Бульдозер с поворотным отвалом - курсовой

Спецификация отвал.spw

СБ отвал.cdw

плакат расчет на прочность.cdw

Рисунок 5 - Карта коэффициента
запаса по пределу текучести
Количество элементов
Напряжение максимальное
Перемещение максимальное
К-т запаса минимальный
КП 02068982-23.05.01-006-21 Д1
Рисунок 3 - Карта напряжений
Рисунок 4 - Карта перемещений

ВО бульдозер с отвалом.cdw

Техническая характерисктика
Тяговый класс базового трактора 3
Тип отвала поворотный
Наибольшее заглубление отвала
Угол установки отвала в плане
Скорость передвижения
Объем грунта перемещаемого отвалом
Гидроцилиндр поворота
Гидроцилиндр подъёма
Бульдозер с поворотным

ПЗ.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ (СИБАДИ)
Кафедра “Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур”
Тема: «Бульдозер с поворотным отвалом»
КП 02068982-23.05.01-006-21 ПЗ
Обзор и анализ конструкций толкающих рам ..3
1 Виды толкающих рам ..7
Описание предлагаемой конструкции ..9
Выбор основных параметров . . 10
1 Выбор базового тягача . .10
2 Выбор параметров отвала . .. ..13
Тяговый расчет . .. . ..14
Расчет механизмов управления отвала . .. 19
Расчет отвала на прочность . .. ..28
Заключение .. .. . 32
Список использованных источников . . 33
Обзор и анализ конструкций толкающих рам
Бульдозер — это колесный или гусеничный трактор в передней части которого установлен отвал в виде вертикального щита для выполнения земляных работ и горизонтального перемещения сыпучих грузов.
Бульдозер предназначен для послойной разработки грунтов I IV категорий и их транспортировки. С экономической точки зрения перемещение грунта целесообразно выполнять на расстояние: для гусеничных машин — до 80 м для колесных — до 140 м. Кроме того бульдозер служит для выполнения следующих работ:
планировка строительных площадок;
разравнивание и перемещение грунта или горных пород отсыпанных другими машинами;
разработка открытых карьеров;
возведение насыпей;
очистка территории от камней снега строительного мусора мелких деревьев или кустарника;
засыпка пазух фундаментов котлованов траншей рвов и ям;
нарезка террас на склонах; дорожные ремонтно-строительные работы;
гидротехническое строительство и т.д.
Бульдозер классифицируют по назначению типу ходовой части конструкции рабочего оборудования типу привода рабочего оборудования тяговому классу базовой машины (мощности двигателя).
По типу ходового оборудованияразличают колесные и гусеничные бульдозеры. Предпочтение отдают гусеничным бульдозерам имеющим большее сцепление с грунтом и повышенную проходимость.
По назначениюразличают бульдозеры общего назначения
приспособленные для выполнения разнообразных работ
(землеройных планировочных строительных и др.) и специального назначения для выполнения определенных видов работ (прокладка дорог чистка от снега сгребание торфа подземные работы толкание скреперов и т.д.).
По номинальному тяговому усилию и мощностибульдозеры разделяют на:
По конструкции рабочего оборудованияразличают бульдозеры:
с неповоротным отвалом
с поворотным отвалом
бульдозеры-погрузчики.
В бульдозере с неповоротным отвалом он установлен перпендикулярно продольной оси машины неподвижно или с небольшим угловым качанием в поперечной плоскости.
В бульдозере с поворотным отвалом его можно поворачивать на определенный угол в обе стороны от основного положения.
Бульдозер с поворотным отвалом отличается тем что на базовом тракторе с помощью упряжных шарниров крепят охватывающую универсальную (толкающую) раму (Рисунок 1).
Рисунок 1 – Бульдозер с поворотным отвалом: а — рабочее оборудование; б — конструктивная схема: 1 — отвал; 2 — гидрораскос; 3 — гидроцилиндр подъемаопускания отвала; 4 — базовый трактор; 5 — толкатель;6 8 — полурамы; 7 — шарнир
Впереди рамы приварена шаровая опора на которой установлен отвал поворачивающийся налево и направо по ходу движения машины. Отвал соединяют с рамой (в целях удобства монтажа и демонтажа она состоит из двух полурам связанных между собой шарнирно с помощью вертикального пальца) шаровым шарниром и двумя толкателями с винтовыми или гидравлическими раскосами.
