Бульдозер с прямым отвалом

Отвал _ КП 001.200.000 СП.spw

Задняя стенка отвала
Боковая стенка отвала
Верхняя стенка отвала

ПЗ Абдуллаев 1-5.doc

Обзор и анализ конструкций5
Описание предлагаемой конструкции11
Выбор основных параметров13
Расчет усилия копания.15
Расчет механизмов управления18
Расчет на прочность23
Список литературы .33
Выполнение больших и возрастающих с каждым годом масштабов строительства обеспечивается применением высокопроизводительных строительных и дорожных машин комплексной механизации и автоматизации строительного производства.
В настоящее время создан большой парк разнообразных строительных и дорожных машин который систематически пополняется новыми более совершенными машинами.
Для выполнения земляных работ созданы универсальные и специализированные строительные машины - экскаваторы скреперы бульдозеры грейдеры автогрейдеры с облегченным управлением и удобными кабинами. В данной работе подробнее рассмотрим бульдозер с неповоротным отвалом.
Бульдозер — землеройная машина состоящая из базового тягача и бульдозерного (навесного) оборудования предназначенная для резания и перемещения грунта и планировки разрабатываемой поверхности.
Бульдозеры применяют:
при сооружении насыпей;
засыпке траншей и канав;
разработке взорванных скальных грунтов;
перемещении и штабелировании сыпучих материалов;
подаче каменных материалов к питателям дробильных установок;
очистке территорий от шлака мусора и снега планировке откосов и др.
Бульдозеры как навесное оборудование на тракторы тягачи и другие базовые машины широко распространены что объясняется простотой их конструкций высокой производительностью возможностью их использования в самых разнообразных грунтовых и климатических условиях и относительно низкой стоимостью выполненных работ. Для большинства современных гусеничных бульдозеров экономически выгодная дальность перемещений в настоящее время не превышает 60–80 м колесных 100–150 м.
Гидрофикация подъема-опускания перекоса наклона поворота в плане отвалов бульдозеров обеспечивает максимальное приспособление рабочих органов к условиям выполняемой работы что существенно повышает эффективность машин. Этому же способствует улучшение параметров рабочих органов и оборудования а также автоматизация управления машинами.
В последнее время с целью облегчения эксплуатации и удешевлению производства широко используют единые конструктивно подобные решения навесного оборудования во всех типоразмерных рядах бульдозеров.
Технологичность ремонтопригодность снижение потерь времени на техническое обслуживание являются основными факторами создания новых конструкций.
В данной курсовой работе рассматривается бульдозер с неповоротным отвалом.
Работа выполнена по заданию кафедры «ТНКИ».
Обзор и анализ конструкций отвала
Отвалы бульдозеров поворотные и неповоротные Бульдозерный отвал может быть поворотным или неповоротным.
Прямой (неповоротный) отвал может применяться практически на любых работах.
Рисунок 1 – Бульдозер
Рабочий орган этого типа отвала бульдозеров быстро углубляется в грунт и хорошо наполняется. Его характеристики по тяге и удельной мощности на режущей кромке выше чем у поворотных. Прямой бульдозерный отвал можно поставить с небольшим перекосом – это повысит эффективность работы на прочных грунтах. Есть также прямой бульдозерный отвал-буфер лобовая часть которого усилена еще одним листом и защищена резиновой подушкой. Такой рабочий орган ставится на трактор толкающий скрепер для лучшего заполнения ковша. Поворотный отвал бульдозеров монтируется на специальной раме П-образной или универсальной. Это дает возможность поворачивать рабочий орган на угол до 25 градусов. Такой бульдозерный отвал применяется в основном для отсыпки грунта. Грунт отсыпается в боковые кавальеры в процессе нарезки траншей или их обратной засыпки а также профилирования дорог. Он имеет значительную длину поэтому отличается небольшой удельной мощностью и меньшей по сравнению с неповоротным жесткостью. Применять его на скальных грунтах и других «тяжелых» работах не рекомендуется.
