Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Рассчет рыхлителя тяжелого класса

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(национальный исследовательский университет)

Факультет «Аэрокосмический»

Кафедра «Летательные аппараты и Автоматические установки»

Курсовой проект

Руководитель:

Панфилов А.В.

«___» ____________2013 г

Автор проекта –

Студент группы АК-506

Суворов Д.С.

Проверил:

Панфилов А.В.

«___» ____________2013 г

Челябинск 2013 г.

ВВЕДЕНИЕ.

Рыхлитель – специальная дорожная машина для проведения подготовительных работ.

Рыхлители применяют для послойного рыхления плотных, мерзлых грунтов, грунтов, пронизанных корневыми системами, а также для грунтов с включенными в них крупными камнями. Они взламывают дорожные покрытия при ремонте и реконструкции дорог. Рыхлители обычно используют в комплекте с бульдозерами, скреперами, погрузчиками, экскаваторами; при разработке тяжелых грунтов рыхлители в 3 – 5 раз увеличивают производительность этих машин.

Главнейшими классификационными признаками для рыхлителей являются: мощность двигателя – тягача и способ передвижения рыхлителя. По мощности двигателя – тягача рыхлители разделяют на легкие (до 75 л. с.), средние (от 75 до 250 л. с.) и тяжелые (свыше 250 л. с.). По способу передвижения различают рыхлители навесные и прицепные. Рабочее оборудование навесного рыхлителя подвешивают к корпусу заднего моста и к раме трактора в трех или четырех точках. У прицепного рыхлителя рабочее оборудование монтируют на специальной одноосной колесной тележке, прицепляемой к трактору. Управление прицепного рыхлителя канатное; зубья погружаются в грунт только за счет силы веса опускаемых частей рыхлителя.

Навесные рыхлители имеют преимущества перед прицепными не только в маневренности и в весе (менее металлоемки), но и в наличии гидропривода, обеспечивающего принудительное заглубление с передачей на зубья части веса трактора. Навесной рыхлитель, устанавливаемый на тракторе с бульдозерным оборудованием, позволяет более равномерно распределить нагрузку на опорные катки гусеничного хода трактора.

1. УСТРОЙСТВО, ХАРАКТЕРИСТИКИ, СХЕМЫ ПРИВОДА ДОРОЖНЫХ МАШИН И ИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

1.1 ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ПАРАМЕТРЫ БАЗОВОГО ТРАКТОРА

Таблица 1.1 – Техническая характеристика трактора Т-180

Номинальная мощность двигателя Д-180, кВт (л.с.)	132,4 (175)
Частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности, об/мин	1100
Диаметр цилиндра, мм	145
Ход поршня, мм	205
Рабочий объем цилиндров, л	20,28
Степень сжатия	14
Удельный расход топлива при номинальной мощности, г/кВт*ч (г/э. л.с.-ч)	238 (175)
G, кг	2600
Вместимость топливного бака, л	325
База, мм	3220
Колея, мм	2040
Дорожный просвет, мм	550
Радиус поворота, м	2,04
Ширина трака гусеницы, мм	580
Высота почвозацепов, мм	75
Давление на грунт, кПа	59
Габаритные размеры, мм	5420 Х 2740 Х 2825
Масса конструктивная, кг	14950
Марка насоса	НШ - 46
Наибольшее давление насоса, МПа	9,5
Производительность насоса л/мин	70
Диапазон тягового усилия:
передний ход	14400 - 2350
задний ход	11580 - 3960
Диапазон скоростей, м/с:
передний ход	0,8 – 3,3
задний ход	0,3 – 2,4

1.2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И РАЗМЕРНЫЕ ДАННЫЕ РЫХЛИТЕЛЯ ДП-22С /1, С. 27/:

1.Тип подвески

рыхлительного оборудования …………………………четырехзвенная

с креплением к

лонжеронам рамы.

2. Число зубьев ……………………………………………………… …. 3

3. Максимальное заглубление зубьев, м……………………..……... 0,5

4. Ширина наконечника зуба, м ………………………………………. 0,086

5. Угол рыхления при наибольшем заглублении …………….…… 45

6.Габаритная ширина, м ……………………………….…………….. 3,64

7. Масса, кг ……………………………………………………………… 3280

8. Расстояние между зубьями,……………………...………………. 0,8

2. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ РЫХЛИТЕЛЯ С ТРЕМЯ ЗУБЬЯМИ

2.1 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА

Принципиальная схема рабочего оборудования рыхлителя, может быть следующей:

1. Расположение и размещение оборудования на тракторе Т-180.

2. Рабочий орган рыхлителя представляет собой прочную сварную раму, в которую вставляют стойки зубья /см. рисунок 1/.

3. Зубья рыхлителей на раме укрепляют или жестко, или же с помощью шарнирного крепления. Шарниры позволяют откидываться стойкам-зубьям при проходе через валун или какое-либо другое крупное препятствие.

