Скрепер на базе тягача МоАЗ

Задняя стенка_.dwg

Детали_.dwg

Ось направляющего блока
Б-2 10 х 100 ГОСТ 103-76
Неуказанные предельные отклонения по ±

Гидросхема_.dwg

гидроцилиндр 3.2-100.800
гидроцилиндр 3.2-150.1500
гидроцилиндр 3.2-100.900
Схема гидравлическая

Скрепер_.dwg

Техническая характеристика
Параметр Размерность Величина
Емкость ковша геометрическая

ПЗ.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Руководитель Беляев А.В.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине
Машины для земляных работ
Курсовой проект защищен
Определение основных параметров скрепера ..
1 Ширина ковша скрепера ..
Определение силы сопротивления грунта копанию ..
Общая сила сопротивления движению скрепера.. ..
1 Выбор толкача .. ..
2 Определение мощности и выбор типа двигателя тягача .. ..
3 Общее передаточное число трансмиссии тягача на первой рабочей передачи ..
4 Выбор числа передач и построение ряда передаточных чисел
Определение сил действующих на скрепер.. .
1 Прямолинейное движение скрепера на транспортном режиме
2 Движение скрепера в повороте на транспортном режиме
3 Конец заполнения и начало подъема ковша на режиме копания..
Расчет производительности
Расчет механизмов управления .
1 Определение силы необходимой для подъема ковша скрепера
2 Определение усилий требующихся для открытия заслонки .
3 Определение усилий необходимых для разгрузки ковша
Расчет рабочего оборудования .
3 Подножевая плита .
Расчет ходовых колес .
Скреперы предназначены для послойного копания грунтов транспортирования и отсыпки их в земляные сооружения спланированными слоями заданной толщины. Эти машины широко применяют в дорожном строительстве для возведения насыпей и разработки выемок; в гидротехническом строительстве для рытья котлованов и сооружения дамб и плотин; в промышленном и гражданском строительстве для разработки котлованов траншей и площадок; на вскрышных работах для срезки и рекультивации верхнего слоя грунта при добычи полезных ископаемых а также на различных вспомогательных работах. Скреперы используют для разработки разнообразных грунтов очень плотные грунты предварительно разрабатывают рыхлителями.
По вместимости ковшей скреперы делят на малые с ковшом вместимостью до 4 м3 средние – до 5-12м3 и большие – более 12м3.
По типу ходовой части базовой машины различают скреперы с гусеничной и колесной тягой. По способу загрузки ковша грунтом различают скреперы с загрузкой движущим усилием т.е. тягой базовой машины и толкача и скреперы с принудительной загрузкой скребковым элеватором или шнеком установленным на самом скрепере. В зависимости от схемы разгрузки ковша различаются скреперы со свободной полупринудительной принудительной и щелевой разгрузкой.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СКРЕПЕРА.
1Ширина ковша скрепера.
Основным параметром скрепера является геометрическая вместимость ковша. К параметрам ковша скрепера кроме его геометрической вместимости Vк относится ширина Вк длина Lк и высота Нк . При выборе ширины ковша необходимо руководствоваться следующим. Ширину колее задних колес целесообразно принимать равной ширине колеи колес тягача. При этом улучшается проходимость скрепера в транспортном режиме в следствии того что задние колеса движутся по колее проложенной передними колесами. Это обстоятельство снижает силу сопротивления качению колес скрепера. Учитывая вышеизложенное ширину ковша скрепера можно определить как
где В – ширина колеи тягача выбирается по прототипу (В=2100мм); Вш – ширина профиля пневматической шины тягача (размер шин 265-25) ; Δ- зазор между наружным краем шины и поверхностью боковой стенки ковша Δ=30-60 мм.
Необходимо иметь в виду что ширина ковша скрепера ограничивается габаритом погрузки на железнодорожный транспорт. Принято что скреперы с ковшом вместимостью до 15 м3 должны перевозиться без разборки а с ковшами большей вместимостью – в разобранном виде.
