Разработка рабочего оборудования рыхлителя для выполнения рыхления в сланцах 300х10х1

Курсовой СДМ 3.cdw

-Одноковшовый экскаватор
- Разрыхленный мерзлый грунт
КП СДМ-000.00.003 СЗ
Технологическая схема
при выполнении рыхления

Курсовой СДМ 1.spw

КП СДМ-000.00.001 ВО
Гидроцилиндр подъема
Шарнир толкающей рамы
Гидроцилиндр подъема

Курсовой СДМ 2.cdw

Курсовой СДМ.docx

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Тульский государственный университет
Кафедра «Подъемно-транспортные машины и оборудование»
«Строительные и дорожные машины»
«Разработка рабочего оборудования рыхлителя для выполнения рыхления в сланцах 300х10х1»
Описание конструкции и выбор типа бульдозера
Технические характеристики бульдозера Т-330
Расчет рабочего оборудования
Выбор конструкции рамы
Расчет зуба и действующих на него нагрузок
Выбор гидроцилиндров и насоса
Определение необходимой толщины рамы
Выбор и описание технологической схемы передвижения машины при выполнении рыхления
Расчет производительности рыхлителя
Рыхлители занимают важное место в ряду строительно-дорожных машин. Они предназначены для механического разрушения мерзлых грунтов трещиноватых пород и для рыхления плотных талых грунтов в различных климатических условиях при разработке котлованов траншей и выемок на строительстве дорог. Рыхлитель в виде рамы с рыхлительными зубьями и другим оборудованием навешивается на трактор.
По типу движения базового трактора различают гусеничные и колесные рыхлители. Широкое распространение получили гусеничные рыхлители обеспечивающие высокую производительность при работе в тяжелых условиях за счет реализации больших тяговых усилий и высокой проходимости. Рыхлители монтируют на тракторах мощностью от 26 до 650 л.с. Колесные рыхлители находят применение при роботе совместно со скреперами обеспечивая их быструю загрузку при разработке рассредоточенных участков и при работе на высоко абразивных материалах типа мерзлых песков.
По целевому назначению навесные рыхлители разделяют на основные и вспомогательные. Основные рыхлители монтируют в агрегате с передним бульдозерным оборудованием а вспомогательные в агрегате с основным оборудованием на погрузчиках автогрейдерах скреперах или навешивают на бульдозерных отвалах для сокращения технологического цикла землеройных работ.
Бульдозеры-рыхлители оснащаются одно- трехзубым навесным рыхлительным оборудованием заднего расположения с гидравлическим управлением. Рыхлительное оборудование навешивают на гусеничные бульдозеры с тягачами класса 10 25 35 50 и 75 мощностью 118 636 кВт.
Главным параметром бульдозеров-рыхлителей является тяговый класс базового трактора. Индекс рыхлительного оборудования бульдозеров-рыхлителей включает две первые буквы ДП за которыми следуют цифры порядкового номера модели и буквы обозначающие очередную модернизацию (А Б В ) и северное (С ХЛ) исполнение оборудования. Так например бульдозер-рыхлитель в северном исполнении на базе трактора Т-330 имеет индекс ДЗ-129АХЛ а его рыхлительное оборудование в северном исполнении - ДП-29АХЛ. Крепление рыхлителей осуществляется к остову базового трактора или к корпусу его заднего моста.
Бульдозеры-рыхлители применяют для предварительного послойного рыхления и перемещения плотных каменистых мерзлых и скальных грунтов при устройстве строительных площадок рытье котлованов и широких траншей а также для взламывания дорожных покрытий. Разрушение грунтов и пород происходит при поступательном движении машины и одновременном принудительном заглублении зубьев рабочего органа до заданной отметки. В процессе рыхления массив грунта разделяется на куски (глыбы) таких размеров которые удобны для последующей их эффективной разработки погрузки и транспортирования другими машинами.
Рыхление производят параллельными резами по двум технологическим схемам: без разворотов у края площадки с возвратом машины в исходное положение задним кодом (челночная схема) и с поворотом рыхли геля в конце каждого прохода (продольно-поворотная схема). Челночная схема наиболее рациональна при малых объемах работ в стесненных условиях продольно поворотная на участках большой протяженности. Максимальные величины глубины и ширины захвата рыхления рабочих скоростей движения и число зубьев рыхлителя определяются тяговым классом базовой машины.
