позволяет при необходимости отсоединить переднюю ее часть вместе с тяговой рамой и отвалом и использовать заднюю часть в качестве двухосного тягача.
Советской промышленностью серийно выпускаются или выпускались до недавнего времени такие модели автогрейдеров соответствующие первым трем типам предусмотренным ГОСТом 9420—60 как Д-598А и Д-512 в классе легких автогрейдеров Д-144А — в классе средних и Д-395А — в классе тяжелых. Перечисленные модели как и ранее снятые с производства Д-426А и Д-446Б представляют собой оригинальные конструкции все узлы и детали которых за исключением комплектующих изделий изготовляются каждым заводом—изготовителем данной модели. Исключением здесь являлся лишь автогрейдер Д-512 у которого использовался задний мост автомобиля ЗИЛ-150 и коробка передач трактора ДТ-54. С целью всемерной унификации по узлам и агрегатам как между собой так и с другими машинами массового производства для автогрейдеров был разработан и утвержден типаж (табл.1) предусматривающий создание и выпуск пяти типоразмеров различаемых по главному параметру — весу.
Типаж на автогрейдеры Таблица1
Главный параметр — вес в т
Мощность двигателя в л. с.
Привод рабочих органов
Управление поворотом
Основное оборудование
Механическое с усилителем
Полноповоротный отвал и кирковщик
Отечественной промышленностью освоен или осваивается выпуск автогрейдеров первых трех типоразмеров типажа созданных ВНИИСтройдормашем и КБ заводов и предназначенных для замены выпускаемых моделей.
Очередными задачами в области автогрейдеростроения в СССР являются создание и освоение выпуска тяжелых и сверхтяжелых автогрейдеров с двигателями мощностью 240 л. с. и выше создание конструкций автогрейдеров для работы в условиях низких температур освоение средних и тяжелых автогрейдеров с гидромеханической трансмиссией повышение производительности автогрейдеров за счет создания моделей с автоматизированным и дистанционным управлением.
Определение мощности двигателя
где - потребная мощность двигателя
-потребная сила тяги ведущих колес кГ;
-мощность =110 кВт; -передаточное отношение
n- число оборотов вала двигателя в минуту n=1500
r- радиус качения ведущих колес автогрейдера r =075м;
-окружная скорость колеса мс
где - коэффициент полезного действия трансмиссии: = 073;
- коэффициент уменьшения мощности двигателя из-за неустановившейся загрузки: = 1
- действительная скорость движения автогрейдера на рабочем режиме =35;
- потеря мощности на буксование
- коэффициент буксования =09
Тяговый расчет автогрейдера
В процессе работы автогрейдера возникают различного характера и величины силы сопротивления его движению. Исходя из этих сопротивлений рассчитывают силовую установку машины и определяют усилия возникающие в элементах конструкций для расчета их на прочность.
Различают два характера режима движения автогрейдера: тяговый (рабочий) и транспортный. Тяговым или рабочим называется режим движения машины в процессе резания и перемещения грунта или выполнение других видов работ транспортным – движение машины с поднятым отвалом холостым ходом по участку или с одного объекта на другой. Для рабочего режима характерны большие тяговые усилия и малые скорости движения машины для транспортного – большие скорости движения и малые тяговые усилия. Следует учитывать что преобладающим режимом работы автогрейдера является тяговый. Обуславливается это особенностями его рабочего процесса. В среднем 80-85% общего времени работы автогрейдера приходится на тяговый режим поэтому его расчет будет заключаться в определении основных параметров - сопротивлений возникающих при резании и перемещении грунта.
Для определения сопротивлений возникающих на рабочем режиме при резании и перемещении грунта автогрейдером должны быть известны: а) род грунта (в данном случае грунт I категории); б) размеры отвала и углы его установки (длина отвала угол захвата ножа наибольшая глубина резанию угол наклона ножа в вертикальной плоскости ) вес автогрейдера (15т).