Между шириной ковша и габаритной шириной скрепера существует зависимость
где Δ’ –толщина боковой стенки вместе с ребрами жесткости и боковой балкой арки; Δ’ =280 мм для V=15-18м3 соответственно. Габаритная ширина Вг должна быть меньше железнодорожного габарита I-В равного 3800 мм.
Значения Lк и Нк подсчитывают по приближенным формулам:
где к= Lк Нк -отношение между длиной и высотой ковша выбирают по таблице 1.
Геометрическая вместимость ковша м3
Вместимость ковша скрепера с “шапкой”:
где –угол естественного откоса.
Для дальнейших расчетов необходимо предварительно определить конструктивную массу порожнего скрепера:
где mк- конструктивна масса скрепера т; mуд- удельная металлоемкость тм3; mуд=20 для полуприцепного скрепера тм3.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА КОПАНИЮ
Сила сопротивления грунта копанию скрепером является переменной по величине и достигает наибольшего значения в заключительной стадии заполнения ковша. Этот момент работы скрепера как наиболее тяжелый принимается за расчетный.
Сопротивление грунта копанию суммируются из нескольких составляющих которые рассчитываются следующим образом.
Сила сопротивления грунта резанию (Н):
где Кг- коэффициент удельного сопротивления грунта резанию Па; Sг-проекция площади стружки грунта на плоскость перпендикулярно к направлению движения скрепера м2.
Для прямоугольного ножа:
где Lн – длина ножа равная ширине ковша скрепера м; hр- глубина резания грунта средней частью ножа м.
При назначении hр нужно иметь в виду следующее. Заполнение ковша скрепера целесообразно производить при возможно большей глубине резания. Образующаяся при этом толстая стружка грунта лучше преодолевает сопротивления наполнению ковша скрепера.
Экспериментальными исследованиями установлено что при копании грунтов скреперами средней емкости необходимо за расчетные значения принимать Кг=100кПа. При большем значении Кг грунт необходимо предварительно рыхлить.
Сила сопротивления трению ножа о грунт(Н):
где 2 –коэффициент трения грунта по стали(2=04); ρ=Р2 Р1(ρ=04-05).Здесь Р1 и Р2 – горизонтальная и вертикальная составляющие реакции грунта на нож от силы сопротивления грунта резанию Н (Р1 –Wр).
Сила сопротивления перемещению призмы волочения грунта (Н):
где 1 –коэффициент трения грунта по грунту(1=08); Vпр – объем призмы волочения грунта м3(Vпр =2.02 м3); Кр- коэффициент разрыхления грунта(Кр =12); g – ускорение свободного падения мс2; ρг=плотность грунта кгм3(ρг =1700 кгм3).
Сила сопротивления заполнения ковша Wз. При исследовании процесса заполнения ковша скрепера было установлено что в заключительной стадии заполнения стружка грунта срезаемая ножом движется сначала по криволинейной траектории на участке ограниченном углом (рис 1) затем проталкивает столб грунта аа1 вв1 в вертикальном направлении. Между силой сопротивления ковша и вертикальной силой сопротивления движения столба грунта Рст существует зависимость:
где е- коэффициент учитывающий силу сопротивления возникающую в следствии трения поступающей в ковш стружки о грунт находящейся в ковше при изменении направления движения стружки на угол . Меньше значения е соответствует грунтам находящимся в пластичном состоянии и при большой глубине резания а большие- сухим грунтам при малой глубине резания и в конце заполнения ковша скрепера (е =140).
Рис.1. Схема к расчету сопротивления наполнению ковша скрепера грунтом.
Для обеспечения движения столба грунта вверх необходимо преодолеть сопротивление его веса и сопротивление сил трения:
Вес столба грунта (Н):
где hр – толщина столба грунта численно равная глубине резания м; Нз- высота грунта в ковше м. Высота грунта к ковше определяется из графика рис. 2
При движении столба грунта вверх будут образовываться призмы обрушения грунта авс и а1в1с1 которые оказывают давление на столб движущегося грунта. В следствии этого будут возникать силы трения грунта по грунту (Н)
где - коэффициент учитывающий влияние сил трения при движении столба грунта в ковше =05×s φ1- угол внутреннего трения. tgφ1=1.