Наименьшая глубина рыхления за один проход должна на 20 30 % превышать толщину стружки грунта разрабатываемого землеройно- транспортными машинами в комплексе с которыми работает рыхлитель. Рыхление высокопрочных грунтов осуществляется как правило одним зубом.
Рабочий орган рыхлителя состоит из несущей рамы зубьев подвески и гидроцилиндров управления. Зубья имеют сменные наконечники лобовая поверхность которых защищена износостойкими пластинами для зашиты от абразивного износа. Для интенсификации процесса рыхления на зубья рыхлителей устанавливают уширители которые позволяют за один проход разрушать большие объемы материала и выталкивать каменные глыбы на поверхность. Уширители обеспечивают более устойчивое движение базового трактора и работу рыхлителя практически сплошное разрушение материала между соседними бороздами снижение общего количества проходов.
Зубья выполняют неповоротными жестко закрепленными в карманах рамы и поворотными в плане (на угол 10 15о в обе стороны) за счет их установки в специальных кронштейнах - флюгерах прикрепляемых к раме шарнирно. Поворотные зубья способны обходить препятствия встречающиеся в грунте. Подвеска рыхлителя к базовой машине - четырехзвенная (параллелограммная). Она обеспечивает постоянство угла рыхления зубьев независимо от величины их заглубления что позволяет при оптимальных значениях этого угла осуществлять процесс рыхления с пониженными энергозатратами повысить производительность рыхлителя и уменьшить износ наконечников зубьев. В данной курсовой работе проведена разработка бульдозера на базе бульдозера Т-330 с прямым поворотным отвалом и гидравлическим управлением рабочего органа. Произведен тяговый расчет бульдозера и расчет гидроцилиндров управления рабочего органа.
Бульдозеры представляют собой навесное оборудование на базовый гусеничный или пневмоколесный трактор (двухосный колесный тягач) включающий отвал с ножами толкающее устройство в виде брусьев или рамы и систему управления отвалом.
Современные бульдозеры являются конструктивно подобными машинами базовые трактора и навесное оборудование которых широко унифицированы. Главный параметр бульдозеров – тяговый класс базового трактора (тягача). Бульдозеры применяют для послойной разработки и перемещения грунтов 1 4 категории а также предварительно разрыхленных скальных и мерзлых грунтов.
С их помощью выполняют планировку строительных площадок возведение насыпей разработку выемок и котлованов нарезку террас на косогорах разравнивание грунта отсыпаемого другими машинами копание траншей под фундаменты и коммуникации засыпку рвов ям траншей котлованов и пазух фундаментов зданий расчистку территорий от снега камней кустарника пней мелких деревьев строительного мусора и т.п.
Широкое использование бульдозеров в строительном производстве определяется простотой их конструкции надежностью в эксплуатации экономичностью высокой производительностью мобильностью и универсальностью.
Бульдозеры классифицируются:
- по назначению – общего назначения приспособленные для выполнения разнообразных землеройно-планировочных и строительных работ в различных грунтовых условиях и на бульдозеры специального назначения которые предназначаются для выполнения определенных видов работ (например для прокладки дорог чистки снега сгребания торфа и т.д.);
- в зависимости от тягового класса (номинальному тяговому усилию) базовых машин: малогабаритные (класс до 09) легкие (класс 14 4) средние (класс 6 15) тяжелые (классов 25 35) и сверхтяжелые (класс свыше 35);
- по типу ходовому устройства – гусеничные и пневмоколесные;
- по конструкции рабочего органа – с неповоротным отвалом (постоянно расположенным перпендикулярно продольной оси базовой машины) с поворотным отвалом (который может устанавливаться перпендикулярно или под углом до 55 градусов в обе стороны к продольной оси машины. Поворотный отвал устанавливают только на гусеничных тракторах так как колесные тягачи плохо воспринимают боковые нагрузки;
- по типу системы управления отвалом – с гидравлическим и механическим (канатно-блочным) управлением.