Подъем и опускание рамы с отвалом производят двумя гидроцилиндрами. Задние шарниры толкателей закрепляют в ползунах (кронштейнах) на раме. Их фиксируют вручную в трех положениях относительно продольной оси отвала закладными штырями (штифтами).
При одинаковой длине винтовых раскосов основной угол резания отвала составляет 55° (и может меняться в пределах ±5° при одинаковом увеличении или уменьшении их длины).
При увеличении длины раскосов с одной стороны и уменьшении с другой изменяется угол поперечного перекоса отвала в пределах ±5°.
В ряде современных моделей управление положением отвала полностью гидрофицировано и осуществляется из кабины машиниста. С помощью гидроцилиндров производятся подъем и принудительные опускание отвала поворот в плане поперечный двухсторонний перекос изменение угла резания ножей а также устанавливаются его плавающее и фиксированное положения.
1 Виды толкающих рам
Толкающая рамапредназначена для передачи усилия от базовой машины к отвалу. Она представляет собой жесткую сварную конструкцию из двух полурам коробчатого сечения охватывающую трактор с обеих сторон.
В зависимости от назначения и особенностей конструкции различают следующие виды толкающих рам.
Рисунок 2 – Варианты отвалов и толкающих рам
В данном курсовом проекте рассмотрим поворотный отвал со складными боковыми секциями (Рисунок 3).
Рисунок 3 – Поворотный отвал со складными боковыми секциями
Описание предлагаемой конструкции
Данный вид отвала (Рисунок 3) может осуществлять «косое» резание и перемещать грунт в сторону находит широкое применение при засыпке траншей и рвов а также для очистки строительных площадок и дорог в том числе от снега.
Нагусеничных бульдозерахсреднего класса тяги используют складные секции которые могут устанавливаться в разное положение. При транспортировке уширители поворачиваются назад и отвал вписывается в габарит.
Рисунок 4 – Вид предлагаемой конструкции отвала
Выбор основных параметров
1 Выбор базового тягача
По исходным данным выбираем бульдозер марки D4G XL.
Таблица 1. Техническая характеристика бульдозера D4G XL
Тяговый класс базового трактора
Мощность двигателя кВт
Наибольшее заглубление отвала мм
Угол установки отвала в плане град
Скорость передвижения кмч:
Объем грунта перемещаемого отвалом м3
Габаритные размеры мм:
Главным параметром бульдозера является его тяговый класс.
Номинальная сила тяги определяется по тяговой характеристики машины.
На практике используется сила тяги по сцеплению :
где – сцепной вес машины сила тяжести на ведущих колесах Н;
– коэффициент сцепления движителя с грунтом для гусеничных машин.
К основным параметрам бульдозера относятся:
- Эксплуатационный вес.
- Скорость холостого хода определяется характеристиками базовой машины.
где – ширина трактора м;
– перекрытие габарита трактора м
Ширина отвала уточняется по тяговому расчету.
- Удельное вертикальное и горизонтальное давления ножа на грунт .
– максимально возможное давление развиваемое механизмом привода отвала из условия опрокидывания тягача (Рисунок 5). – максимально возможное давление развиваемое движителем машины. Величины и определяют категорию грунта в которой может работать данный бульдозер (Таблица 2).
Рисунок 5 – Внедрение ножа отвала в грунт
Таблица 2. Удельное давление ножа для различных категорий грунтов
В данном курсовом проекте I категория грунта – песок.
Высота поворотного отвала определяется по формуле
где – сила тяги бульдозера т;
Принимаем высоту отвала
2 Выбор параметров отвала
Основными параметрами отвала является его ширина и высота определяемые параметрами базовой машины.
Кроме основных параметров отвала существуют и другие влияющие на эффективность его работы: снижение силы резания грунта формирование призмы волочения и другие (Рисунок 6).
Рисунок 6 – Параметры отвала
На рисунке 6 указаны следующие параметры: – угол резания (); – задний угол отвала (); – угол заострения (); – угол установки отвала (); – угол опрокидывания грунта (); – угол установки козырька (); – высота отвала (; - высота козырька (; – радиус кривизны отвала ( )