Рис.2 График зависимости Нз=f(Vк)
Общая сила сопротивления грунта копанию (Н):
ОБЩАЯ СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ СКРЕПЕРА
Сила сопротивления движению скрепера складывается из силы сопротивления копанию Wк и силы сопротивления качению колес Wf:
где mк –масса скрепера кг; mк –масса грунта в ковше скрепера кг; f –коэффициент сопротивления качению (f=01); i-уклон поверхности движения (так как наиболее характерно копание грунта скрепером по горизонтальной поверхности) i=0.
Масса грунта в ковше скрепера:
где Кн - коэффициент наполнения (Кн =11).
Задача тягового расчета самоходных колесных скреперов заключается в определении основных параметров колесного тягача обеспечивающих эффективную работу всего агрегата на тяговом и транспортном режимах.
Основными параметрами тягача являются: максимальна мощность двигателя масса максимальная расчетная транспортная скорость движения минимальная расчетная скорость движения на первой передачи число передач и ряд передаточных чисел трансмиссии. К основным параметрам толкача относится максимальная сила тяга и расчетная скорость движения на рабочей передаче.
При выборе толкача необходимо добиться правильного агрегатирования колесного скрепера с гусеничным толкачом то есть чтобы в заключительной стадии наполнения полностью использовались тяговые качества тягача и толкача. Для правильного агрегатирования необходимо чтобы при нормальной допустимой силе тяги колесного тягача и наибольшей силе тяги толкача их действительные скорости движения были одинаковы. При этом необходимо учесть что для колесных тяговых машин значение коэффициента буксования составляет =20% для гусеничных =5%.
Уравнение тягового баланса самоходного скрепера работающего с гусеничным толкачом при правильном агрегатировании:
где Т’н – сила тяги тягача соответствующая ’=20%; Т’’н – сила тяги тягача соответствующая ’=5%; Wк – сопротивление грунта копанию в аключительной стадии наполнения Н; kит –коэффициент учитывающий одновременность работы тягача и толкача (kит =09).
Сила тяги толкача и тягача:
где φ’φ’’ – коэффициенты сцепления колесного и гусеничного движителей (φ’=07; φ’’=09); R’R’’- нормальные реакции грунта соответственно на колесный движитель тягача в заключительной стадии наполнения ковша скрепера и на гусеничный движитель толкача; φ’×R’φ’’×R’’ – максимальная сила тяги определяемая условиями сцепления движителей с грунтом соответственно тягача и толкача.
Нормальную реакцию грунта R’ на колесный движитель тягача можно ориентировочно принимать равной весовой нагрузки на ведущую ось. R`=052*(24000+18700)=22204кг=222040Н.
По полученному усилию выбираем толкач Т-220.
2Определение мощности и выбор типа двигателя тягача
Результаты испытаний и расчеты показывают что у быстроходных скреперов с передними ведущими колесами транспортный режим работы с грузом является более энергоёмким чем тяговый. Поэтому максимальная мощность двигателя одноосного тягача N’е мах (с учетом мощности Nео затрачиваемой на привод вспомогательных механизмов) определяется при движении груженого скрепера на высшей транспортной скорости. Максимальную расчетную транспортную скорость V’мах назначаем с учетом того что у современных самоходных скреперов она составляет в среднем 12-16 мс а у некоторых моделей –до 20 мс(V’мах =14мс):
где m-полная масса скрепера складывается из собственной массы порожнего скрепера mк и массы грунта в ковше mг кг; f- коэффициент сопротивления качению f=0025-0035 что соответствует качению колес с пневматическими шинами по сухой накатанной грунтовой дороге; - коэффициент полезного действия для скреперов с механической трансмиссией =085-088; к- коэффициент обтекаемости. Принимается к=0.6-07 Н×с2м4; F- площадь лобового сопротивления м2 приближенно находится как произведение ширины колеи тягача на его высоту; к0- коэффициент учитывающий отбор мощности к0=09.