По канатно-блочной системе управления подъем отвала осуществляется зубчато – фрикционной лебедкой через канатный полиспаст опускание – под действием собственной силы тяжести отвала. При гидравлической системе управления подъем и опускание отвала осуществляется принудительно одним или двумя гидроцилиндрами двустороннего действия.
Бульдозеры с механическим управлением в настоящее время промышленностью не выпускаются.
Отвалы бульдозера представляют собой жесткую сварную металлическую конструкцию с лобовым листом криволинейного профиля. 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 отстающего конца отвала в виде бокового валика) для засыпки траншеи разравнивания валов и других работ при непрерывном движении машины вдоль фронта работ.
Сферические отвалы состоящие из трех или пяти секций которые установлены под углом 10 15 градусов одна к другой набирают грунта на 15 20 процентов больше чем прямые отвалы. Сферические отвалы применяются для работ с кусковыми и сыпучими материалами при мощности базовых машин более 130 кВт. Совковый отвал имеет увеличенные боковые щитки и применяется при перемещении сыпучих и слабопрочных материалов на большие расстояния (до 150м). 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. Короткий прямой отвал снабжен амортизатором и предназначен для установки на толкачах помогающих загружать скреперы.
Для расширения области применения бульдозеров отвалы оборудуют специальными приспособлениями – окрылками уширителями выступающими средними ножами грузовыми вилами траверсами подъемными крюками и пр.
Бульдозер Т-330 имеет большую производительность и может применяться в промышленном нефтегазовом гидротехническом дорожном строительстве и горнодобывающей промышленности для выполнения различного вида работ в том числе при разработке мёрзлых грунтов. Класс тяги бульдозера – 10.
Рисунок 1 - Основные типы бульдозерных отвалов:
– прямой поворотный; 2 – прямой неповоротный; 3 – полусферический; 4 – сферический; 5 – сферический для сыпучих материалов; 6 – с толкающей плитой
Напорное усилие на кромке отвала позволяет использовать бульдозер на разработке тяжелых грунтов 3-4 категорий.
Габариты базовой машины
Двигатель ЯМЗ 240НМ2.
На бульдозер Т-330 устанавлен двигаетель ЯМЗ 240 НМ2 Ярославского моторного завода. Двенадцать цилиндров V-образноерасположение цилиндров угол развала 90°.Дизельный 4-х тактный с воспламенением от сжатия и турбонаддувом.
Техническая характеристика ЯМЗ 240 НМ2
Номинальная мощность лс.(кВт)
Максимальная частота вращения холостого хода обмин
Минимальная частота вращения холостого хода обмин
Непрозрачный с диаметром рабочих колес 480 мм максимальным коэффициентом трансформации и максимальным к.п.д. = 0906. Обеспечивает использование максимального крутящего момента двигателя и беcступенчатое его регулирование в зависимости от нагрузок на рабочих органах. Также обеспечивает бесступенчатое регулирование двигателя в зависимости от нагрузок на рабочих органах
Характеристика гидротрансформатора Т-330
Диаметр рабочих колес
Коэффициент трансформации (макс)
Передача бортовая — двухступенчатая — ступень — шестерни внешнего зацепления ступень — планетарная (с остановленным водилом). Для обеспечения легкости замены в полевых условиях ведущая звездочка выполнена из секторов которые крепятся болтами.Для простоты замены в полевых условиях ведущая звездочка состоит из раздельных секторов.
Трансмиссия бульдозера Т-330 гидромеханическая состоит из шестивальной трехскоростной полностью реверсивной двухбортовой коробки переключения передач с шестернями постоянного сцепления гидроподжимными дисковыми муфтами передач и реверсивного механизма системой гидроуправляемых ленточных остановочных тормозов и тормозов реверса для каждого борта конструктивно объединенных в одном автономном блоке.
Передача крутящего момента от коробки передач к коническим редукторам осуществляется карданными передачами. КПП обеспечивает раздвоение потока мощности к ведущим колесам что позволяет производить поворот трактора на месте за счет различного направления движения гусениц.
Характеристика планетарной коробки передач кмч
Полужесткая ходовая система бульдозера Т-330 состоитиз двух тележек прокачивающихся на оси бортовых передач на которые крепятся гусеницы. Опорные поддерживающие катки и направляющие колеса с самоподжимными уплотнениями типа «DUO-CONE».
