Разработка рабочего оборудования бульдозера для планировочных работ в песке 300х300

Министерство образования  и науки Российской Федерации

 

ФГБОУ ВПО Тульский государственный университет

 

Кафедра «Подъёмно-транспортные машины и оборудование»

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине:

Строительные и дорожные машины 

 

 

Разработка рабочего оборудования бульдозера для

планировочных работ в песке 300х300

 

 

 

Выполнил студент группы 620781                         Шевельков А.Н.

 

 

Проверил к.т.н., доц.                                                Селиверстов Г.В.

 

 

 

 

Тула 2012

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО Тульский государственный университет

Кафедра ПТМиО

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине

«СТРОИТЕЛЬНЫЕ И ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ»

студенту гр.___________________________________________________

тема: Расчет рабочего оборудования строительно-дорожной машины и технологической схемы выполнения работ

Исходные данные

Машина: рыхлитель; кусторез; корчеватель; бульдозер (поворотный отвал; неповоротный отвал); скрепер; автогрейдер; экскаватор (прямая лопата); экскаватор (обратная лопата); драглайн; погрузчик; каток; автогудронатор; асфальтоукладчик; роторный снегоочиститель; роторный экскаватор; траншейный  экскаватор; ______________________________________

Выполняемые работы: разработка выемки; возведение насыпи; планировочные работы; уплотнение грунта; рыхление; рытье котлована (траншеи); разработка забоя; укладка асфальтобетонной смеси; розлив битума;____________________________________________________________

Размеры разрабатываемого участка:

длина – ширина – высота (глубина): _________________________________

Грунт: песок; супесь; суглинок; гравий; глина; сланцы; ________________

Производительность машины: ____________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Задание выдал преподаватель 

кафедры ПТМиО доц., к.т.н.  ____________________  Селиверстов Г.В.

Задание принял _______________________________________________

Содержание

Введение .........................................................................................................4

1. Расчет производительности  будьдозера ...............................................7

1.1. Характеристика  бульдозера ................................................................7

1.2. Определение производительности  бульдозера ................................8

1.3 Определение объема  работ ...................................................................9

2. Расчет рабочего  оборудования ............................................................10

2.1. Определение  рабочих усилий ...........................................................10

2.2. Выбор гидрооборудования ................................................................13

3. Прочностной  расчет ..............................................................................15

3.1. Определение  усилий при работе в грунтах  

III категории ...............................................................................................15

3.2. Определение  толщины листа кронштейна ...................................16

3.3. Проверка  сварного соединения .......................................................18

Список использованной литературы ....................................................21

 

Введение

Основу парка землеройных машин в строительном производстве составляют бульдозеры. На них приходится более 40% всех объемов земляных работ в стране и до 90% вскрышных работ в горнодобывающей промышленности.

Бульдозеры предназначены  для послойной разработки и перемещения немерзлых грунтов I, II, III и частично IV групп без предварительного рыхления; IV, V, VI, VII групп и мерзлых грунтов с предварительным рыхлением, а также для планировочных работ. Бульдозеры общего назначения занимают доминирующее положение при выполнении следующих земляных работ: возведении насыпей высотой до 2 м из боковых резервов, устройстве выемок, полувыемок, и полунасыпей (на косогорах), разработке и засыпке пазух, траншей и котлованов, послойном разравнивании привозного грунта, перемещении грунта в отвал или кавальер. Экономически выгодная дальность перемещения грунта бульдозером составляет 15…70 м в зависимости от мощности трактора.

Широкому распространению  бульдозеров способствует высокая  производительность, универсальность, маневренность, мобильность, автономность, простота конструкции рабочего оборудования, надежность в эксплуатации.

В период инженерной подготовки под застройку и под основание  дорог используют бульдозеры на тракторах тяговых классов 4…75 для снятия растительного слоя грунта, ликвидации оврагов, очистки местности от леса, кустарника, пней и камней, профилирования временных грунтовых дорог и других работ.

Для расширения области  применения бульдозерное оборудование общего назначения оснащают (отвал  бульдозеров тяговых классов 3…15) дополнительным быстросъемным оборудованием: откосниками, открылками, уширителями, удлинителями, канавными наставками, вилами, рыхлительными зубьями.

