Разработка ходового аппарата гусеничного трактора

Содержание

Содержание:

Введение

1.1 Технические требования на машину

1.1.1 Тип, назначение и место в системе машин

1.1.2 Тяговые и скоростные показатели при работе трактора на стерне

1.1.3 Показатели, характеризующие проходимость и устойчивость

трактора

1.1.4 Весовые показатели трактора

1.1.5 Технический уход за трактором

1.1.6 Надежность, долговечность, износостойкость

1.1.7 Условия труда и техника безопасности

1.1.8 Унификация с тракторами других типов

1.1.9 Двигатель трактора

1.1.10 Силовая передача и тормоза

1.1.11 Ходовой аппарат

1.2 Техническое задание

1.3 Технические решения

1.3.1 Классификация гусеничных цепей

1.3.2 Составная гусеница рельсового типа с приподнятыми

закрытыми шарнирами

1.3.4 Литые гусеницы рельсового типа

1.3.5 Гусеницы с РМШ

1.3.6 Резиноармированные гусеницы

1.3.7 Патентное исследование

1.3.7.1 Усовершенствованный шарнир гусеничной цепи

1.3.7.2 Уширенное звено гусеничной цепи

1.3.7.3 Трак гусеничной цепи

1.3.7.4 Гусеничная цепь транспортного средства

1.3.7.5 Звено гусеничной цепи

1.3.7.6 Звено гусеничной цепи с ограничителем обратного прогиба

1.3.8 Тенденции развития конструкций движителей гусеничных тракторов

1.4 Разработка конструкции

1.4.1 Конструктивное решение шарнира гусеничной цепи

1.4.2 Расчет сил и напряжений действующих в шарнире

1.4.3 Распределении давлений гусеничных движителей на почву

1.4.4 Конструктивное решение звена гусеничной цепи

1.5 Проверочные расчеты основных узлов машины

1.5.1 Расчет муфты сцепления

1.5.2 Определение нагрузок на подшипниковых опорах валов

1.5.3 Определение частоты вращения вторичного вала

на отдельных передачах

1.5.4 Распределение времени работы трактора на отдельных передачах

1.5.5 Определение ресурса подшипников

1.5.6 Расчет подшипников заднего моста

1.5.7 Определение частоты вращения коронной шестерни и сателлитов

на отдельных передачах

1.5.8 Определение ресурса подшипников

1.5.9 Расчет шестерен

1.5.10 Расчет геометрических параметров

1.5.11 Определение частоты вращения шестерен на отдельных

передачах

1.5.12 Расчет на контактную выносливость активных поверхностей

зубьев

1.5.13 Расчет на контактную прочность при действии максимальной

нагрузки

1.5.14 Расчет на глубинную контактную выносливость

1.5.15 Расчет на глубинную контактную прочность при действии

максимальной нагрузки

1.5.16 Расчет зубьев на выносливость при изгибе

1.5.17 Расчет на прочность при изгибе максимальной нагрузкой

1.5.18 Определение критериев необходимости расчета валов

1.5.19 Расчет на статическую прочность

1.5.20 Определение критериев необходимости расчета полуоси

заднего моста

1.5.21 Расчет на статическую прочность

1.5.22 Расчет на усталостную прочность

1.6 Тяговый расчет

2.1 Анализ безопасности разрабатываемого объекта

2.2 Обеспечение безопасности разрабатываемого объекта

2.3 Требования безопасности при погрузке, транспортировке

2.4 Требования безопасности в конструкции

2.5 Требования безопасности при испытании гусеничного движителя

2.6 Производственная санитария

2.7 Пожарная безопасность

3.1 Назначение детали

3.2 Анализ технологичности конструкции

3.3 Расчет размерной цепи

3.4 Определение типа производства

3.5 Выбор оптимального метода получения заготовки

3.6 Выбор технологических баз

3.7 Выбор методов обработки

3.8 Выбор технологического маршрута

3.9 Припуски

3.10 Расчет режима резания при токарной обработке

3.12 Автоматизация технологических процессов

3.13 Расчет коэффициента использования оборудования

4.1 Организация процесса исследования и разработки

4.2 Маркетинговые исследования

4.3 Экспертная оценка уровня конкурентоспособности товара

4.4 Расчет затрат на проведение исследования и разработки

4.5 Расчет себестоимости и цены спроектированного изделия

4.6 Оценка экономической эффективности проекта

4.7 Оценка доходности проекта

Список использованной литературы

Введение