Регулировка натяжения гусеницы осуществляется гидравлическим механизмом натяжения.Устанавливаетсяс механизмом сдавания.
Число опорных катков
Число поддерживающий катков
Гусеницы бульдозера Т-330 сборные с одним грунтозацепом и уплотнением для удержания жидкой смазки в шарнире. Натяжение гусеницы легко регулируется шприцем с консистентной смазкой.
Характеристика гусеницы Т-330
Высота грунтозацепов
Площадь опорной поверхности
Гидравлическая система.
Раздельно-агрегатная гидравлическая система включает:
два шестерёнчатых насоса общей производительностью при оборотах двигателя
два золотниковых распределителя обеспечивающих: подъём и перекос отвала подъём и изменение угла наклона зуба рыхлителя гидравлическая система сервоуправления дистанционно управляет золотниками
бак с фильтрами гидроцилиндры
максимальное давление срабатывания предохранительного клапана –
Характеристики гидравлической системы
Производительность насосов
Гидроцилиндры подъемаопускания отвала
Диаметр и ход поршня мм
Гидроцилиндры перекоса отвала
Гидроцилиндры управления рыхлителем
Давление предохранительных клапанов для прекоса отвалов
Давление предохранительных клапанов для отвала и рыхлителей
Кабина бульдозера Т-330- двухместная с двойным остеклением. Обеспечивает максимальную площадь обзора. Сидение бульдозера Т-330 регулируемое что обеспечивает максимальный комфорт машинисту. Кабина оборудована обогревателем и вентиляционной установкой что обеспечивает оператору комфортные условия труда. Кабина оснащается независимым отопителем для работы в суровых климатических условиях.
Общая масса (стандартной комплектации с полной заправкой отвал рыхлитель машинист) с двигателем ЯМЗ — 30000кг.
Расчет рабочего оборудования
Проверка мощности двигателя по тяговому усилию.
Величину тягового усилия определим по формуле
где - сцепной вес кН;
- коэффициент сцепления двигателя с поверхностью пути в работе.
Сцепной вес определяется по формуле
где: - масса трактора кг;
- ускорение свободного падения мс2.
По таблице 11 [1] для гусеничных тракторов при работе в плотных грунтах
Определим величину суммарного сопротивления при работе рыхлителя.
где: - сопротивление передвижению машины кН;
- сопротивление инерции при трогании машины с места кН;
- сопротивление грунта разработке кН.
Сопротивление передвижению определяется по формуле
где: - вес навесного оборудования кН;
- приведенный коэффициент сопротивления передвижению;
- тангенс угла наклона пути.
Сопротивление инерции при трогании машины с места определяется по формуле
где: - суммарный вес трактора и навесного оборудования кН.
Сопротивление грунта разработке определяется по формуле
где: - число ударов динамического плотномера для разрабатываемого грунта;
- глубина копания м;
- толщина зуба рыхлителя м.
Суммарное сопротивление будет составлять
Результаты проверки должны удовлетворять условию
где: - развиваемое окружное усилие двигателя кН.
Подвеска рамы трех шарнирная. Для укрепления зуба под нужным углом к плоскости рамы в зависимости от глубины рыхления предусмотрена перестановка пальца в отверстиях. Рама из листовой стали имеет проушины для соединения с трактором гидроцилиндрами управления и для крепления зуба. Для жесткости между проушинами приварены трубы диаметром . К раме трактора прикрепляют два кронштейна к которым шарнирно присоединяются гидроцилиндры.
Расчет зуба и действующих на него нагрузок
Нагрузки действующие на зуб рыхлителя в процессе работы.
В процессе работы на зуб рыхлителя действуют следующие нагрузки:
горизонтальная составляющая вертикальная составляющая и боковая составляющая.
Рисунок 2. Схема заглубления рыхлителя
Горизонтальная составляющая сопротивления грунта ;
где: –номинальное тяговое усилие базовой машины ;
– коэффициент использования тягового усилия;
– коэффициент динамичности.