Наряду с бульдозерами общего назначения, используемыми при  температуре окружающего воздуха  преимущественно от 40 до – 40° С, применяют специальные бульдозеры для работы в экстремальных условиях: радиационноопасных и в загазованных местах, на грунтах с пониженной несущей способностью, а также при весьма низкой (до – 60° С) и высокой (до +60° С) температуре окружающего воздуха. В ряде случаев бульдозеры специального назначения обеспечивают выполнение узкоспециализированных работ: очистку от снега, сгребание торфа, разработку сыпучих материалов, толкание скреперов при загрузке, проведение подземных и подводных работ. Они могут быть оборудованы специальными отвалами толкающими, активного и газодинамического действия, иметь сменное дополнительное оборудование.

Агрегатирование бульдозеров  тяговых классов 4…15 дополнительным задним рабочим оборудованием (экскаваторов, траншеекопателей, баровых, фрезерных, диско-фрезерных и бурильно-крановых машин) позволяет расширять их специализацию, функциональные возможности и область эффективного использования, делает бульдозеры машинами многоцелевого назначения. В этом случае, наряду с выполнением традиционных землеройно-транспортных работ, бульдозеры используют для разработки и засыпки узкопрофильных траншей; каналов, скважин, отрывки корыт и проведения погрузо-разгрузочных работ. При установке на бульдозерах тяговых классов 10 и выше заднего рыхлительного оборудования обеспечивается эффективная разработка прочных разборно-скальных грунтов, характеризуемых скоростью прохождения продольной звуковой волны до3 км/с и низкотемпературных мерзлых грунтов (до – 15… – 25° С), в том числе в условиях зон холодного климата. Бульдозеры-рыхлители и бульдозеры специального назначения на тракторах тяговых классов 25 и выше в однозубом исполнении используют для глубокого рыхления грунтов (более 1,5…2 м) при разработке траншей под магистральные трубопроводы и укладку кабеля.

Сверхтяжелые бульдозеры-рыхлители  на базе гусеничных промышленных тракторов класса от 35 и выше применяют в строительстве (преимущественно при выполнении земляных работ большого объема), а также на открытой разработке месторождений цветных, черных, редких и радиоактивных металлов, на угольных разрезах (выемка и перемещение горной массы в отвал на расстояние до 100…150 м), снятии пропластков плотных грунтов при селективной разработке тонких слоев полезных ископаемых, на разравнивании и планировке разрушенных скальных грунтов в отвале, подготовке оснований для внутренних отвалов, на рекультивационных работах.

 

1. Расчет производительности будьдозера

1.1. Характеристика бульдозера

Базовый трактор	Т-130
Скорость подъема и  опускания отвала	0,25 м/с
Управление	гидравлическое
Угол въезда	27°
Наибольшая скорость движения	12,2 км/ч
Габаритные размеры:
длина	5400 мм
ширина	3200 мм
высота	3087 мм
Тяговый класс	100 кН
Масса	16315 кг
Характеристика отвала:
длина	3200 мм
высота	1300 мм
угол резания	55°
опускание отвала ниже опорной  поверхности	450 мм
подъем отвала над  опорной поверхностью	1000 мм
масса	2700 кг

 

 

 

 

 

1.2. Определение производительности бульдозера

,

где S = 300 м – длина планируемого участка;

В = 3,2 м – ширина бульдозерного отвала;

α = 63° – угол установки  отвала в плане;

b_n = 0,3В = 0,3 ∙ 3,2 = 0,96 м;

n – число проходов, n = 300/3,2sin63 = 35;

V = 0,7 м/с – средняя скорость движения бульдозера;

t₀ = 20 с – время на разворот бульдозера

= 161680 м²/ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Определение  объема работ

– Площадь земляных работ:

S = L ∙ B = 300 ∙ 300 = 900000 м².

– Время выполнения земляных работ одним бульдозером:

= 5,57 ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет рабочего оборудования

2.1. Определение рабочих усилий

 

– Сцепной вес бульдозера:

G_сц = 1,2G_т;

G_сц = 1,2 ∙ 16315 = 19600 кг = 196 кН.

