Автогрейдер модернизация

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

                 стр.

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………….……….... 4

1 КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И РАБОТА

АВТОГРЕЙДЕРА ДЗ-143…………………………………………………….. 5

1.1 Назначение автогрейдера ДЗ-143…………………………………... 5

1.2 Состав автогрейдера ДЗ-143……………………………………….... 5

1.3 Установка силовая автогрейдера ДЗ-143……………………….... 9

1.4 Кинематическая схема автогрейдера ДЗ-143…………………… 13

1.5 Гидравлическая схема  автогрейдера ДЗ-143……………………. 14

2 РАБОЧИЙ ЦИКЛ АВТОГРЕЙДЕРА  ДЗ4-3……………………..…...…. 16

3 ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

АВТОГРЕЙДЕРА ДЗ-143…………………………………………………... 18

3.1 Тяговый расчет…………………………………………….………. 19

3.2.Расчет тяговой рамы на прочность…………………………………24

3.3 Расчет производительности автогрейдера…………………….…. 31

4 РАССМОТРЕНИЕ СУЩНОСТИ НАЙДЕННЫХ ПАТЕНТОВ………35

5 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

АВТОГРЕЙДЕРА ДЗ-143…………………………………………………... 48

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………….... 49

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………..… 50

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Непрерывный рост интенсивности  движения автомобильного транспорта, а так же возрастающая необходимость  в возведении новых промышленных и транспортных объектов, требует  повышения производительности в  строительстве и улучшения эксплуатационных характеристик автомобильных дорог  и прочих насыпей инженерного  назначения. Высокие значения этих показателей для таких сооружений во многом определяются тщательностью  планировочных работ при послойном  их возведении, а так же производительностью  профилирующих машин. От этого зависят  показатели «ровности» одежд и покрытий автомобильных дорог, аэродромов и  верхнего строения железнодорожных  насыпей. Поэтому операция профилирования конструктивных слоёв в общем  технологическом процессе строительства  является достаточно важной и ответственной. Поэтому необходимо стремится к  улучшению конструкций профилирующих  и планирующих машин, в частности  – автогрейдеров.

В данной курсовой работе предлагается усовершенствование конструкцию отвала автогрейдера ДЗ – 143. Модификация отвала заключается в установке на него выдвижных гидро-управляемых боковых секций, позволяющих увеличить длину РО, а, следовательно, и ширину захвата. Повышение производительности автогрейдера за счет сокращения числа проходов по обрабатываемому участку земляного полотна предлагается в различных работах. Увеличение сопротивления резания позволяет использовать мощность двигателя более полно.

 

1 КОНСТРУКТИВНЫЕ  ОСОБЕННОСТИ И РАБОТА АВТОГРЕЙДЕРА  ДЗ-143

 

1.1 Назначение автогрейдера ДЗ-143 [3]

 

Основным назначением автогрейдера ДЗ-143 является профилирование земляного полотна, строительство грунтовых дорог на нулевых отметках или на насыпях, воздвигаемых из грунта кюветов, планировка грунтовых поверхностей. Автогрейдер может быть использован для киркования) грунта и изношенного полотна дорог, а также для перемешивания грунтов с добавками и вяжущими материалами на полотне дороги. Все рабочие операции автогрейдеры осуществляют при продольных проходах машин с помощью основного рабочего оборудования – отвала с различными приспособлениями (уширителем, удлинителем, откосником, кювето-очистителем) и навесного оборудования (бульдозерного отвала, рыхлителя, снегоочистителя, смесителя и пр.)

 

1.2 Состав автогрейдера ДЗ-143 [1,2,3]

 

Автогрейдер ДЗ-143 представляет  собой  самоходную  колесную землеройно-транспортную машину с отвальным рабочим органом.