Боковая составляющая определяется:
Вертикальную составляющую (рис. 2) действующую вверх или вниз определим с учетом коэффициента при условии вывешивания задней части трактора на зубе рыхлителя:
по этому соотношению
с учетом коэффициента динамичности:
Рисунок 3. Схема выглубления рыхлителя
Определим усилие выглубления рыхлителя (рис. 3).
По уравнению находим
С учетом коэффициента динамичности
Определение опорных реакций в шарнирах крепления зуба.
Рисунок 4. Расчетная схема зуба рыхлителя
Определяем опорные реакции в шарнирах крепления зуба (рис.4). Принимаем что нагрузки приложены на конце зуба: на центральный зуб при максимальной глубине рыхления действуют максимальные величины и половина от максимального значения .
Сила воспринимается опорой что обеспечено посадкой пальца в отверстии.
В плоскости = 0 тогда
В плоскости тогда имеем
На центральный зуб при максимальной глубине рыхления действуют максимальные величины и половина от максимального значения (рис. 3) учитывается не полностью в связи с тем что при значении вертикальных нагрузок на зуб близких к максимальным значительно уменьшаются тяговосцепные качества базового трактора.
Геометрическая характеристика сечения (рис. 4) определяется по формулам.
Изгибающий момент в сечении в плоскости определяется по формуле:
Изгибные напряжения в сечении I – I определяются по формуле:
Изгибающий момент в плоскости определяется
Суммарные изгибные напряжения в сечении определяются по формуле
Зуб изготавливается из марганцово-молибденовой стали с пределом прочности .
Рассмотрим сечение . Моменты сопротивления сечения определяются по формулам:
Площадь сечения будет равна
Изгибающий момент в плоскости определяется по формуле
Изгибающий момент в плоскости
Сжимающая нагрузка определяется по формуле
Напряжение в сечении определяется по формуле
Выбор гидроцилиндров и насоса
Наибольшее усилие создается при действии на зуб максимальной составляющей (рис. 2).
Предполагаем плечо приложения этого наибольшего усилия при работе в мерзлых грунтах .
Большее плечо приложения горизонтального усилия возможно при рыхлении на большую глубину что возможно в не мерзлых грунтах где величина динамической нагрузки будет значительно меньше.
Рисунок 5. Схема для расчета силы выталкивания поршней .
Для расчета силы выталкивания поршнями воспользуемся уравнением суммы моментов где осью вращения будет овь вращения рыхлителя точка(О).
По уравнению находим:
Таким образом по соотношению плеч действия сил (на два цилиндра). По справочнику [1] выбираем цилиндры с креплением на проушине с демпфированием шифр гидроцилиндра (диаметр максимальное расчетное усилие на штоке ). Объем масла поступающего в цилиндр при заглублении определяется по формуле
Время полного опускания зуба с помощью двух цилиндров определяется по формуле
где:- объем масла поступающего в цилиндр при заглублении ;
- производительность насоса лмин;
Определение необходимой толщины рамы
Проведем расчет опасного сечения проушины (кронштейна рамы) на изгиб от наибольшей силы (рис. 6).
Рисунок 6. Схема кронштейна рамы рыхлителя
Изгибающий момент в сечении определим по формуле
Принимая это нагружение за случайное берем значение коэффициента запаса равное 14. Выбираем материал Сталь 3 с допускаемым напряжением равным
где: - предел текучести материала .
Необходимый момент сопротивления определяется по формуле
Момент инерции определяется по формуле
Сечение коробчатое равностенное (рис. 4)
Момент инерции этого сечения равен
где: - толщина листа стенки м;
– ширина кронштейна м;
– толщина кронштейна м;
Тогда толщина листа стенки будет равна
Проверим сечение на срез
где: – площадь сечения без учета наваренных шайб ;
Проверим сечение на смятие
где: – диаметр отверстия под палец м;
Из условий наибольшего взаимного нагружения металла на смятие в нижнем отверстии крепления зуба определим диаметр этого отверстия (диаметр пальца)
Допустимое напряжение принимаем
В месте крепления пальца щеки проушин усилены стальным листом . Таким образом суммарная толщина металла в отверстии .
Определим диаметр пальца
Принимаем диаметр пальца равный 012 м.