По величине N’е мах подбираем двигатель тягача. Двигатель ЯМЗ-240Н 382кВт.
Строим тяговую характеристику рис.3.
Мощность развиваемая при работе тягача при наибольшей допустимой силе тяги:
где Тн –сила тяги тягача Н; к0- коэффициент учитывающий расход мощности на привод вспомогательных механизмов к0=09; квых- коэффициент выходной
мощности учитывающий снижение мощности двигателя при работе на переменных нагрузках; V’g- действительная скорость скрепера с учетом буксования. мс; g- ускорение свободного падения мс2.
При выполнении расчетов по данному методу как правило получается N’еN’е мах. При N’е>N’е мах двигатель выбирают по большей мощности.
Из условия правильного агрегатировагия скрепера с толкачом
где U’’т- теоретическая скорость движения толкача мс(U’’т =066мс); ’’н- коэффициент буксования толкача при номинальном режиме.
3Общее передаточное число трансмиссии тягача на первой рабочей передаче.
где n’е- частота вращения вала двигателя с-1(n’е =25 с-1); r’с- силовой радиус колесного движителя м.
rс=r0-(008010)Вш=[(649+613+649)2]-009*649=897мм=0897м
Минимальная расчетная рабочая скорость тягача (мс):
4Выбор числа передач и построение ряда передаточных чисел.
Количество передач у современных тягачей составляет 4. Располагая значениями U’р мин и U’р мах выбрав число передач находим знаменатель геометрической прогрессии:
Ряд передаточных чисел находим по формулам:
Теоретические скорости движения на разных передачах:
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ ДЕЙСТВУЮЩИХ НА СКРЕПЕР
Самоходные землеройно-транспортные машины в работе изменяют общий вес за счет перевозимого груза поэтому необходимо правильно выбрать нагрузки на оси машины с грузом и в порожнем состоянии. Общий вес например самоходного скрепера изменяется до максимального в процессе наполнения ковша. При этом центр тяжести его смещается к задним колесам. Исходя из сказанного стремятся обеспечить при порожнем скрепере большую нагрузку на переднюю ось( на тягаче) для максимального тягового усилия с тем чтобы при наполненном скрепере распределение веса по осям получилось равномерным.
Нагрузка на оси машины в процессе работы может значительно изменяться при повороте машин при движении на подъем и под уклон при движении на поперечном уклоне. Наконец нагрузка меняется в зависимости от характера работы машины (транспортный режим или режим копания и набора грунта).
Анализ и практика работы скреперов позволяют установить следующие основные расчетные положения при которых действуют максимально возможные нагрузки: транспортное положение при движении машины с грузом; конец резания грунта и наполнения ковша.
Транспортный режим груженого скрепера характеризуется динамическими нагрузками и занимает значительное время в рабочем цикле машины. Для этого режима принято два расчетных положения: прямолинейного движение скрепера; движение скрепера в повороте.
1 Прямолинейно движение скрепера на транспортном режиме.
Для данного расчетного положения принимается что скрепер движется по горизонтальной неровной поверхности с ковшом заполненным с шапкой. На рис.4 показаны внешние силы действующие на скрепер при транспортном положении соответствующем прямолинейному движению. В этом случая на машину с передней ведущей осью действуют активные силы- общий вес машины m×g×kд окружная сила на ведущих колесах и реактивные- вертикальные реакции грунта R1 R2 на колеса силы Рf12 и моменты Мf12 сопротивления качения колеса по грунту. Последние примем равными 0 что упростит вычисления к виду их малых значений даст небольшую ошибку (до 3%). Общая масса состоит из массы скрепера и грунта в его ковше.