Рисунок 1.2 – автогрейдер ДЗ-143 вид сбоку

Автогрейдер ДЗ-143  состоит из следующих основных частей:

Длинной и выгнутой в средней части основной рамы 1, служащей для установки на ней всех механизмов автогрейдера и опирающейся сзади на заднюю тележку 10, снабжённую балансирами с ведущими колёсами 8, а спереди на переднюю ось 4 с управляемыми колёсами; двигателя 14, закреплённого сверху рамы над задней тележкой; трансмиссии, передающей вращение от двигателя к ведущим колёсам, гидронасосам и пр.; грейдерного отвала 7, расположенного в пространстве под выгнутой узкой в плане частью рамы, называемой хребтовой балкой, на специальной тяговой раме 6, закреплённого с помощью сферического шарнира на концевой части хребтовой балки над передней осью и двух гидроцилиндров подъёма отвала 2, установленных на кронштейнах с двух сторон хребтовой балки в её самой приподнятой части; кабины 11 с органами и пультом управления и сиденьем машиниста; отвала бульдозера 5, гидроцилиндра 12 для их привода; капота 9 с откидными стенками, закрывающего двигатель; электросистемы сигнализации и освещения13.

 При такой компоновке  создаётся полезная нагрузка  на ведущие колёса и, кроме  того, из кабины машиниста открывается  достаточно хороший обзор по  ходу машины и на всю зону  расположения отвала, что позволяет  машинисту автогрейдера непосредственно  наблюдать за самим процессом  обработки грунта на дороге  при любых положениях отвала  в пространстве.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.1 – техническая характеристика автогрейдера ДЗ-143

Класс	140
Эксплуатационная масса, кг	13500
Двигатель	Д-260.2
Мощность, кВт (л. с.)	95,6 (130)
Коробка передач	гидромеханическая
Число передач: вперед/назад	4/2
Максимальная скорость, км/ч	42
Колесная схема	1х2х3
Радиус поворота, м	12,5
Тип рамы	жесткая
Размер шин, дюйм	14,00-20
изготовитель	«Брянский завод дорожных машин»
Грейдерный отвал
длина, мм	3740
высота, мм	620
угол резанья, град	30-70
угол наклона, град	0-90
угол захвата, град	полноповоротный
заглубление, мм	250
боковой вынос, мм	800
Бульдозерный отвал
длина, мм	2475
высота, мм	840

 

 

 

 

 

 

 К конструктивным особенностям  автогрейдера можно отнести изогнутую форму основной рамы, в изгибе которой расположен отвал (рис.1.3.а) устанавливающийся с различными углами в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а так же балансирную заднюю подвеску для лучшего вписывания в неровности и увеличения сцепления колес с поверхностью (рис.1.3.б). С целью повышения поперечной устойчивости на наклонных поверхностях на автогрейдере предусмотрен наклон передних колёс, осуществляемый с помощью специального механизма (рис.1.3.в). Благодаря наклону передние колёса всегда занимают вертикальное положение на уклонах,  поэтому машина более устойчива к поперечному опрокидыванию.

а)

 

 

 

 

б)                                                               в)                                  

                                                                 

               

 

 

 

 

Рисунок 1.3 – конструктивные особенности автогрейдера

           а) - схема основной рамы;  б) - схема балансирной подвески;                                            в) - схема работы механизма наклона передних колес

 

 Благодаря размещению рабочего органа отвала приблизительно посередине колесной базы и балансирной подвеске задних колес вертикальные перемещения режущей кромки при преодолении колесами неровностей существенно меньше высоты неровностей, что обеспечивает после каждого прохода автогрейдера выравнивание поверхности грунта (рис.1.4).

 

 

Рисунок  1.4 - схема работы автогрейдера

 

 

1.3 Установка силовая [4]

 

В качестве силовой установки на автогрейдер ДЗ-143 установлен дизельный двигатель Д-260.2. Двигатель рассчитан на эксплуатацию при температуре окружающего воздуха от -45 до +40 °С. Конструкция двигателя рассчитана на длительную работу без капитального ремонта при условии соблюдения правил эксплуатации, хранения и своевременного технического обслуживания.