– прямой поворотный; 2 – прямой неповоротный;
– полусферический; 4 – сферический; 5 – сферический для сыпучих материалов; 6 – с толкающей плитой
Рисунок 2 – Основные типы бульдозерных отвалов
Поворотный отвал длиннее неповоротного так как в неповоротном
положении он должен перекрывать ширину базовой машины. Применяют поворотный отвал для планировочных работ с перемещением грунта в сторону (грунт при этом сходит с отстающим концом отвала в виде бокового валика) для засыпки траншеи разравнивания валов и других работ при непрерывном движении машины вдоль фронта работ.
Короткий прямой отвал снабжен амортизатором и предназначен для установки на толкачах помогающих загружать скреперы.
Совковый отвал имеет увеличенные боковые щитки и применяются при перемещении сыпучих и слабопрочных материалов на большие расстояния (до 150 м). Отвалы с рыхлящими боковыми зубьями применяются в крепких каменистых и мерзлых грунтах на гусеничных бульдозерах мощностью не менее 50 кВт и на колесных бульдозерах мощностью не менее 220 кВт.
Для расширения области применения бульдозеров отвала оборудуют специальными приспособлениями – окрылками уширителями выступающими средними ножами грузовыми вилами траверсами подъемными крюками и др.
Рисунок 3 – конструкция рабочего органа бульдозера
Главные элементы отвала: лобовой лист система ножей козырек коробки задняя стенка ребра жесткости. На торцах устанавливаются боковые косынки с вертикальными ножами. Ножи срезают грунт который в процессе движения бульдозера накапливается и перемещается лобовым листом.
За счет наличия боковых ножей рабочий орган не заклинивается при рытье глубоких траншей а в случае разработки твердых грунтов меньше изнашиваются косынки. Козырек и боковые косынки увеличивают объем накопленного грунта не позволяя ему пересыпаться через верхнюю кромку и по сторонам. Необходимая прочность бульдозерного отвала обеспечивается наличием ребер жесткости коробок и задней стенки. К ним же крепятся элементы соединяющие рабочий орган с гидроцилиндрами и толкающими брусьями.
Прямой отвал с боковыми щитками препятствующими потере материала используют на средних и тяжелых бульдозерах для разработки твердых и мерзлых грунтов. Это неповоротные отвалы на мощных толкающих брусьях с механизмом перекоса для зарезания твердого грунта угловым ножом. Регулируемый угол продольного наклона обеспечивает регулируемое заглубление отвала в грунт.
Сферический отвал характерен значительной кривизной поверхности как по горизонтали так и по вертикали позволяющей эффективно перемещать сыпучий или разрыхленный материал на значительные расстояния. Сферическая форма отвала обеспечивает минимальные потери материала. Отвал состоит из лобового листа и боковых почти такого же размера установленных под углом до 25° к лобовому.
Полусферический отвал представляет собой среднее между прямым и сферическим поэтому считается универсальным и стандартным для средних и тяжелых бульдозеров.
Сферические и полусферические отвалы используют с толкающими брусьями или жесткой рамой. Гидравликой и или механикой регулируется угол зарезания с помощью этого же механизма выполняется перекос отвала.
Толкающие брусья могут размещаться снаружи гусениц или между гусеницами и рамой трактора. Внешнее исполнение представляет собой универсальное решение то есть любой гусеничный трактор можно переделать в бульдозер. Яркий пример– самый массовый советский гусеничный трактор ДТ-75 Волгоградского тракторного завода и самый массовый бульдозер ДЗ-42 на его базе.