Коэффициент динамики для полуприцепных скреперов полученный по результатам исследований ВНИИстройдормаша( Р.Г. Прикащикова). kд=2
При транспортном режиме скрепера окружная сила Рк направлена на преодоление сил сопротивления качению:
где R1 и R2 – вертикальные реакции на передние и задние колеса; f- коэффициент сопротивления качению.
Рис.4 Схема сил действующих на скрепер в транспортном положении при прямолинейном движении (первое положение)
При движении машины должно быть обеспечено неравенство:
Из уравнений суммы моментов относительно точки 0 и суммы проекции сил Х=0 и Y=0 определим вертикальные реакции на переднюю и заднюю оси и окружную силу на ведущих колесах тягача:
где а – расстояние от центра тяжести груженого скрепера до задней оси (а=3120мм) ; L- база машины(L=9400мм);
По полученным нагрузкам на скрепер при прямолинейном движении проверяются с учетом динамики несущие системы. Поворотно-сцепное устройство гидроцилиндры подъема ковша.
2 Движение скрепера в повороте на транспортном режиме
При этом расчетном транспортном положении( рис.5) рассматриваются груженый скрепер с тягачом повернутым на 900 относительно полуприцепа у которого задние ведомые колеса находятся в канаве глубиной t=05×rk где rk-радиус качения колеса(rk =0897м).
Рис.5 Схема сил действующих на скрепер в транспортном положении
при повороте( второе положение)
Необходимое для выезда из препятствия тяговое усилие:
где Т1-сопротивление перекатыванию груженой машины Т1=m×g×f; Т2- сопротивление препятствия Т2=Р×ВL (В- колея задний колес; L- база машины в повороте).
Сила сопротивления движению на заднем колесе:
Реакция на задних колесах. По полученным нагрузкам рассчитывается тяговая рама и детали задних колес скрепера.
Режим копания грунта характеризуется максимальными нагрузками на металлоконструкцию скрепера. При расчете машины в положении конца резания грунта и наполнению ковша (тяговый режим) принято что скрепер движется равномерно по горизонтальной поверхности. При этом коэффициент динамики кд=1.
Для режима копания рассматриваются два расчетных положения: конец заполнения и начало подъема ковша; режим копания с вывешенными задними колесами скрепера.
3 Конец заполнения и начало подъема ковша на режиме копания
В этом расчетном случае принимается что груженый скрепер опирается на все колеса. На рис. 6 показана схема сил действующих на скрепер со всеми ведущими колесами.
Рис.6 Схема сил действующих на скрепер в конце заполнения и начале подъема ковша
На машину действуют активные силы- суммарные окружные силы Рк1 ведущих колес тяговое усилие Тт толкача сила mg тяжести скрепера с грунтом. Реактивными являются вертикальные реакции R1 и R2 грунта на оси моменты Мf1 и Мf2 и силы Рf1 и Рf2 сопротивления движению передних и задних колес Wк сопротивления резанию и перемещению грунта вертикальная реакция Rв грунта на ноже скрепера.
Для упрощения расчета моменты сопротивления качению принимаем Мf1=0 и Мf2=0 толщину стружки h=0 так как в конце наполнения ковша h практически минимальна из-за ограничения свободной тяги машины.
В расчетном положении тяговые усилия скрепера и толкача расходуются на движение машины резания грунта и заполнение ковша. Одновременно должно развиваться максимально возможное тяговое усилие. Поэтому при определении окружных сил на ведущих колесах Рк1=R1×φ для расчета следуют брать максимальные значения коэффициента сцепления.
Тяговое усилие толкача с учетом коэффициента одновременности его работы со скрепером ориентировочно Тт =08×Т где Т – тяговое усилие трактора- толкача. Полное тяговое сопротивление при наборе грунта Wк определяется в тяговом расчете. Условно Wк приложено к режущей кромке ножа скрепера.
