Каток кулачковый с тягачом МоАЗ-74067

Спецификация вальца.doc

Кольцо 1А200 ГОСТ 13940-81
Подшипник 2538 ГОСТ 8328-87
Рым-болт М10 ГОСТ 4751-73

Общий вид.dwg

Толщина уплотняемого слоя
Ширина укатываемой полосы
Номинальная мощность двигателя
Рабочая скорость катка

Валец.dwg

Остальные технические требования по СТБ 1022-96.
Размеры для справок.

Записка.doc

Патентно-технический анализ 5
Расчет основных параметров 8
Расчет на прочность 18
Требования безопасности к конструкции строительно-дорожных машин учтенные
при проектировании 25
Список литературы 27
Приложение А (обязательное) – Спецификации 28
Приложение Б (справочное) – Описания изобретений 29
Искусственное уплотнение является эффективным и самым дешевым приемом стабилизации механических свойств насыпных грунтов при строительстве земляных сооружений.
Грунты можно уплотнять укатыванием трамбованием вибрированием или сочетанием этих способов. Уплотнение укатыванием происходит в результате давления создаваемого вальцами или колесами перекатывающимися по поверхности грунта. По такому принципу работают катки. Уплотнение трамбованием осуществляется ударами рабочих органов трамбующих машин. Уплотнение вибрированием основано на передаче грунту колебательных движений в результате которых происходит взаимное перемещение твердых частиц приводящих к уплотнению грунта.
Уплотнение грунтов осуществляется путем приложения к их поверхности кратковременных повторных или циклических нагрузок. Под действием этих нагрузок грунт деформируется. Полная деформация грунта состоит из обратимой (упругой) т. е. восстанавливающейся после снятия нагрузки и необратимой (остаточной). Последний вид деформации может развиваться в результате уменьшения объема грунта (необратимые объемные деформации) или в результате изменения его формы с сохранением прежнего объема (пластическое течение).
Каток кулачковый Д-614А весом 14 т выполнен в виде сборочной единицы собранной из сварной рамы и сварной конструкции вальца. Рамой катка несущей тяговую нагрузку является рама заимствованная со скрепера МоАЗ.
Патентно-технический анализ
При проведении патентно-технического анализа были рассмотрены следующие авторские свидетельства:
- SU 1518421 A1 авторы Е. М. Браславский В. А. Пенчук А. П. Манакин и А. Н. Ильяшенко;
- SU 1498872 A1 авторы И. А. Маренинов В. К. Панков В. Н. Кабанов и А. К. Варламов;
- SU 1609845 A1 автор Р. Г. Абулханов;
- SU 1203176 A авторы В. В. Щербак Е. И. Соколов и Л. Л. Даниленко;
- SU 1783028 A1 авторы Ю. Н. Милько В. Я. Некрасов и В. П. Никитин.
Изобретения описанные в авторских свидетельствах SU 1518421 A1 SU 1498872 A1 SU 1609845 A1 и SU 1203176 A имеют сложную конструкцию и будут сопровождаться сложными расчетами. Их применение в качестве разработки не представляется возможным.
Описания изобретений к авторским свидетельствам SU 1518421 A1 SU 1498872 A1 SU 1609845 A1 и SU 1203176 A приведены в приложении Б.
За основу для разработки в данном курсовом проекте было принято изобретение изложенное в авторском свидетельстве SU 1783028 A1. Данное изобретение относится к землеройно-транспортным машинам таким как дорожный каток с гладким вальцем. С некоторой доработкой его можно применить на проектируемом кулачковом катке.
Изобретение относится к машинам для уплотнения строительных материалов.
Известен каток содержащий цилиндрический полый барабан внутри которого смонтирована ось с дебалансами которая снабжена приводом и клиноременной передачей. Однако для привода дебалансов в известном катке применяется специальный двигатель что приводит к повышению энергоемкости в процессе работы катка.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к рассматриваемому катку является каток содержащий цилиндрический валец в полости которого размещены смонтированный на раме посредством осей вал дебалансы контактирующие с упорами. Недостатком такого катка является повышенная энергоемкость.