Крепление к трактору
Для крепления неповоротного отвала предусмотрены подъемные гидроцилиндры и толкающие брусья. Система состоит из вертикальных подкосов для контроля наклона рабочего органа и его поперечного перекоса а также горизонтальных раскосов кронштейнов или растяжек предотвращающих его поперечное раскачивание. Через подъемные гидроцилиндры задняя стенка отвала бульдозера соединяется с рамой тягача. Толкающие брусья закреплены на рамах гусеничных тележек с помощью сферических или пальцевых шарниров. С отвалом они могут соединяться по симметричной или несимметричной схеме. Поворотный бульдозерный отвал крепится сферическим шарниром к U-образной толкающей раме которая охватывает снаружи гусеничные тележки. Для соединения с этой рамой боковых краев предусмотрены подкосы и раскосы. Чтобы повернуть отвал надо переставить крепежные шарниры в одно из трех гнезд на толкающей раме размещенных друг за другом. Если они стоят в средних то отвал располагается перпендикулярно направлению движения трактора. С толкающей рамой гидроцилиндры также соединяются через шарниры.
Описание предлагаемой конструкции отвала
Прямой (S). Для разработки немерзлых пород в том числе легких скальных применяются неповоротные модели универсального назначения. Прямые отвалы для бульдозеров максимально эффективны при выполнении землеройных операций на грунтах повышенной прочности особенно при условии установки с легким перекосом. Рабочая поверхность оборудования свободно погружается на требуемую глубину. По параметрам тяги и удельной мощности прямые бульдозерные отвалы превосходят поворотные модели.
Рисунок 4 – Отвал прямой
Прямой отвал (индекс В) обеспечивает производство работ от вскрыши до разработки отвердевшей глины разрабатывает щебенистый грунт песчаный известняк и т.д.
Существует две модели прямого отвала 10 класса тяги.
- Тип В ставится на бульдозера класса Б10М и его модификациях.
- Тип В4 является увеличенным по ширине отвалом и устанавливается на модификации болотоходных бульдозеров Б-10МБ.
Бульдозерное оборудование с прямым отвалом (тип В) - это универсальное бульдозерное оборудование использующееся для разработки и перемещения грунтов различного типа и для выполнения планировочных работ. Корпус отвала выполнен в виде замкнутого силового контура что повышает его прочность и надёжность в работе особенно при работе в перекошенном положении отвала. Категория грунта: I-III - без рыхления IV - после рыхления.
Выбор основных параметров
Основными параметрами бульдозера являются: эксплуатационный вес основные рабочие скорости среднее статическое удельное давление и смещение центра давления (для гусеничных базовых машин) удельное горизонтальное усилие и удельное вертикальное усилие давления на режущей кромке ножа отвала. Главным параметром является тяговое усилие.
К основным параметрам рабочего оборудования бульдозера относятся: ширина и высота отвала угол резания угол заострения ножа и задний угол угол захвата т. е. угол поворота отвала (угол между режущей кромкой ножа отвала и горизонталью).
При проектировании отвала необходимо определять также параметры профиля поверхности отвала.
Эксплуатационный вес определяется как сумма эксплуатационных весов базовой машины Gб. м. и бульдозерного оборудования Gб.о.
Gб.м. 20000 119 23800 кг
Gб.о. 23800 019 4522 кг
Скорость рабочего хода выбирается в пределах 25 — 36 кмч. Для последующих расчетов выбираем 3 кмч.
Скорость холостого хода выбирается в пределах 9 — 12 кмч. Для последующих расчетов выбираем 10 кмч.
Ширина отвала бульдозера с неповоротным отвалом выбирается минимально возможной из расчета перекрытия габарита базовой машины по ширине или наиболее выступающих в стороны элементов толкающей рамы (500 мм с каждой стороны).
где ВТ - ширина базового трактора ВТ 3310 мм .
B 3310 2 (500) 4310 мм
Высота отвала определяется силой тяги и грунтовыми условиями для которых предназначается проектируемый бульдозер.
для неповоротных отвалов
где H - высота неповоротного отвала мм.
H 500 3 20 5 20 12572 мм
Высота козырька (по вертикали) должна составлять 01—025 от высоты отвала.
H1 01 H 0112572 12572 мм
Радиус кривизны поверхности отвала при заданных значениях остальных параметров.
R 08 12572 100576 мм
Параметры профиля и форма отвала
К основным параметрам профиля отвала относятся: (рисунок 8)
угол установки отвала 750
уголопрокидывания 730
угол установки козырька 100
H высота отвала 1200 мм Н1 высота козырька 120 мм R радиус кривизны 960 мм а ширина ножа 180 мм
Тяговый расчет бульдозера сводится к определению суммарного сопротивления его движению и сравнению полученного значения со значением номинальной силы тяги бульдозера.