При установившемся движении в этом режиме преодолеваются следующие сопротивления.
Сопротивление грунта резанию ножом.
где- удельное сопротивление грунта резанию
- площадь поперечного сечения вырезаемой стружки грунта
Сопротивление поступательному перемещению перед отвалом призмы волочения грунта
где - вес призмы грунта перед отвалом;
- объем призмы перед отвалом с учетом что часть длины ножа погружена в грунт для резания;
Н-высота отвала Н=05м;
- средняя глубина резания
кз - коэффициент загруженности кз =07;
- угол естественного откоса насыпного грунта
- насыпной вес призмы волочения
- коэффициент внутреннего трения грунта
Сопротивление трения призмы волочения при ее перемещении вдоль отвала.
где- коэффициент трения грунта об отвал
Сопротивление грунта при движении его вверх по отвалу.
где- угол резания ножа
Сопротивление перекатыванию колес.
где- вес автогрейдера
- масса автогрейдера =15000;
- угол подъема участка работы в направлении движения
- коэффициент учитывающий часть силы тяжести воспринимаемой отвалом
- коэффициент сопротивления качению на колесах
Сопротивление от преодоления подъема.
Общее сопротивление движению на рабочем ходе будет:
Многими исследователями (Н.Г. Домбровским В. М. Гольдштейном
И. А. Недорезовым) сумма сопротивлений Wp + Wn + Wc + We определяется как сопротивление копанию. Это сопротивление отнесенное к площади поперечного сечения вырезаемой отвалом стружки называется удельным сопротивлением копанию Кк.
Для определения величины этого сопротивления И. А. Недорезов на основании проведенных им исследований рекомендует формулуКк = (03α + 07) К + [(68γ - 43) α + 59 - 52γ]275L Δγfφ1 tgα (кГсм2 )
где α — угол захвата ножа в рад;
К — удельное сопротивление грунта резанию в кГсм2;
γ — угол резания в рад;
L — длина отвала в см;
f — коэффициент трения грунта о грунт;
Δ — насыпной вес грунта в кГсм3;
φ1— угол трения грунта о нож в рад.
Описание устройства подвеса передней оси и механизм наклона передних колес
Подвеска передней оси
Рис. 2. Передний мост автогрейдера
Подвеска передней оси (рис. 2) представляет собой изогнутую балку 1 коробчатого сечения переднего моста автогрейдера которая при помощи оси 2 крепится к литому кронштейну головной части основной рамы. В плоскости перпендикулярной к продольной оси машины передний мост на оси 2 может свободно поворачиваться что обеспечивает постоянное соприкосновение обоих передних колес с грунтом при движении машины по пересеченной местности.
Такая подвеска при наезде на неровность рабочего полотна передает на основную раму а следовательно и на рабочий орган автогрейдера только половину высоты неровности. Что позволяет получать более ровную поверхность полотна.
механизм наклона передних колес
Автогрейдеры с колесной схемой 1x2x3 обычно снабжаются механизмом наклона передних колес который обеспечивает направление реакции грунта всегда перпендикулярным к осям этих колес. При действии на отвал боковой силы и при работе автогрейдера на поперечных уклонах наклонное положение передних колес увеличивает устойчивость автогрейдера обеспечивает лучшие условия нагружения подшипников колес снижает величину радиуса поворота а также облегчает работу рулевого управления. В современных конструкциях автогрейдеров механизм наклона передних колес позволяет осуществлять их наклон по отношению к вертикальной оси до 30°. На автогрейдерах со всеми ведущими осями механизм наклона колес не устанавливается.
Конструктивно механизмы наклона передних колес в современных автогрейдерах выполняются либо с гидравлическим приводом либо с
Рис. 3. Схема для определения усилий в механизме наклона колес
зубчатой передачей. В том и другом случае максимальное усилие в механизме наклона будет возникать при выведении колес из наклонного в вертикальное положение.