Рисунок 1.1 – Каток.
Цель изобретения - снижение энергоемкости катка.
Достигается это тем что каток содержащий цилиндрический валец в полости которого размещены смонтированная на раме посредством подшипников ось дебалансы контактирующие с упорами причем валец снабжен кулачками жестко закрепленными на его наружной поверхности. Упоры установлены на внутренней поверхности цилиндрического вальца дискретно по винтовой линии а дебалансы смонтированы по длине вала причем упоры установлены с одинаковым углом смещения а дебалансы установлены на равном расстоянии друг от друга.
Каток работает следующим образом.
При движении катка цилиндрический валец с кулачками 1 вращается на раме.
При этом дебалансы 4 входят в контакт с упорами 5 которые при вращении поднимают дебалансы 4 в верхнее положение откуда они быстро падают вниз с ускорением оказывая динамическое воздействие на уплотняемый материал через вертикальные торцовые стенки 7 и цилиндрический валец с кулачками 1. Поскольку упоры 5 установлены дискретно на внутренней поверхности цилиндрического вальца 1 по винтовой линии то динамическое воздействие дебалансов 4 на уплотняемый материал оказывается практически непрерывно. Таким образом применение предлагаемого катка позволяет снизить энергоемкость процесса работы катка. Необходимо также отметить что повышается надежность работы катка за счет упрощения его конструкции.
После доработки описываемого катка в авторском свидетельстве SU 1783028 A1 он будет иметь вид катка изображенного на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 – Кулачковый каток.
Расчет основных параметров
Частота вращения вальца:
где - рабочая скорость передвижения катка из технической характеристики;
Угловая скорость вращения оси с дебалансами:
Амплитуда колебаний рабочего органа:
где - масса одного дебаланса;
- количество дебалансов одновременно участвующих в процессе вибрации;
Линейное давление [1]:
где - коэффициент превышения который находится по графику рисунка 67 [1];
- ускорение свободного падения;
- ширина вальца по технической характеристике катка.
Максимальная величина контактного давления может быть определена по формуле (97) [1]:
где - модуль деформации материала (стр. 480 [2]).
Мощность необходимая для разгона роликов по формуле (32) [2]:
где - время разгона вала с роликами принимаем равным времени разгона катка (стр. 88 [1]).
Мощность необходимая на преодоление сил трения в подшипниках качения роликов:
где - коэффициент трения в подшипниках качения (стр. 279 [3]);
- диаметр оси дебалансов принимаемый ориентировочно.
Мощность на дебалансном валу:
где - к.п.д. механизма.
Принимаем ширину укатываемой полосы из технической характеристики катка м.
Общее число кулачков:
где - число кулачков приходящееся на 1 м поверхности вальца принятое по рекомендации [4] .
Исходя из конструктивных соображений принимаем кулачков.
Число кулачков в ряду по образующей вальца:
По конструктивным соображениям принимаем кулачков.
Длина кулачка выбирается по принятой толщине уплотняемого слоя :
где - толщина разрыхленного слоя ориентировочно составляет 50 мм [4];
- минимальный размер опорной поверхности кулачка [4].
Окончательно принимаем мм.
Необходимое число проходов:
где - поверхность вальца;
- опорная поверхность кулачка;
- коэффициент учитывающий неравномерность перекрытия поверхности грунта кулачком.
Полученное значение количества проходов округляем до целого числа и принимаем .
При работе катка возникают следующие сопротивления.
Сопротивление качению колес тягача и катка:
где - максимальное значение коэффициента сопротивления качению при первом проходе [2];
- максимальный вес тягача кН
где - масса катка т.
где - масса тягача т.
Сопротивление движению на уклон:
где - уклон местности в долях единицы [2].