Проверим напряжение на срез в металле пальца
Напряжение на изгиб при расстоянии между опорами (парными проушинами) равном примерно определим по формуле
Предел текучести металла пальца должен быть не меньше
где: n – коэффициент запаса
Выбираем сталь 40Х с пределом текучести .
Выбор и описание технологической схемы передвижения машины при выполнении рыхления.
Рисунок 7 Схемы рыхления грунтов:
а) продольно-кольцевая; б) спиральная; в) челночная со смещением; г) продольно-поперечная
Выбор схемы рыхления зависит от прочности и природы разрабатываемых пород.
При рыхлении грунтов IV категории и прочных пород целесообразно работу машин организовывать по продольно-кольцевой и спиральной схемам так как они обеспечивают наибольшую производительность машины. Челночную и продольно-поперечную схемы применяют при рыхлении скальных пород и вечномерзлых грунтов. Последнюю схему используют когда необходимо получить разрыхленную породу меньших размеров. Ее дополнительно дробят гусеницы трактора.
Площади мерзлых грунтов разрабатывают послойно на максимально возможную глубину.
При глубине промерзания пород 50 70 см можно рыхлить массив тремя зубьями. Если глубина разработки пород больше то одним зубом за два или три прохода с глубиной рыхления 30 40 см за каждый цикл. При работах на мерзлых породах сила тяги машины снижается на 35 45% за счет уменьшения коэффициента сцепления ходовой части с грунтом.
Грунты рыхлят на рабочей передаче трактора со скоростью 09 27 кмч. По окончании рабочего цикла выглубляют рыхлитель и проверяют наличие съемного наконечника. При утере наконечника можно повредить носок стойки и он не будет удерживать наконечник. В этом случае стойку заменяют.
Выбираю схему челночную со смещением (в) т.к. суглинок относится к категории грунтов. Поскольку это вечномерзлые грунты а данная схема позволяет разрыхлить такую породу эфективнее чем схемы (а) и (б).
При использовании схемы челночной со смещением рыхлитель проходит по узкой части зоны рыхленияния. Дойдя до конца одного из проходов рыхлитель не тратит время на полный разворот а перемещается назад при помощи задней передачи. При этом смещаясь на определеное расстояние от уже разработанного участка. При достижении смещенной точки «старта» рыхлитель опускается и цикл повторяется до полного разрыхления всей зоны рыхления.
Обычно при использовании челночной со смещением схемы в пару с рыхлителем ставят бульдозер который смещает разрыхленный рыхлителем грунт формируя отвал которым уже оперирует погрузчик или экскаватор.
Определяем сменную производительность рыхлителя по формуле
где: - продолжительность смены ;
- коэффициент использования сменного времени 08;
- ширина полосы рыхления м;
- глубина рыхления м;
- рабочая скорость машин мс;
- время одного поворота 0с;
Зубья выполняют неповоротными жестко закрепленными в карманах рамы и поворотными в плане (на угол в обе стороны) за счет их установки в специальных кронштейнах - флюгерах прикрепляемых к раме шарнирно. Поворотные зубья способны обходить препятствия встречающиеся в грунте. Подвеска рыхлителя к базовой машине - четырехзвенная (параллелограммная). Она обеспечивает постоянство угла рыхления зубьев независимо от величины их заглубления что позволяет при оптимальных значениях этого угла осуществлять процесс рыхления с пониженными энергозатратами повысить производительность рыхлителя и уменьшить износ наконечников зубьев.
Гоберман Л.А. Строительные и дорожные машины: Атлас конструкций- М.: Машиностроение 1985.- 95с.
Дорожно-строительные машины: Учебник для вузов А.В. Вавилов И.И. Леонович А.Н. Максименко и др..- Минск: Технопринт 2000.- 515с. ил
Максименко А.Н. Эксплуатация строительных и дорожных машин: Учеб. пособие для студ. вузов- Mинск: Вышэйшая школа 1994.- 221с. ил.
Мартынов В.Д. Строительные машины и монтажное оборудование: Учебник для вузов В.Д. Мартынов Н.И. Алешин Б.П. Морозов.- М.: Машиностроение 1990.- 351с. ил.

Курсовой СДМ 1.cdw