В условиях интенсификации сельскохозяйственного производства одним из определяющих требованиям к сельскохозяйственной техники является повышение ее производительности. Однако при этом происходит усложнение машин расширение их функциональных возможностей, что связано с увеличением числа их узлов (сборочных единиц) и массы. Это вызывает повышение механического воздействия ходовых систем на почву. Последнее приводит к увеличению уплотнения почвы и другим негативным последствиям, снижающим ее плодородие и урожайность сельскохозяйственных культур.

Механическое воздействие движителей на почву не может рассматриваться только со стороны уплотняющего воздействия, т.к. одновременно с этим происходит интенсивное разрушение ее структуры под влиянием их буксования.

Создание новых машин — задача как техническая, так и экономическая, поскольку разрабатываемые тракторы должны не только быть более совершенными по техническим характеристикам, но и обеспечивать более высокие экономические показатели на всех видах работ в различных почвенно-климатических зонах, которые характеризуются как разнообразием возделываемых культур, так и удельными сопротивлениями почв обработке и абразивностью.

Задача конструктора — создать машины, обеспечивающие заданное повышение производительности при достижении высшего технического уровня, качества и надежности.

При обосновании параметров проектируемых машин, масштабов их производства необходимо учитывать, что проектируемый объект входит в упорядоченную иерархию объектов и, с одной стороны, является частью системы более высокого уровня, а с другой — системой для объектов более низкого уровня. Так, трактор входит в машинно-тракторный агрегат, который, в свою очередь, входит в систему машин, в то же время он является системой для компонентов (сборочных единиц и деталей), его образующих.

Сокращение сроков разработки и освоения новой техники, повышение ее производительности и надежности требует разработки систем автоматизированного проектирования, применения методов проектирования на основе унифицированных блочно-модульных и базовых конструкций, комплексной автоматизации машин с использованием встроенных микропроцессоров.

Оптимизация параметров машин требует обоснованного выбора критерия оптимизации. Сложность и обширность проблемы практически исключает проведение оптимизации только по одному критерию, поскольку такое решение может быть далёко не оптимальным для некоторых других, достаточно весомых критериев. Очевидно, что ориентация на многокритериальную оптимизацию с независимыми критериями наиболее правильная.

Особую значимость в условиях комплексной автоматизации производства приобретает технологичность конструкции, количественная ее оценка с использованием ЭВМ.

Тяговосцепные свойства гусеничной тяговой машины являются одними из основных ее показателей. Гусеничный трактор или тягач конструируют как тяговую машину определенного назначения, как например: сельскохозяйственный общего назначения, пропашной, промышленный для строительных или дорожных работ, трелевочный, транспортный, болотный или мелиоративный. Назначение трактора определяет типичные условия его работы, т.е. почвенные условия, скорость движения и тяговое сопротивление прицепной или навесной машины. Задача конструктора состоит в том, чтобы выбрать такие оптимальные конструктивные параметры ходовой части и трактора в целом, которые обеспечили бы наилучшие тяговые качества трактора. Поскольку трактор используется в широком диапазоне силы тяги на крюке, составляющем от 0,4 до 1,2 номинальной силы тяги, основное требование к ходовой части заключается в обеспечении высокого к.п.д. в этом диапазоне силы тяги в различных почвенных условиях.

Для специальных тракторов, например транспортного, болотного и других, работающих в разнообразных условиях, более важно обеспечить проходимость трактора в трудных почвенных условиях, т. е. обеспечить его надежное сцепление с почвой, оцениваемое коэффициентом сцепления.