Тяговый расчет бульдозера выполняется для проверки возможности эффективной работы бульдозера с рассчитанными параметрами отвала.
Проверка по сцеплению
где – суммарная сила сопротивления возникающая при работе Н.
Проверка по мощности двигателя
где – сила тяги определяемая мощностью двигателя Н.
Суммарная сила сопротивления возникающая при работе бульдозера состоит из нескольких составляющих (Рисунок 6):
где – сила сопротивления грунта резанию Н;
– сила сопротивления перемещению призмы волочения Н;
– сила сопротивления от движения грунта вверх по отвалу Н;
– сила сопротивления движению машины Н;
– сила сопротивления трению ножа о грунт (возникает только при работе отвала в плавающем положении) Н.
Рисунок 7 – Силы возникающие при копании грунта отвалом
Сила сопротивления грунта резанию
где – удельная сила сопротивления грунта резанию (Таблица 3) ;
– ширина отвала бульдозера м;
- толщина срезаемой стружки м.
Таблица 3. Значения удельной силы резания грунта
Мерзлые и скальные грунты
Сила сопротивления перемещению призмы волочения
где – объем призмы волочения ;
– плотность грунта ;
– ускорение свободного падения ;
– коэффициент внутреннего трения грунта;
Объем призмы волочения зависит от размеров и формы отвала
где – коэффициент формы призмы волочения;
Сила сопротивления движению грунта вверх по отвалу
где – коэффициент трения грунта по металлу;
– угол резания град;
Сила сопротивления движению базовой машины бульдозера
где – коэффициент сопротивления движению машины;
– сила тяжести машины Н;
Сила трения ножа о грунт
где – вес отвала бульдозера Н;
Определение толщины срезаемой стружки для восполнения потерь грунта при транспортировании в боковые валики (Рисунок 8):
Рисунок 8 – Потери грунта в боковые валики
Толщина срезаемой стружки при нормальной работе бульдозера
где – коэффициент потерь грунта в боковые валики;
Для определения сил сопротивления возникающих при работе бульдозера с поворотным отвалом необходимо учитывать движение грунта вдоль отвала (Рисунок 9).
Суммарная сила сопротивления возникающая на поворотном отвале
где - силы резания перемещения призмы волочения и движения грунта вверх по отвалу соответственно Н;
– сила сопротивления движения грунта вдоль отвала Н.
Рисунок 9 – Поворотный отвал
С учетом угла поворота отвала силы сопротивления можно определить следующим образом
где – угол поворота отвала град;
Условие () выполняется.
Расчет механизмов управления отвала
Расчет необходим для выбора гидравлических цилиндров управления отвалом.
В процессе работы бульдозера в разных режимах возникают различные нагрузки и сочетания этих нагрузок. Поэтому для эффективной работы рассматриваются все возможные случаи которые могут возникнуть в процессе эксплуатации.
Случай 1 (заглубление отвала).
Бульдозер движется равномерно по горизонтальной поверхности происходит заглубление отвала в грунт.
При этом отвал упирается в непреодолимое препятствие.
Передняя часть трактора вывешивается на отвале.
Известны: вес бульдозерного оборудования ( и вес базовой машины ().
Вначале определяем внешние нагрузки действующие на машину (Рисунок 10).
Рисунок 10 – Внешние нагрузки на машину
Сила определяется из уравнения
где – плечи действия сил м.
Сила определяется исходя из максимальной тяги бульдозера
Сила реакции опоры определяется из уравнения
Затем определяем внутренние силы возникающие в конструкции.
Для определения силы действующей на шток гидроцилиндра «отбросим» трактор заменив его действие силами реакции (Рисунок 11).
Рисунок 11 – Силы действующие на оборудование
По величине определяем параметры гидроцилиндра.
Так как мы имеем два гидроцилиндра управления отвала то сила приходящаяся на один гидроцилиндр - следовательно для одного гидроцилиндра
Диаметр гидроцилиндра определяется
где – диаметр гидроцилиндра м;
– максимальное давление в гидросистеме Па.
Так как вывешивание передней части машины на отвале является случайной кратковременной нагрузкой для расчетов может использоваться максимальное давление в гидросистеме.
где – номинальное давление в гидросистеме Па;
Случай 2 (выглубление отвала).