4. Вылет стоек-зубьев должен быть на 100-300 мм больше максимальной глубины рыхлителя, для обеспечения прохода рам рыхлителя над разрыхляемым материалом.

5 . Для получения разной глубины рыхления конструкция крепления стоек позволяет изменять их вылет, а в стойках-зубьях для этой же цели делают дополнительные отверстия.

Рисунок 2.1 – Рабочий орган рыхлителя

1 – рама, 2 – стойка – зуб, 3 – тяга, 4 – шарнир, 5 – гидроцилиндр

2.2 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЫХЛИТЕЛЯ С ТРЕМЯ ЗУБЬЯМИ

2.2.1 Параметры рыхлителя берем стандартные. Зубья рыхлителя должны так располагаться относительно гусениц трактора, чтобы разрыхленный грунт не волочился перед зубьями. Для этого по рекомендации /2, с.53/ удаляем зубья от гусениц трактора на расстояние

(2.1)

где H-максимальное заглубление зубьев.

Подставив численные значения в формулу (2.1) получим

Принимаем l=0,87м.

Число зубьев по задания 3, шаг зубьев 0,8м.

Стойки-зубья выполняем изогнутыми с узкими съемными наконечниками, отлитыми из марганцевой стали и имеют угол заострения 30⁰.

Угол рыхления 45⁰.

3. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

Для выполнения дорожной машиной заданных функций обеспечиваемое силовой установкой тяговое усилие Р_т должно быть не менее суммарных сил сопротивления дорожной машине Р_т ≥ W_c. Тяговое усилие можно определить исходя из выражения/1, с. 5/

(3.1)

где N- мощность силового оборудования, кВт; Р_т – тяговое усилие дорожной машины, Н; V - скорость перемещения дорожной машины при выполнении рассматриваемых видов работ, м/с.

С учетом буксования/1, с.5/

(3.2)

где η – КПД механической трансмиссии, 0,75 ... 0,9; δ – коэффициент буксования, для гусеничных тракторов 0,07; для колесных 0,20.

Расчет по формуле 3.2 дает:

Суммарные силы сопротивления рассчитываются дифференцированно для различных групп дорожных машин. Так, для рыхлителя

_{Wc=W1 + W2}

где W₁, W₂, - силы сопротивления соответственно резанию, перемещению самой машины.

Сопротивление грунта резанию W₁ определяют по формуле

_{W1=К^.b^.h^.sin
φ,}_{Н
(3.3)}

где К - удельное сопротивление резанию (150000 Н/м² по рекомендации /1, с.6/); b и h - ширина и толщина стружки, м; φ - угол захвата, град(90⁰).

Расчет по формуле (3.3) дает

W₁= 150000∙^.0,086^.∙0,5∙sin 90 = 6370,6 Н,

Так как рыхлитель имеет три зуба, то значение W₁ увеличиваем в 3 раза W₁= 6370,6∙3 = 19111,8 Н.

Сопротивление перемещению самой дорожной машины

_{W2 = 9,81^.Gдм^.(f} _±_i) _{Н,
(3.4)}

где G_дм – масса дорожной машины, кг; f – удельное сопротивление перемещению дорожной машины:

для гусеничных: f = 0,08...0,15; для колёсных 0,05...0,12, в зависимости от вида и состояния грунта.

Расчет по формуле 3.4 дает

W₂ = 9,81^.∙14950∙0,09 = 13199,4 Н.

Необходимая мощность для преодоления всех сил сопротивлений

N = 132,4 кВт,132,4>32,3, то есть N > Nw_c, дорожная машина преодолевает все силы сопротивления.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МАШИНЫ

Производительность машины рассчитывается по формуле

(4.1)

где - расчетная скорость движения рыхлителя, км/ч;

здесь -скорость движения тягача рыхлителя на

первой передаче, км/ч;

- ширина полосы рыхления с учетом перекрытия соседней полосы, м;

- Расчетная глубина рыхления; ; здесь H –

максимальное заглубление зубьев рыхлителя, м;

- коэффициент, учитывающий характер проходов; =1 при

параллельных резах; =1 при перекрестных резах;

- число проходов по одному месту (n = 1-3);

- число поворотов за час работы;

- время, затрачиваемое на один поворот ();

- коэффициент использования рабочего времени ().

Принимаем =2,5 км/ч; B=1,6 м; =0,4 м; =1; =1; =2; =

=1,5 мин; =0,85 мин.

Подставив числовые значения в формулу (4.1) получим

5. СИЛОВОЙ РАСЧЕТ РЫХЛИТЕЛЯ.

5.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ОБОРУДОВАНИЕ РЫХЛИТЕЛЯ

В данной конструкции рыхлителя необходимо выполнить расчет зуба на прочность и подобрать гидроцилиндры для привода рабочего оборудования.