Тяговые и сцепные свойства трактора связаны между собой. Обеспечение надежного сцепления сельскохозяйственного трактора с почвой при предельных условиях работы ведет к уменьшению его буксования на типичных режимах работы.

Некоторые специалисты считают, что современные гусеничные тракторы уже имеют хорошие сцепные свойства. Однако при этом не учитывается, что дальнейшее улучшение сцепных качеств сельскохозяйственного трактора за счет конструкции позволяет уменьшить его вес, т. е. сэкономить металл и топливо. Чем лучше сцепление трактора с почвой, тем устойчивее прямолинейное движение трактора и легче осуществить автоматизацию его вождения. Чем меньше сопротивление качению трактора, тем большее сопротивление рабочей машины он может преодолевать, т.е. иметь более высокую удельную силу тяги на крюке (коэффициент использования веса трактора), по которому часто и оценивают сцепление трактора с почвой.

Технические требования на машину

1.1.1 Тип, назначение и место в системе машин

Трактор класса 4 тонн тяги – гусеничный, общего назначения, для работы в сельском хозяйстве с навесным (включая фронтальную и боковую навеску), полунавесными, прицепными, гидрофицированными, комбинированными машинами и орудиями. Трактор предназначен для выполнения пахоты средних и тяжелых почв на глубину до 350 мм, дискования почвы, сплошной культивации, посева, уборочных, транспортных, дорожно – землеройных работ, работ в орошаемом земледелии и работы с погрузочными материалами. Для выполнения пахоты тяжелых почв или глубокой пахоты, трактор должен хорошо агрегатироваться с восьми корпусным при нормальной управляемости.

На базе трактора должно быть предусмотрено создание болотоходной и крутосклонной модификации с параметрами по скорости и мощности установленными в соответствии с требованиями учреждений и ведомств, использующих этот трактор.

1.1.2 Тяговые и скоростные показатели при работе трактора на стерне

Наименование параметра Показатель

Номинальное тяговое усилие, кН:

- номинальное 40

- максимальное (при длительной работе) 60

1.1.3 Показатели, характеризующие проходимость и устойчивость трактора

Наименование параметра Показатель

Продольная база, мм 1800 - 1900

Колея, мм 1300 - 1400

Дорожный просвет, мм 430 - 450

Масса съемных балластных грузов, кг 400 - 500

Ширина гусениц, мм 460 - 480

Длина (с навесным устройством в транспортном положении), мм 5600

Ширина, мм 1800 - 1900

Высота, мм 3000 - 3100

Масса эксплуатационная без балластных грузов, кг 7600 - 7700

Среднее давление на почву (без балластных грузов), кПа 30 - 40

1.1.4 Весовые показатели трактора

Конструктивный вес трактора должен быть минимальным. Весовая нагрузка, необходимая для обеспечения необходимого тягового усилия, достигается при полной комплектации трактора в рабочем состоянии дополнительным балансированием.

1.1.5 Технический уход за трактором

Затраты на технический уход за трактором не должны превышать 4 – 5 % от общего времени эксплуатации. Это должно быть достигнуто введением автоматической регулировки механизмов, сокращения течей смазки, введением сочленений с постоянной смазкой, централизацией смазки отдельных механизмов с автоматической дозаправкой, увеличением периодов между смазками, увеличением объема топливного бака, созданием удобства и легкого доступа к смазываемым и регулируемым точкам, введением болтовых соединений, не требующих периодической подтяжки, хорошими уплотнениями, не допускающих течи топлива и смазки. Смазка всех агрегатов трактора должна производится не более чем тремя видами смазочных материалов.

1.1.6 Надежность, долговечность, износостойкость

Надежность, долговечность, износостойкость узлов и агрегатов трактора (за исключением корпусных деталей) должны быть такими, чтобы обеспечивались следующие сроки службы до капитального ремонта: двигателя не менее 5000 часов, трансмиссии не менее 6000 часов, ходовой части не менее 4000 часов на черноземных почвах и не менее 2000 часов на песчаных почвах. Корпусные (базисные) детали должны работать без замены на протяжении всего срока службы трактора.