– Наибольшее тяговое  усилие по сцеплению:

Т_сц = G_сц ∙ φ;

Т_сц = 196 ∙ 0,7 = 137,2 кН.

– Наибольшее возможное  тяговое усилие по двигателю:

;

= 137 кН.

– Ориентировочные величины вертикальной и горизонтальной составляющих сил сопротивления на отвале при обычной работе:

W_p = R_x = 0,7 Т_сц;  W_p = 0,7 ∙ 137,2 = 96 кН;

R_z = R_x ∙ tg17°;  R_z = 96 ∙ 0,3 = 29 кН.

– По литературным данным расстояние центра тяжести бульдозера от оси ведущей звездочки гусеницы d = 1,5 м.

– Высота расположения линии  действия R_x над опорной поверхностью:

h = 0,17 Н_отв;

h = 0,17 ∙ 1,3 = 0,22 м.

– Координаты центра давления машины на грунт в общем случае работы:

Х = (G_сц ∙ d + R_z ∙ d₁ – R_x ∙ h) / (G_сц + R_z);

Х = (196 ∙ 1,5 + 29 ∙ 5 – 96 ∙ 0,22) / (196 + 29) = 1,86 м.

Центр давления лежит  на расстоянии от середины опорной  поверхности меньше, чем 1/6 длины  опорной поверхности, что допустимо.

– Определение усилий ведем для двух расчетных случаев:

I. В процессе заглубления в движении трактор вывешивается на отвале (реакция В = 0), тогда:

;

= 50 кН.

– Суммарная жесткость  препятствия и навесного оборудования:

,

где С₁ = 0,085 кН/м – жесткость препятствия;

С₂ = 1,5 кН/м – жесткость оборудования;

0,08 кН/м.

Рабочая скорость движения V = 2,5 км/ч = 0,7 м/с.

;

= 190 кН.

II. В процессе выглубления отвала в движении трактор вывешивается на отвале (реакция А = 0), при этом:

;  = 123 кН.

;  = 226 кН.

 

 

2.2. Выбор гидрооборудования

Наибольшее усилие создается  при действии на отвал максимальной составляющей R_x в процессе выглубления отвала.

Таким образом, Р_ц = R_x = 226 кН (на два цилиндра).

 

Принимаем гидроцилиндр поршневой двустороннего действия по ОСТ 22-1417-79 [2] с параметрами:

диаметр поршня	D = 100 мм
диаметр штока	d = 63 мм
максимальное расчетное  усилие на штоке	196,3 кН
номинальное давление	25 МПа
ход поршня	L = 900 мм

Объем масла, поступающего в цилиндр при заглублении:

;

= 980 см³.

Расход рабочей жидкости для гидроцилиндров при подаче рабочей  жидкости:

– в поршневую полость:

;

= 120 л/мин;

– в штоковую полость:

;

= 73 л/мин.

По наибольшей производительности Q₁ = 120 л/мин подбираем насос аксиально-поршневой типа 210.25 по таб.3.3[3], имеющий параметры:

рабочий объем	107 см3
давление на выходе	25 МПа
номинальная подача насоса	125 л/мин

Время полного опускания отвала с помощью двух цилиндров, при величине объемного КПД = 0,97:

;

= 0,016 мин = 1 сек.

 

3. Прочностной расчет

3.1. Определение  усилий при работе в суглинистых грунтах III категории

– Объем грунта в призме волочения при наибольшем заполнении отвала:

,

где L = 3,2 м – длина отвала;

Н = 1,3 м – высота отвала;

К₁ = 0,85 – для связных грунтов;

= 3,2 м³.

– Сопротивление:

W_p = W₁ + W₂ + W₃ + W_п,

где W_п – сопротивление передвижению машины на горизонтальном участке пути.