Бульдозер стоит на горизонтальной поверхности.
Отвал зацепился за непреодолимое препятствие при подъеме.
Задняя часть бульдозера вывешивается на переднем катке гусеницы (Рисунок 12).
Рисунок 12 – Внешние нагрузки на машину
Вначале определяем внешние нагрузки действующие на машину.
Сила аналогично случаю 1.
Для определения силы действующей на шток гидроцилиндра «отбросим» трактор заменив его действие силами реакции (Рисунок 13).
Рисунок 13 – Силы действующие на оборудование
Для одного гидроцилиндра
Так как работает штоковая полость гидроцилиндра диаметр гидроцилиндра определяется из уравнения
где – диаметр штока гидроцилиндра м;
Случай 3 (нормальная работа бульдозера).
Расчетные условия: при подъеме отвала поднимается часть грунта лежащего на нем (проверяется обеспечивает ли подобранный гидроцилиндр нормальную работу бульдозера при копании грунта) (Рисунок 14).
Рисунок 14 – Внешние нагрузки на машину
Силы и определяются соответственно из уравнений
где – угол резания град;
– угол трения грунта по металлу град;
Вес грунта лежащего на поверхности отвала
где – радиус кривизны отвала м;
– площадь поперечного сечения грунта на отвале м2;
– плотность грунта кгм3;
Сила трения грунта лежащего на поверхности отвала о призму волочения
где – угол внутреннего трения грунта град;
Сила сцепления грунта лежащего на поверхности отвала о призму волочения
где – удельное сцепление грунта Па;
Затем определяем внутренние силы возникающие в конструкции (Рисунок 15).
Рисунок 15 – Силы действующие на оборудование
Для определения силы действующей на шток гидроцилиндра «отбросим» трактор заменив его действие силами реакции.
Диаметр гидроцилиндра
По ГОСТ 6540-68 примем
Расчет на прочность отвала
Рисунок 16 – 3D-модель отвала
Название материала: Сталь 10 ГОСТ 1050-2013
Таблица 4. Информация о материале
Таблица 5. Информация о нагрузках
Таблица 6. Параметры и результаты разбиения
Рисунок 17 – Конечно-элементная сетка
Таблица 7. Результаты статического расчета
Рисунок 18 - Эквивалентное напряжение по Мизесу
Таблица 8. Суммарное линейное перемещение
Рисунок 19 - Суммарное линейное перемещение
Таблица 9. Коэффициент запаса по пределу текучести
Рисунок 20 - Коэффициент запаса по пределу текучести
Таблица 10. Коэффициент запаса по пределу прочности
Рисунок 21 - Коэффициент запаса по пределу прочности
Вывод: был произведет расчет на прочность. Данный отвал по пределу текучести: . Условие выполняется.
В ходе курсовой работы по дисциплине «Машины для земляных работ» были проведены расчёты основного рабочего оборудования бульдозера с поворотным отвалом.
В первом разделе были рассмотрены основные конструкции толкающих рам бульдозеров. Во втором разделе определены основные параметры базовой машины. В третьем разделе были выбраны основные параметры. В четвёртом разделе произведен тяговый расчет бульдозера. Были рассчитаны 3 случая механизмов управления бульдозера. Также был произведен расчет отвала на прочность.
Список использованных источников
Гатыч К.Ю. Повышение эффективности бульдозера при земляных работах А.И. Демиденко К.Ю. Гатыч Техника и технологии строительства.- 2016. - № 8. - С. 45-50.
Алексеева Т.В. Дорожные машины Т.В. Алексеева К.А. Артемьев А.А. Бромберг. - М. : Машиностроение 1972. - 504 с.
Артемьев К.А. Основы теории копания грунта скреперами Артемьев К.А. - М.: Машгиз 1963. - 128 с.
Мещеряков В.И. Исследование процесса черпания ковшевым захватным органом погрузчика совмещенным способом: автореф. дис. канд. техн. наук : 05.05.04 В. И. Мещеряков ; науч. рук.: К. А. Артемьев С. В. Абрамов ; СибАДИ. - Омск 1976. - 24 с.
Пат. 161 882 РФ: МПК E 02 F 376: Рабочее оборудование бульдозера А.И. Демиденко К.Ю. Гатыч; СибАДИ. - № 201514917003; заявл. 16.11.2015; опубл.10.05.2016 Бюл. № 13.
Прокофьев И.П. Теория сыпучих тел Прокофьев И.П. - М.: Госстройиздат 1934. - 111 с.
Артемьев К.А. Теория резания грунтов землеройно-транспортными машинами: учеб. пособие Артемьев К.А. - Омск: Омпи 1989. - 80 с.
Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов Зенков Р.Л. - М.: Машгиз 1952. - 215 с.