Вертикальная реакция Р2 грунта на нож при подъеме груженого ковша будет направлена вниз при ρ=04:
Для скрепера с передней ведущей осью работающего с толкачом эти величины рассчитываются по формулам:
В этом случае на скрепер действуют максимальные тяговые усилия и максимальные вертикальные нагрузки так как к весу машины с грузом добавляется дополнительно вертикальная реакция грунта на нож. Этот случай является основным для расчета металлоконструкций и узлов скрепера.
Тт =08×Т=08*350000=280000Н
Все приведенные выше расчетные случаи позволяют определить внешние силы действующие на скрепер.
РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
Эксплуатационная производительность скрепера (м3ч):
где Кн- коэффициент заполнения ковша скрепера (Кн =11); Кв- коэффициент использования рабочего времени(085-090); Кр- коэффициент разрыхления грунта (Кр =12).
Продолжительность времени рабочего цикла скрепера (мин)
где U1 ср U2 ср U3 ср U4 ср –соответственно средние действительные скорости движения скрепера при копании грунта при разгрузки грунта груженого и порожнего скрепера мс; tп=01 мин – время необходимое для переключения передач; tс=05 мин – время затрачиваемое на стыковку толкача со скрепером; tпов=025-030 мин – время затрачиваемое на поворот скрепера.
Длина пути заполнения ковша скрепера (м):
где 14 – коэффициент учитывающий неравномерность толщины стружки грунта; kл=125-15 –коэффициент учитывающий потери грунта при его поступлении в ковш скрепера; Sг – проекция площади вырезаемой стружки грунта на плоскость перпендикулярно к направлению движения скрепера м2.
Длина пути разгрузки ковша скрепера (
где h0- толщина отсыпаемого слоя грунта при разгрузке ковша скрепера принимается по прототипу(h0=06м). Длину пути груженого и порожнего хода скрепера экономически целесообразно принимать до 25 км.Для определения средней действительной скорости при копании грунта Uд 1ср (Uд 1ср =0525мс)необходимо по оси абсцисс тяговой характеристики одноосного тягача отложить его номинальную силу тяги Т’н равную Т’н=(070-075) φ’×R’ и восстановить перпендикуляр до пересечения кривой Uд 1 которое будет равно Uд 1ср. При разгрузке ковша скрепера сила колесного движителя расходуется на преодоление силы сопротивления от перемещения призмы грунта Wпр при условии что работа производится на горизонтальной поверхности. Отсюда необходимая сила тяги при разгрузки ковша Тр= Wпр. После этого применяя описанный выше способ определяют значение Uд 2ср (Uд2ср=078).Для определения средних действительных скоростей движения груженого Uд 3ср и порожнего Uд 1ср скрепера можно воспользоваться приближенной зависимостью
Производительность при длине пути груженного и порожнего хода скрепера l3=l4=1000м равна:
Строится график зависимости производительности от длины пути порожнего скрепера рис. 7.
Рис. 7 Зависимость производительности от длины пути
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ УПРАВЛЕНИЯ
1 Определение силы необходимой для подъема ковша скрепера.
За расчетное положение принимается начало заглубления полностью загруженного ковша скрепера( рис.8). В схеме для упрощения расчетов принято допущение что усилие в гидроцилиндрах подъема ковша направлено вертикально что практически соответствует действительному положению их при опущенном ковше. Искомые нагрузки получим из уравнений суммы моментов относительно точки О и суммы проекций на оси Х и Y.
Для скреперов с передней ведущей осью:
где Gк+г – сила тяжести груженого ковша и задней оси Н.
Рис. 8 Схема сил действующих на ковш.
По найденному усилию подбираем два гидроцилиндра. Dп=140ммdш=80ммход поршня 1800мм.
2 Определение усилий требующихся для открывания заслонки
Принимаем что наибольшие усилия открывания заслонки возникают когда ковш загружен с шапкой. Следовательно. При открывании заслонки приходится преодолевать силу тяжести грунта находящегося над заслонкой Gг трение грунта о грунт Ртр силу тяжести самой заслонки Gз.