1.1.7 Условия труда и техника безопасности

Конструкция трактора должна отвечать «Единым требованиям безопасности к сельскохозяйственным тракторам, самоходным шасси, самоходным машинам и другим сельскохозяйственным машинам и орудиям».

1.1.8 Унификация с тракторами других типов

Должна быть предусмотрена максимальная возможная унификация по основным узлам и деталям с тракторами других классов. Следует предусмотреть возможность создания максимально унифицированных настоящей базовой моделью модификаций трактора для работы в горных условиях и болотистых почвах.

1.1.9 Двигатель трактора

Наименование параметра Показатель

Тип двигателя дизель

Номинальная мощность, л.с 110 – 120

Удельный расход при номинальной мощности, г/кВт ч 250 – 260

Коэффициент запаса крутящего момента, % 20 – 25

Частота вращения коленчатого вала, об/мин 1800 – 2000

Рабочий объем, л 10 – 15

Число цилиндров 4 – 6

Коэффициент приспосабливаемости не менее 1,15

Расход картерного масла в период гарантийного

срока службы, в % от расхода топлива не более 2,5

Пусковое устройство должно обеспечивать надежный запуск основного двигателя с места водителя (пусковой двигатель с электростартером, управляемый с места водителя). Предусмотреть устройство, исключающее запуск двигателя, при отсутствии масла в системе, при перегретом двигателе. Пусковые качества должны отвечать временным требованиям к системе пуска тракторных и комбайновых двигателей.

1.1.10 Силовая передача и тормоза

Силовая передача трактора механическая многоступенчатая передача с дистанционным переключением на ходу без остановки трактора. Механизм поворота должен обеспечивать устойчивое прямолинейное движение при смещении точки приложения тягового усилия до 150 мм от продольной оси трактора и плавные повороты трактора на концах гонов, с агрегатами, рабочие органы которых не выключаются (зубовые бороны, дисковые бороны и др.). Тормоза, гарантирующие надежное фиксируемое удержание трактора на предельных по устойчивости подъемах и спусках.

1.1.11 Ходовой аппарат

Ходовой аппарат и подвеска трактора должны обеспечивать необходимые условия работы тракториста и сохранность машины при работе на повышенных скоростях при выполнении сельскохозяйственных операций и транспортирования навесных орудий. Конструкция гусеницы трактора должна обеспечивать нормальную работу в зимних и летних условиях. Должна быть предусмотрена возможность установки специальных гусениц для работы с искусственным покрытием. Периодичность пополнения смазки в ходовой системе – не чаще чем через 1000 часов.

Технические решения

1.3.1 Классификация гусеничных цепей

Гусеничная цепь является главным элементом гусеничного движителя, через которую реализуются основные положительные качества гусеничного трактора.

Обычно на тракторе устанавливают движитель с двумя гусеницами. Существуют конструкции сочлененных тракторов с четырьмя гусеницами.

Гусеницы служат для создания большой опорной поверхности, обеспечивающей необходимое давление на почву при значительном весе трактора и надежное сцепление его с почвой, а также для создания бесконечных рельсовых путей для перекатывания опорных катков движителя и преобразования крутящего момента, подводимого к ведущим колесам, в силу тяги, перемещающую тракторный агрегат.

Учитывая назначение гусениц и тяжелые внешние условия их работы, к ним предъявляют ряд дополнительных требований: они должны обладать повышенной прочностью и износостойкостью при возможно меньшей материалоемкости; быть предельно простыми и недорогими в изготовлении, эксплуатации и ремонте.

Современные гусеницы классифицируют, в первую очередь, по типу их общей конструкции. Первые - традиционные, состоящие из отдельных металлических шарнирно соединенных звеньев, а вторые - монолитные резиноармированные (РАГ), на отечественных тракторах ранее не применявшиеся.

Дальнейшую основную классификацию металлических гусениц проводят по конструктивному выполнению их звеньев - они бывают составные и цельнолитые. Помимо этого звенья гусениц можно различать: по типу беговой дорожки опорных катков - рельсовые и плоские; по расположению шарнира на звене - приподнятый и опущенный; по типу шарнира - закрытый, открытый, упругий (резинометаллический).