W_п = G_сц ∙ f;  W_п = 196 ∙ 0,1 = 19,6 кН;

W₂ = 3,2 ∙ g_п;  W_п = 3,2 ∙ 3,2 = 10,2 кН;

W₂ = 13,5 ∙ g_п;  W_п = 13,5 ∙ 3,2 = 43,2 кН;

W_p = 100 кН

W₁ = W_p – W₂ – W₃ – W_п;

W₁ = 100 – 10,2 – 43,2 – 19,6 = 27 кН.

– Глубина копания:

;

= 10 см.

3.2. Определение толщины листа кронштейна

Проведем расчет опасного сечения II-II кронштейна на изгиб от наибольшей силы Р_ц.

– Изгибающий момент в сечении:

М = Р_ц ∙ С;

М = 226000 ∙ 120 = 27120000 Н∙мм.

– Для материала ВСт 3_пс ГОСТ 380-71 допускаемое напряжение будет:

;

= 17,14 МПа,

где σ_т = 240 МПа – предел текучести по таб.2.3[8].

– Момент сопротивления:

= 1582000 мм³.

– Момент инерции:

;

= 229390000 мм⁴.

– В соответствии  с размерами на рисунке 3 момент инерции  сечения II-II:

.

– Толщина листа стенки:

;

= 24,6 мм.

Принимаем δ = 25 мм.

 

Проверка сечения I-I:

– на срез:

;

= 11,9 МПа < [τ] = 90 МПа,

где F – площадь сечения без учета наваренных шайб;

– на смятие:

;

= 32,3 МПа < [σ] = 120 МПа,

где [σ] и [τ] – допускаемые напряжения по таб.1.5.19[4].

3.3. Проверка сварного соединения

Для сварки материала  марки В Ст3_пс ГОСТ 380-71 применяем электроды типа ЭЧ2 ГОСТ 9467-75.

Сварку конструкции  производим угловыми швами 

У4- 25 по ГОСТ 5264-69.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Все соединения с угловыми швами при работе на осевую продольную силу проверяют на срез:

– Разложим силу F = 196,3 кН (max усилие, развиваемое гидроцилиндром) на вертикальную и горизонтальную составляющие:

F_вер = F ∙ sinα; F_вер = 196,3 ∙ sin60° = 170 кН;

F_гор = F ∙ cosα; F_вер = 196,3 ∙ cos60° = 98,15 кН.

– Перенесем силы F_вер и F_гор в центр стыка сварных швов и добавим момент:

М = F_гор ∙

;

М = 98,15 ∙ 10³ ∙ 120 = 11778000 Н∙мм.

– Определяем напряжения в сварных швах от силы F_верт:

;

= 20,2 МПа,

где К = δ = 25 мм – катет шва;

L_ш – длина сварного шва.

– Определяем напряжения в сварных швах от силы F_гор:

;

= 11,7 МПа.

– Определяем напряжения в сварных швах от момента М:

,

где W – момент сопротивления.

;

= 336000 мм².

= 35 МПа.

– Расчетным случаем  является т. А и для нее напряжение среза равно:

,

где [τ] – допускаемое напряжение на срез для сварного шва;

[σ] = 100 МПа по табл.I.5.19[4];

[τ] = 0,6 ∙ 100 = 60 МПа;

= 60 МПа.

 

Список использованной литературы

1. Абрамов Н.Н. Курсовое и дипломное проектирование по дорожно-строительным машинам.–М.: Высшая школа, 1972.–120с.
2. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. Атлас конструкций.–М.: Машиностроение, 1987.–122с.
3. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин. Справочник. М.: Машиностроение, 1983.–301с.
4. Гохберг М.М. Справочник по кранам. Т.1,2. Ленинград: Машиностроение, 1988.
5. Гоберман Л.А., Степняк К.В. Строительные и дорожные машины. Атлас конструкций.–М.: Машиностроение, 1985.–96с.
6. Войнич Л.К., Прикащиков Р.Г. Справочник молодого машиниста бульдозера, скрепера, грейдера.–М.: Высшая школа. 1979.–200с.
7. Забегалов Г.В., Ронинсон Э.Г. Бульдозеры и скреперы.–М.: Высшая школа. 1986.–304с.
8. Решетов Д.Н. Детали машин.–М.: Машиностроение, 1989.–496с.