Это сравнение можно обозначить так
где Tн - номинальная сила тяги бульдозера Н;
Wк - суммарное сопротивление движению Н.
Суммарное сопротивление
Wк Wр Wпр Wв Wт Wтр(7) где Wр - сопротивление резанию Н;
Wпр - сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом Н;
Wв - сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу Н;
Wт - сопротивление перемещению бульдозера Н;
Wтр - сопротивление трению ножа бульдозера о грунт Н.
где k - удельное сопротивление лобовому резанию кг м3 ; k 17000 Па ;
B - ширина отвала м;
h1 - глубина резания во время перемещения призмы волочения грунта м. При перемещении призмы волочения часть ее теряется в боковые валики
поэтому нож бульдозера должен быть заглублен на некоторую величину h1 для
срезания стружки восполняющей потери грунта в боковые валики. Потери грунта в боковые валики на 1 м пути могут быть оценены коэффициентом hп который зависит от свойств грунта. Для связных грунтов kп 0025 .
Величина заглубления определяется по формуле
где Vпр - фактический объем призмы волочения в плотном теле м .
Объем призмы волочения определяется по формуле
где B - ширина отвала м;
H - высота отвала с учетом козырька м;
kпр - коэффициент зависящий от характера грунта; kпр 08 .
Wр 17000 431 003м 21981Н
Сопротивление перемещению призмы волочения определяется по формуле
где г - объемный вес грунта в плотном теле кгм г 1700Па ;
- коэффициент трения грунта по грунту 2 05 .
Gпр 515 1700 8755кг .
Wпр 515 9811700 05 429433 Н .
Сопротивление от перемещения грунта вверх по отвалу определяется по формуле
где - угол резания 550 ;
- коэффициент трения грунта по металлу 1 05 . Тогда
W 8755 cos 550 05 cos 550 14402 Н .
Сопротивление перемещению бульдозера определяется по формуле
где G - вес трактора и бульдозера кг G 24522 кг ;
f -коэффициентсопротивленияперемещениюдвижителейтрактора
Wт 24522 981 01 240561Н
Сопротивление трению ножа бульдозера о грунт определяется по формуле
где Gб.о. - вес рабочего оборудования бульдозера кг ;
Wтр 4522 05 981 221804 Н
Вычисляем суммарное сопротивление движению бульдозера
Wк 21981 429433 14402 240561 221804 1255628 Н
Необходимое условие Tн Wк выполняется
Расчет механизмов управления
Расчетнеобходимдлявыборагидравлическихцилиндровуправления отвалом.
1 Заглубление отвала
Бульдозердвижетсяравномернопогоризонтальнойповерхности происходит заглубление отвала в грунт.
При этом отвал упирается в непреодолимое препятствие.
Передняя часть трактора вывешивается на отвале.
Известны: Gб. м. ; Gб.о.
Сила P2 определяется из уравнения
Р2 L3 Gбо L2 Gбм L1 0;
Из формулы выразим P2
Р Gбо L2 Gбм L1 4522 531 23324 240 122495кН
Сила P1 определяется из максимальной тяги бульдозера
Р1 Т Gсц сц 155965 09 14037кН
где сц – коэффициент сцепления движителя с грунтом сц 09
Nсц L3 Gбо (L3 L2 ) Gбм (L3 L1 ) 0;
Из формулы выразим Ncц
N Gбо (L3 L2 ) Gбм (L3 L1 )(21)
N 4522 (653 531) 23324 (653 240) 155965кН
Для определения силы Sупр действующей на шток гидроцилиндра отбросим трактор.
Сила Sупр. определяется из уравнения
Sупр L4 Р1 L3 Р2 L2 Gбо L1 0;
S Р2 L2 Р1 L3 Gб 0 L1
S 122495 462 14037 081 4522 312 1062кН
По величине силы Sупр можно определить параметры гидроцилиндра.