Расчетное положение зуба: рыхление мерзлых грунтов на максимальную глубину, внезапный наезд на камень одним зубом, гидроцилиндры заперты. Схема сил, действующих на оборудование рыхлителя, показана на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Расчетное положение при резании грунта

Сила P_x имеет максимальное значение и определяется тяговыми возможностями трактора с учетом динамического характера приложения нагрузки.

(5.1)

где k_T- коэффициент использования тягового усилия, k_T=0,8 /12, с.150/;

- коэффициент динамичности, /12, с.154/.

Расчет по формуле (5.1) дает

Вертикальная составляющая реакции грунта может быть определена из расчетной схемы (5.1) по формуле

(5.2)

где - угол наклона силы Р к поверхности рыхления, принимаем /15, с.224/;

P’_x- горизонтальная составляющая реакции грунта без учета

коэффициента динамичности;

- коэффициент динамичности в вертикальном направлении,

Подставив численные значения в формулу (5.2) получим

В точке С возникает внутренняя реакция с ее составляющими и . Их значения определяются из равновесия системы зубья-рама, из уравнений и .

5.2 РАСЧЕТ ЗУБА НА ПРОЧНОСТЬ

Расчет зуба на прочность предусматривает установление его размеров в поперечном сечении. Расчетная схема зуба показана на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 – Расчетная схема зуба

В сечении 1-1 в плоскости xoz действует изгибающий момент, равный

Определяем нормальное напряжение от изгиба при принятой характеристике сечения b=86 мм, Н=370 мм, d=100 мм.

Зуб изготавливается из высокопрочной стали 15ХСНД с пределом прочности и текучести . Допускаемое напряжение равно:

Следовательно, размеры приняты верно, так как .

В сечении II-II приняты размеры b=86 мм, Н=123 мм, угол α между горизонтальной плоскостью и осью наконечника зуба равен 20⁰ (при ),

В сечении II-II в плоскости xoz действует изгибающий момент, равный

и сжимающая сила равна

Общее напряжение в сечении II-II составит:

Следовательно зуб удовлетворяет условию прочности и размеры приняты правильно.

5.3 ВЫБОР ГИДРОЦИЛИНДРОВ

Для выбора гидроцилиндров необходимо найти максимальное значение усилия S на штоке поршня. С этой целью рассмотрим второе расчетное положение. При этом положении предусматривается начало заглубления зубьев в грунт, когда усилие S настолько велико, возможно вывешивание машины относительно точки В. Машина находится в статическом состоянии. Расчетная схема показана на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 – Расчетное положение при заглублении зубьев в грунт

Составляются уравнения равновесия: и .

откуда

(5.3)

откуда

(5.4)

при

Все размеры в расчетах приняты согласно эскизному проекту рыхлителя (рисунок 5.3):

Рисунок 5.4 – Проект трехзубого рыхлителя к трактору Т – 180

В принятых значениях расчет по формулам (5.3) и (5.4) дает

Выбор гидроцилиндров производится по расчетному значению S₁, приходящемуся на один шток, и ходу поршня l=928 мм, установленному по чертежу для двух крайних положений рыхлителя I и III.

Выбираем гидроцилиндр по нормалям ВНИИстройдормаш диаметром 100 мм и ходом поршня l=1000мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте было разработано навесное оборудование типа рыхлитель к базовому трактору Т – 180, выбраны основные его параметры и проведены тяговые и силовые расчеты, а также произведена проверка зуба на прочность. Навесной тип рыхлителя обладает большей производительностью по сравнению с прицепным, а разместив на раме рыхлителя три зуба, мы также увеличили его производительность.

На основании этих расчетов можно сделать выводы, что спроектированная машина способна преодолевать все силы сопротивления, будет устойчива во всех режимах работы, конструкция рыхлительного оборудования будет обладать достаточным запасом прочности, а производительность рыхлителя, при проведении подготовительных работ, будет приемлема.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрамов Н. Н. Курсовое и дипломное проектирование по дорожно-строительным машинам. М., “Высшая школа”, 1972.

2. Вайнсон А. А. Подъемно-транспортные машины строительной промышленности. Атлас конструкций. М., Машгиз,1962.

3. Бородачев И. П. Справочник конструктора дорожных машин. М.,“Машиностроение”, 1965.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………….……………………………………………………. 3

Устройство, характеристики, схемы привода дорожных машин и

рабочих органов…………………………………………………………….4

Техническая характеристика и параметры базового трактора……4
Технические характеристики и размерные данные

рыхлителя ДП-22С………………………………………………………….5

Разработка рыхлителя с тремя зубьями………………………………..6

Принципиальная схема………………………………………………6
Основные параметры рыхлителя с тремя зубьями………………...7

Тяговый расчет…………………………………………………………..8
Определение производительности машины…………………………..11
Силовой расчет рыхлителя……………………………………………..12

Определение сил, действующих на оборудования рыхлителя…...12
Расчет зуба на прочность……………………………………………14
Выбор гидроцилиндров……………………………………………...16

Заключение……………………………………………………………………...20

Список литературы……………………………………………………………..21