Необходимо отметить, что конкретной конструкции звена обычно присущи сразу несколько квалификационных признаков.

1.3.2 Составная гусеница рельсового типа с приподнятыми закрытыми шарнирами

Составное звено гусеницы рельсового типа с приподнятым закрытым шарниром на сельскохозяйственных тракторах исторически появилось ранее литого плоского звена. Оно состоит (рис.1.1,а) из двух отдельных штампованных щек (рельсов) 6 и 7 зеркальной конфигурации, соединительных деталей - втулки 11 и пальца 12, опорной профильной плиты 8 (обычно называемой башмаком) и болтов 5 с шайбами 9 и гайками 10.

Обработанные механически и термически щеки 6 и 7 имеют по два отверстия: большое - для запрессовки втулки 11 и малое - для соединительного пальца 12 звеньев. Втулки и пальцы выполняют, как правило, из малоуглеродистых сталей, с последующей цементацией и закалкой поверхностей трения. Помимо этого на внутренней обработанной плоскости щеки у малого отверстия сделана небольшая кольцевая выточка "А", как показано на сечении шарнира (рис.1.1,6). При сборе гусеницы вначале на концы втулки 11 напрессовывают правую 6 и левую 7 щеки так, чтобы ее края несколько выступали за внешние обработанные плоскости щек. При последующей сборке соединительный палец 12 свободно проходит через отверстие втулки 11, а на его выступающие концы последовательно напрессовывают следующую пару щек с соединительной втулкой и т. д. Соединенные таким образом щеки звеньев образуют беговую дорожку для опорных катков в виде рельс. Поэтому такие звенья и получили название "рельсового типа".

К нижней поверхности каждой пары щек (рис.1.1,а) посредством болтов 5, гаек 10 и стопорных шайб 9 крепится башмак 8 с поперечным грунтозацепом "Б", выполненный из стали фасонного профиля.

Шарниры рельсовых звеньев обычно закрытого типа и приподняты над поверхностью башмака. Закрытый шарнир обеспечивается тем, что (рис.2.9,б) выступающие концы втулок 11 входят в кольцевые выточки "А" сложных наружных щек 6 и 7, образуя лабиринтное уплотнение "В", препятствующее попаданию внешнего абразива в его внутреннюю часть.

Так как звенья спрессовываются большим усилием, порядка 1000 кН, то для установки гусеницы или ее снятия с движителя одно из ее звеньев делается легкозамыкающим. В этом звене (рис.1.1) втулку 3 делают более короткой, чтобы она не выходила за пределы отверстий щек, в которые она запрессована, а концы соединительного пальца 2 чаще всего делают с коническими отверстиями и продольным разрезом. При замыкании гусеницы соединительный палец 2 свободно входит в малые отверстия наружных щек и соединительную втулку 3, после чего в его концы запрессовывают стопорные конуса 1, заклинивающие концы пальца в отверстиях щек. Для того чтобы выпрессовать конуса 1 при разборке гусеницы в них выполнены резьбовые отверстия "Г", закрытые во время работы обычно деревянными пробками. Дополнительные кольца (шайбы) 4, заменяющие отсутствующие выступающие концы соединительной втулки 3, обеспечивают создание лабиринтного уплотнения закрытого шарнира замыкающего звена.

Рассматриваемая гусеница имеет цевочное зацепление с ведущим колесом движителя, где роль цевки выполняет наружная поверхность соединительной втулки звена.

Главными достоинствами составных гусениц рельсового типа являются: наличие закрытого шарнира, изолирующего его внутренние поверхности трения от попадания на них абразива, что значительно снижает их износ и повышает долговечность его работы; приподнятость шарнира над башмаком, что также степени предохраняет его от попадания в него абразива; приподнятый над грунтом более чистый рельсовый путь оказывает меньшее сопротивление качению опорных катков; лучшая ремонтопригодность, позволяющая заменять изношенные детали составного звена и при необходимости - увеличивать (уменьшать) опорную поверхность башмаков или устанавливать на них дополнительные резиновые подкладки для движения трактора по дорогам с твердым покрытием.