При двух гидроцилиндрах управления отвала сила приходящаяся на один цилиндр равна Sупр2.
Диаметр гидроцилиндра определяется из уравнения
2 Выглубление отвала
Бульдозер стоит на горизонтальной поверхности.
Отвал зацепился за непреодолимое препятствие при подъеме. 3.Задняя часть бульдозера вывешивается на переднем катке гусеницы.
Р2 L2 Gбо L1 Gбм L3 0;
Р 23324 111 4522 147 631кН
Р1 Т Gсц сц 34155 09 307395кН
Nсц L2 Gбо (L2 L1 ) Gбм (L3 L2 ) 0;
N Gбм (L3 L2 ) Gбо (L2 L1 )
N 23324 (111 305) 4522 (305 147) 34155кН
Sупр L1 Р2 L3 Р1 L4 Gбо L2 0;(34)
S Р1 L4 Р2 L3 Gб 0 L2(35)
S 307395 288 631 081 4522 462 3671кН
3 Нормальная работа бульдозера
При подъеме отвала часть грунта лежащая на нем поднимается (проверяется обеспечивает ли подобранный гидроцилиндр нормальную работу бульдозера при копании грунта).
Сила P1 определяется по формуле
Р1 Т Gсц сц (Gбо Gбм ) сц 27846 09 2506кН
Сила Р2 определяется по формуле
Р2 Р1 сtg ( 1) 2506 ctg (55 25) 442кН
гдеα – угол резания град;
φ1 – угол грунта по металлу град.
Сила Gгр определяется по формуле
Gгр R (1 sin1 ) Н B гр g
Gгр 1006 (1 sin25) 1257 4311700 981 5248
где R – радиус кривизны отвала м;
F – площадь поперечного сечения грунта на отвале м2;
гр – плотность грунта кгм3.
Сила трения грунта лежащего на поверхности отвала о призму волочения
Ртр (Vпр F B) гр g tg2
Ртр (515 073 431) 1700 981 tg 20 1216кН
где Vпр – объем призмы волочения м3 ;
φ2 – угол внутреннего трения грунта град.
Силасцеплениягрунталежащегонаповерхностиотвалаопризму волочения:
Рсц 1257 431 22000 1192кН
где В и Н – ширина и высота отвала соответственно м;
с – удельное сцепление грунта.
бульдозера Сила Sупр определяется из уравнения
Sупр L3 (Р2 Ртр Ргр Gсц ) L1 Gбо L4 0;
S Р1 L2 Gб 0 L4 (Р2 Gгр Ртр Рсц ) L1
S 2506 081 4522 312 (442 5248 1216 1192) 462 477кН
Диаметр гидроцилиндра выбирают по максимальному значению из трех случаев. Выбираем третий случай.
Из стандартного ряда (ГОСТ 6540-68) выбираем Dц 0140м .

Плакат.cdw

Предел текучести [МПа]
Модуль упругости нормальный [МПа]
Коэффициент Пуассона
Температурный коэффициент
линейного расширения [1C]
Теплопроводность [Вт(м*C)]
Предел прочности при сжатии [МПа]
Предел прочности (Временное сопротивление) [МПа]
Предел выносливости при растяжении [МПа]
Предел выносливости при кручении [МПа]
Вектор силы: X = -10000;
Вектор силы: X = -8000;
Вектор силы: X = -6000;
Вектор силы: X = -2000;
стороны элемента [мм]
Максимальный коэффициент
сгущения на поверхности
напряжение по Мизесу
линейное перемещение
Итоги расчета на прочность шарнира поворота ковша
Название материала Сталь 10
Информация о нагрузках
Информация о закреплениях
Конечно-элементная сетка
Результаты разбиения
Результаты статического расчета

Бульдозер с поворотным отвалом Общий вид _ КП 000.008.000 ВО.cdw

Технические харакктеристики
Базовый тракктор - Четра 19
Мощность двигателя - 110
неповоротным отвалом