Сопротивление преодолению сил инерции при трогании катка с места:
где - скорость движения катка мс;
- время разгона [1].
Общее сопротивление движению:
Сила тяги базовой машины (тягача) по сцеплению:
где - сцепной вес тягача приходящийся на ведущие колеса;
- коэффициент сцепления по таблице 2.28 [4] .
В целях эффективного использования мощности двигателя тягача при работе целесообразно чтобы выполнялось условие:
Полученное значение удовлетворяет условию формулы (2.24) стремится к значению .
Кроме этого тягач необходимо проверить на условие трогания катка т. е. формирование структуры уплотняемого грунта и качество уплотнения:
где - наибольшая допустимая сила тяги по двигателю при кратковременной работе.
где - мощность двигателя тягача из технической документации тягача МоАЗ кВт;
- к. п. д. трансмиссии .
кН > кН. Условие тягового баланса выполняется.
Эксплуатационная производительность катка:
где - длина укатываемого участка м;
- величина перекрытия м [4];
- коэффициент использования рабочего времени [4];
- время затрачиваемое на разворот катка в конце участка ч;
- необходимое число проходов катка;
- скорость движения катка мч.
1 Расчет на прочность оси катка
Рисунок 3.1 – Расчетная схема оси катка.
Принимаем за основу расчетную схему катка изображенную на рисунке 3.1.
Рассматриваем случай когда два средних дебаланса находятся в нижнем положении и действуют на валец катка через ось с центробежной силой каждый.
Центробежная сила одного дебаланса в данном случае равна Н.
Определим реакции опор:
Определяем изгибающие моменты:
Допускаемое напряжение для материала оси:
где – предел выносливости материала при изгибе [5];
– масштабный фактор;
– коэффициент учитывающий упрочнение поверхности [5];
– коэффициент долговечности [5];
– коэффициент безопасности [5];
– эффективный коэффициент концентрации напряжений [5].
Допускаемое напряжение уменьшаем с учетом коэффициента запаса прочности которым учитываем весовые нагрузки от веса самой оси и частично передающиеся на ось нагрузки от веса дебалансов и вальца.
Допускаемое напряжение с учетом коэффициента запаса прочности:
Определяем диаметр оси катка:
В рассчитываемой оси в ее центральной части (действует наибольший изгибающий момент) диаметр составляет 200 мм при необходимом диаметре 44 мм.
Сечение оси ослаблено канавками под стопорные кольца.
Диаметр оси по дну канавок под стопорные кольца равен 190 мм что больше полученного .
Большой запас прочности обусловлен тем что размеры поперечного сечения оси выбирались конструктивно исходя из необходимого посадочного диаметра под подшипники качения дебалансов мм.
2 Расчет подшипников дебалансов
Выбор подшипников производим по центробежному усилию действующему на подшипник при расположении дебаланса в нижней точке.
Эквивалентная динамическая нагрузка:
где - коэффициент радиальной нагрузки;
- коэффициент учитывающий какое кольцо подшипника вращается при вращении наружного кольца [5];
- температурный коэффициент;
- коэффициент безопасности [5].
Расчетная динамическая радиальная грузоподъемность подшипника:
где - показатель степени равный для роликоподшипников = 333;
- срок службы подшипника = 20000 ч [5].
По значению диаметра оси и из таблицы 5.28 [5] принимаем роликовый радиальный однорядный подшипник легкой серии типа 2538. Его параметры:
= 200 мм; = 360 мм; = 107 кН.
= 1361 кН = 107 кН. Следовательно принятый подшипник удовлетворяет заданному режиму работы.
Большой запас прочности по динамической грузоподъемности увеличивает долговечность подшипника и обусловлен тем что геометрические размеры подшипника принимались из расчета установки его в литом дебалансе. Другими словами размеры подшипника обусловлены геометрическими размерами дебаланса.
3 Расчет подшипников оси вальца
Для расчета подшипников оси пригодна расчетная схема изображенная на рисунке 3.1.