Расчет на прочность детали (тяговая рама)
Схема нагружения автогрейдера при расчете тяговой рамы показана на рис.4. На конце режущей кромки ножа отвала действуют усилия и . Экспериментально установлено что наибольшее влияние на прочность тяговой рамы оказывают усилия и . Поэтому рассматриваем случай когда автогрейдер находится на горизонтальной площадке так как при этом указанные усилия достигают максимальных величин. В условных точках и
Рис. 4. Схема сил для расчета тяговой рамы
задних мостов действуют вертикальные реакции и силы тяги . Кроме того на задних мостах за счет упора боковых поверхностей шин в грунт возникает боковая реакция по пределу сцепления. В точках и действуют реакции и . В центре тяжести автогрейдера сосредоточивается сила его веса и равнодействующая инерционных сил .
Сила возникает при торможении и рассчитывается по формуле
где- коэффициент динамичности
- сила тяжести автогрейдера приходящаяся на его задний мост
- коэффициент использования сцепного веса
При движении автогрейдера необходимо учитывать возможность появления случайной нагрузки возникающей при встрече машины с непреодолимым препятствием. При внезапной встрече конца отвала с жестким препятствием происходит их соударение что приводит к возникновению дополнительной динамической нагрузки на рамы.
Исходя из соображений увеличения запаса надежности выбираем наиболее неблагоприятные условия где
Искомая сила вычисляется по формуле
Реакцию (вертикальная реакция задних левых колес) находим составив уравнение:
Н- координата центра тяжести современных автогрейдеров
Значение подсчитывается по выражению
где - сила тяжести приходящаяся на передний мост
- максимальный коэффициент сдвига
Остальные реакции колес могут быть найдены из уравнений:
Боковая реакция грунта находится из уравнения.
Рис. 5. Схема сил действующих на шаровой шарнир при расчете тяговой рамы
Усилия в шаровом шарнире определяем используясь схемой
Заменяя шарнирравновеликой системой сил можно рассматривать тяговую раму как консольную балку с местом заделки в плоскости Максимальные нагрузки будут в месте заделки с наибольшим плечом . На это сечения будут воздействовать:
растягивающее усилие
Задаваясь размерами и типом сечения определяем возникающие в нем напряжения:
Рис. 6. Сечение лонжерон тяговой рамы
Лонжерон тяговой рамы выполняется в виде прямоугольника (Рис. 6.) из листа металла который сваривается встык вдоль по сплошной линии. Конструктивным оптимальным решением для заданных параметров является выполнение лонжерона тяговой рамы в форме квадрата со стороной и с толщиной стенки .
Учитывая форму сечения найдем осевые моменты сопротивления:
Рассчитываем возникающие напряжения в наиболее опасном сечении
где- площадь сечения
Для обеспечения надежности конструкции необходимо строгое выполнение неравенства.
где - напряжение соответствующее пределу текучести материала;
- общий запас прочности
данное условие выполняется.
Принимаем параметры конструкции тяговой рамы в соответствии с выше указанными расчетами.
В результате проектирования модели автогрейдера массой 15 тонн с длинной отвала 37 метра (для планировочных работ) были выбраны и рассчитаны его основные параметры: колесная схема 123 мощность двигателя Nо=117 кВт. Рассмотрены конструкции автогрейдеров и конструкции их рабочих органов (устройства подвеса передней оси и механизм наклона передних колес). Был произведен расчет тяговой рамы автогрейдера на прочность.
Алексеева Т.В. Артемьев К.А. Бромберг А.А. Войцеховский Р.И.
“Дорожные машины. Часть 1. Машины для земляных работ (теория и
расчет)”. Изд. 3-е переработ. и доп. М.” Машиностроение” 1972
Севров К.П. Горячко Б.В. Покровский А.А.
“Автогрейдеры. Конструкции теория расчет.” М. “Машиностроение”