На рисунке 9 показана схема сил действующих на заслонку ковша при ее подъеме. На схеме показаны оба случая возможного приложения усилия гидроцилиндров.
Из уравнения суммы моментов сил относительно точки О определим усилие подъема заслонки при этом нужно учесть что заслонка обычно поднимается при помощи 2 цилиндров:
Рис.9 Схема сил действующих на механизм заслонки:
а-с непосредственным воздействием цилиндра; б-с рычажным управлением
Для приближенных расчетов сила тяжести грунта в объеме заслонки составит
где К- коэффициент учитывающий конфигурацию заслонки; для многих заслонок можно принять К=08.
Для определения силы трения грунта о грунт принимаем что на поднимаемый заслонкой грунт давит объем грунта силу тяжести которого можно найти по формуле
Тогда нормальная сила (Н) N=G’г×tgφ=1429433*tg40=119943Н
где φ- угол естественного откоса.
Отсюда сила трения Ртр=N×1=119943*08=95954Н
Массу заслонки mз можно определить замерив по прототипу размеры отдельных элементов заслонки и зная плотность стали ( mз =800кг).
По найденному усилию подбираем два гидроцилиндра. Dп=125ммdш=60ммход поршня 1250мм.
3Определение усилий необходимых для разгрузки ковша.
Принудительная разгрузка ( рис.10б). За расчетное положение принимается начало передвижения задней стенки при полной загрузке ковша грунтом и открытой заслонке.
Сила необходимая для движения задней стенки в начальный стадии разгрузки:
где Fg – сила трения о днище ковша; Fб- сила трения грунта о боковые стенки ковша; Fк- сила сопротивления качению роликов задней стенки по днищу ковша; Рi- сила инерции поступательно движущейся массы грунта и задней стенки при включении механизма разгрузки ковша скрепера.
Сила трения грунта о днище ковша
где 2 – коэффициент трения грунта по стали; mг –масса грунта.
Сила трения грунта о боковые стенки ковша скрепера
Активное давление на боковую стенку ковша
где φ1- угол внутреннего трения.
Сила сопротивления качению роликов задней стенки по днищу ковша
где mст- масса задней стенки; f- коэффициент сопротивления качению роликов. С учетом возможности попадания грунта под ролики рекомендуется принимать f=010-1015.
где Uст- скорость движения задней стенки Uст=02-03 мс; tр- время разгона в течении которого скорость движения задней стенки изменяется от 0 до Uст tр=2-3 с.
По найденному усилию подбираем два гидроцилиндра. Dп=80ммdш=50ммход поршня 1000мм.
РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
Расчет рабочего оборудования на прочность производится по отдельным элементам.
При расчете передней балки ковша считают что балка защемлена с двух сторон(рис.11). При недостаточной жесткости боковых стенок можно (в запас прочности) считать что балка свободно опирается в местах приварки к боковым стенкам. Балку изгибают усилия Рц2 гидроцилиндров которые определяют для случая конца заполнения ковша. Кроме изгибающего момента на переднюю балку действует еще и крутящий момент
Возникающий в случае эксцентричного приложения усилия гидроцилиндров( сечение1-1)
Напряжения в задней балке определяют рассматривая ее как защемленную в местах приварки к боковых стенкам. На прочность проверяют также сварочные швы в местах крепления буфера к задней балке к днищу задней балке и боковым стенкам и др.
На подножевую плиту действуют усилия Wк и Р2 определенные выше для случая конца заполнения ковша. Момент в опасном сечении(рис.12) Н×м
где а –расстояние от режущей кромки до опасного сечения; α-угол резания град.
Момент сопротивления опасного сечения 1-1 подножевой плиты и напряжения в опасном сечении определяют по формулам сопротивления материалов.