В нашем расчетном случае реакции опор и равны. Расчет подшипников можно вести по любой из опор.
Выбор подшипников производим по опоре А в которой возникает реакция
- коэффициент учитывающий какое кольцо подшипника вращается при вращении внутреннего кольца [5];
- срок службы подшипника = 32000 ч [5].
По значению диаметра оси и из таблицы 5.28 [5] принимаем роликовый радиальный однорядный подшипник легкой серии типа 2530. Его параметры:
= 150 мм; = 265 мм; = 42800 Н.
= 11215 Н = 42800 Н.
Принятый подшипник удовлетворяет режиму работы катка.
Большой запас прочности по динамической грузоподъемности увеличивает долговечность подшипника и обусловлен тем что посадочные размеры подшипника принимались из расчета установки его на оси вальца.
Для опоры В принимаем тот же тип подшипника.
Требования безопасности к конструкции строительно-дорожных
машин учтенные при проектировании.
Каток кулачковый Д-614А с тягачом МоАЗ соответствует требованиям безопасности по ГОСТ 12.2.011.
Органы управления основными операциями используемые в каждом рабочем цикле находятся в оптимальной зоне и обеспечивают рациональную рабочую позу машиниста.
Рукоятки рычагов изготовлены из нетеплопроводного материала.
Рычаги управления рулевое колесо и педали не мешают входу оператора на рабочее место и выходу с него а также свободному перемещению ног оператора при управлении.
Размеры подножек и поручней соответствуют ГОСТ 12.2.019 раздел 1. Первая ступень выполнена подвесной на стальных канатах диаметром 20 мм.
Крепление сборочных единиц и деталей на катке исключает их самоослабление.
Конструкция катка Д-614А обеспечивает безопасный доступ к местам осмотра регулировки и смазки.
Кабина катка имеет световые проемы с четырех сторон. Для остекления кабины применено стекло по ГОСТ 5727. Открывающиеся окна фиксируются в нужном положении.
Размеры форма и угол наклона опорных поверхностей педалей обеспечивает устойчивое положение ног оператора.
Усилия на органах управления:
- на рулевом колесе не более 115 Н;
- на органах управления рабочим оборудованием не более 60 Н;
- на органах управления катком (педалях) не более 120 Н.
Конструкция катка исключает возможность самопроизвольного включения и выключения передач.
На катке предусмотрено место для хранения инструмента.
Каток оборудован рабочим и стояночным тормозом. Конструкция тормозов обеспечивает плавность их действия и полную остановку машины. Рабочая поверхность тормозов защищена от попадания масла.
Каток Д-614А с тягачом МоАЗ имеет звуковую сигнализацию включаемую с рабочего места машиниста.
Каток имеет электроосветительные устройства обеспечивающие возможность перемещения его в темное время суток.
Контроль выполнения требований безопасности должен производиться на опытном образце машины в процессе предварительных и приемочных испытаний согласно ГОСТ 15.001.
Хархута Н. Я. Машины для уплотнения грунтов. Теория расчет и конструкции. 2-е изд. перераб. и доп. – Л.: Машиностроение 1973. – 176 с.: ил.
Алексеева Т. В. Артемьев К. А. Бромберг А. А. и др. Дорожные машины. Ч. 1. Машины для земляных работ. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение 1972. – 504 с.: ил.
Дорожно-строительные машины и комплексы: Учебник для вузов по спец. «Строительные и дорожные машины и оборудование» Под общ. ред. В. И. Баловнева. – М.: Машиностроение 1988. – 384 с.: ил.
Проектирование машин для земляных работ Под ред. А. М. Холодова. – Х.: Вища шк. Изд-во при Харьк. ун-те 1986. – 272 с.: ил.
Кузьмин А. В. Макейчик Н. Н. Калачев В. Ф. и др. Курсовое проектирование деталей машин: Справ. пособие. Ч. 2. – Мн.: Выш. шк. 1982. – 334 с.: ил.
Приложение А (обязательное)
Приложение Б (справочное)
Описания изобретений

Рабочее оборудование.dwg

Размеры для справок.
Остальные технические требования по СТБ 1022-96.

Спецификация общего вида.doc

Заимствованные изделия
Вновь разрабатываемые
Оборудование рабочее