Основными недостатками этих гусеничных звеньев являются: большая металлоемкость (достигающая до 25% от массы трактора); большая сложность и трудоемкость их изготовления по сравнению с цельнолитыми гусеничными звеньями; сложность в эксплуатации, требующая специальных прессовых приспособлений для их разборки и сборки во время ремонта.

Однако, несмотря на отмеченные недостатки составные рельсовые гусеницы имеют весьма широкое применение на тракторах, особенно - больших тяговых классов, работающих на песчаных грунтах, главным образом из-за высокой долговечности шарниров закрытого типа и ремонтопригодности составных звеньев гусениц.

Для повышения долговечности шарниров и снижения в них потерь мощности на трение в лучших их конструкциях (рис.1.2) применяют жидкостное смазывание пар трения и дополнительные уплотнения. В этих шарнирах соединительная втулка 2 по длине такая же, как в замыкающем звене, не выходящая за пределы отверстия щеки 3, но с тщательно обработанными торцами, используемыми как поверхности трения торцового уплотнения. К ним и к торцу расточки в щеке 5 поджаты стороны резиновых уплотнительных колец 4 с расжимным резиновым кольцом 8. Одновременно, уплотнение 4, находясь на поверхности полиуретановых упорных колец 9, дополнительно защищает внутреннюю полость шарнира от проникновения в него абразива.

Соединительный палец 6 делается полым для заправки смазки и с отверстием 10 для ее подачи на поверхности трения шарнира. В торцы пальца 6 запрессовываются резиновые заглушки 7 с отверстием для закачки смазки, закрытым пластиковой пробкой.

1.3.3 Гусеницы с литыми звеньями

Цельнолитые звенья гусениц изготавливают отливкой из высокомарганцовистых сталей и по типу беговой дорожки они бывают плоскими или рельсовыми.

Плоские необработанные звенья гусениц для цевочного зацепления (рис.1.3,а) представляют собой литые фасонные плиты с беговыми дорожками 1, которые в средней части соединены широкой перемычкой - проушиной 2, являющейся цевкой для зацепления с ведущим колесом. Чтобы гусеница не соскакивала во время работы, на звеньях отлиты направляющие гребни 3 для качения опорных катков. Звенья соединяются друг с другом посредством цементованных и закаленных стальных пальцев 6, свободно вставленных в отверстия 4 соединительных проушин и закрепленных в них посредством шайб 7 и шплинтов 8. Число проушин зависит от ширины звена, но предпочитают их делать возможно большим, так как при этом уменьшается концентрация напряжений на их кромках из-за изгиба пальца, что несколько повышает долговечность шарнира открытого типа. Обычно применяют пяти и семипроушинные шарниры.

Для лучшего сцепления звеньев с грунтом на стороне проушин обращенных к нему выполнены приливы - грунтозацепы в виде шпор 5.

Плоские литые звенья гусениц для гребневого зацепления (рис.1.3,б) имеют беговые дорожки 1, аналогичные ранее рассмотренным. Основные отличия этого звена от предыдущего состоят в наличии центрального гребня 2, расположенного между беговыми дорожками и служащего для зацепления звена с ведущим колесом и направления движения опорных катков, и в наличии одного сплошного поперечного грунтозацепа 3.

Преимуществом литых плоских звеньев по сравнению с составными рельсовыми, являются простота их изготовления и обслуживания, небольшая стоимость и относительно малая масса.

Основным недостатком этих звеньев является низкая долговечность, не превышающая на обычных почвах 1200...2000 ч., а на песчаных опускаясь даже до 250...350 ч. Главной причиной этого является открытый шарнир низкого расположения, позволяющий абразиву свободно проникать в проушины и производить быстрое изнашивание их и соединительных пальцев, делая звено неремонтопригодным, что в целом приводит к удорожанию эксплуатации трактора.