Реакции в шарнирах напряжения в рычагах пальцах крепления заслонки могут быть определены для случая отпускания заслонки когда между подножевой плитой ковша и ножами заслонки попадает твердый предмет препятствующий ее закрыванию. Гидроцилиндры развивают максимальное усилие Рц на рычагах заслонки(рис.13). Из суммы моментов относительно шарнира заслонки О найдем усилие А на режущей кромке:
Составляющие реакций в шарнире Rx и Ry определяем из уравнений
Опасные сечения –место приварки рычага гидроцилиндра к рычагу заслонки сечение рычага заслонки место приварки рычага заслонке. В этих местах необходимо определить действующие моменты и проверить прочность сварных швов и металлоконструкций узла.
Рис.11 Расчетная схема передней балки
Рис.12 расчетная схема подножевой плиты
Рис.13 Расчетная схема заслонки Рис.14 Расчетная схема задней стенки
Расчет на прочность производится для случая заклинивания задней стенки( рис. 14). Гидроцилиндр выдвижения развивает максимальное усилие Рц которое воспринимается направляющими роликами. Нагрузка на ролик
Эта же сила нагружает направляющую раму задней стенки. На прочность проверяют рамы место приварки направляющей рамы к щиту. Проверяют так же прочность щита.
РАСЧЕТ ХОДОВЫХ КОЛЕС
При расчете ходовых колес производится расчет на прочность колесных полуосей подбор подшипников при движении скрепера по горизонтальной поверхности и с поперечным уклоном при α равным углу потери устойчивости.
Нагрузки действующие на колесо (рис.15) определяют следующим образом.
Рис.15 Схема к расчету ходового колеса на горизонтальной поверхности
где R2 – вертикальная реакция на задние колеса за расчетную принимается наибольшая; G кол –собственный вес колеса( шины диск с ободом ступица с подшипником и полуоси).
Нагрузка на подшипники:
Наибольший изгибающий момент в заделке (см рис. 15) Ммах=Rк×l=216882*094=203869Н*м
Конструируем шнековый механизм загрузки и разгрузки грунта для более полного заполнения ковша и увеличения производительности скрепера. Шнеки устанавливаем на собственную раму. Рама шнеков шарнирно закреплена на раме ковша. При разгрузке шнековая рама поднимается за счет вращения щнеков в обратную сторону и потока грунта разгружаемого задней стенкой.
Принимаем 2 шнека диаметром:
где Вк – ширина ковша; D- зазоры.
где Hк – высота ковша; D - зазоры.
Шаг шнека: t=0.8Dш=08*975=780мм
Число оборотов шнека принимаем из условия что:
Проекция площади вырезаемой стружки грунта на плоскость перпендикулярную к направлению движения скрепера равна:
Sг=hр*Вк=035*3.25=1.13м2
где hр – глубина резания
При движении скрепера со скоростью V=025мс и заполнении ковша за расстояние равное:
Время заполнения ковша равно: t=l1V=26025=104сек=17мин.
Отсюда производительность заполнения ковша равна: Q=Vкшt=2217=37м3мин где Vкш – объем ковша с шапкой.
По этой производительности определяем определяем число оборотов шнека:
где D – диаметр шнека; t – шаг шнека.
В связи с различными режимами работ и приближенными расчетами принимаем число оборотов шнека равное 60 обмин.
Шнеки приводятся в движение от гидроматора через редуктор установленного на раме шнеков. Гидроматор аксиально-поршневой реверсивный типа 210.20. Передаточное отношение редуктора:
где nм – число оборотов гидромотора; nш – число оборотов шнека.
Методическое указание по выполнению курсового и дипломного проекта «Скреперы»
Волков В.П. и др. Машины для земляных работ. - М.: Машиностроение 1992. - 448 с.
Плешков Д.И. и др. Бульдозеры скреперы грейдеры. – М.: Высшая школа 1980. – 271 с.

Специф.Г.doc

Пояснительная записка
Схема гидравлическая
Трех золотниковый четырех
позиционный гидрораспредели-
Гидроцилиндр 3.2-100.800
Предохранительный клапан
Гидроцилиндр 3.2-100.1500
Гидроцилиндр 3.2-100.900