        

        

       1 - форсунка;                                                                               2 - головка цилиндров;                                             3 - стартер;                                                         4 - маховик;                                                         5 - картер масляный;                                                         6 - пробка;      7 - блок цилиндров;        8 - фильтр топливный              тонкой очистки;            9 - топливный насос                       высокого давления;                                                                            10 -топливный  насос;   11 - турбокомпрессор;  12 - вентилятор;              13 - генератор;    14 - фильтр масляный            центробежный;             15-фильтр очистки           масла;                                                  16-фильтр грубой               очистки топлива;                                                                                     17-масломерный щуп;    18-заливная горловина

 

 

 

Рисунок 1.5 - общий вид двигателя Д-260. 2

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.2 - основные параметры и характеристики двигателя Д-260.2

Наименование параметров	Единица измерения	Значения
Тип дизеля		Четырехтактный дизель с турбонаддувом
Способ смесеобразования		Непосредственный впрыск топлива
Число цилиндров	шт.	6
Расположение цилиндров		Вертикальное, рядное
Рабочий объем цилиндров	л	7.12
Порядок работы цилиндров		1-5-3-6-2-4
Направление вращения коленчатого вала (со стороны вентилятора)		по часовой стрелке
Диаметр цилиндра	мм	110
Ход поршня	мм	125
Степень сжатия (расчетная)		15 + 1
Допустимые углы наклона при работе: продольный, поперечный	град.	20, 20
Мощность номинальная	кВт	95.6
Мощность эксплуатационная	кВт	90,4
Номинальная частота вращения	мин-1	2100
Минимальная устойчивая частота вращения холостого хода	мин-1	800±50
Максимальная частота вращения холостого хода, ограничиваемая регулятором	мин-1	2275
Частота вращения при максимальном значении крутящего момента	мин-1	1400
Максимальный крутящий момент	Нм	500
Удельный расход топлива при номинальной мощности	г/кВтч	226
Удельный расход топлива при эксплуатационной мощности	г/кВтч	233
Давление масла в главной магистрали при: номинальной частоте вращения                                минимальной частоте вращения	МПа	0.28...0.45                   0.1
Масса, не заправленного горючесмазочными материалами и охлаждающей жидкостью	кг	650

Рисунок 1.6. Продольный разрез двигателя Д-260.2

 

1 - масляный картер; 2 - масляный  насос; 3 - демпфер; 4 - шкив коленчатого  вала; 5 - ремень вентилятора; 6 - крышка  распределения; 7 - шкив натяжной; 8 - форсунка для охлаждения поршня; 9 - вентилятор; 10 - водяной насос; 11 - корпус термостатов; 12 - шатун; 13 - поршень; 14 - гильза цилиндров; 15 -колпак; 16 крышка  головки цилиндров; 17 - головка цилиндров; 18 - блок цилиндров; 19 - задний лист; 20 - маховик; 21 - коленчатый вал; 22 - маслоприемник; 23 - распределительный вал

 

 

 

 

1.4 Кинематическая схема автогрейдера ДЗ-143

 

 

Рисунок 1.7. Кинематическая схема автогрейдера ДЗ-143

 

I – двигатель Д-260.2; II – шкив привода вентилятора; III – стартер двигателя; IV – привод маховика; V – насос; VI – вал карданный верхний; VII – гидротрансформатор; VIII – коробка гидромеханическая;  IX,XI – муфта фрикционная дисковая; X – муфта зубчатая; XII – вал карданный нижний; XIII – колесо с шиной; XIV – тормоз стояночный; XV- тормоз колесный; XVI – балансир; XVII – передача главная; XVIII – муфта сцепления.

 

 

 

 

1.5 Гидравлическая схема автогрейдера ДЗ-143

Рис. 1.8. Схема гидравлического управления автогрейдером:

1 – масляный бак, 2 –  насос, 3 – фильтр с предохранительным  клапаном, 4 – секционные золотниковые  распределители, 5 – левый цилиндр  подъема отвала, 6 – гидродвигатель  поворотного круга, 7 – цилиндры  подъема бульдозера и рыхлителя, 8 – цилиндр механизма наклона  передних колес, 9 – гидроусилитель  рулевого управления, 10 – цилиндр  механизма выноса тяговой рамы, 11 – цилиндр передвижения отвала  относительно кронштейнов поворотного  круга, 12 – правый цилиндр подъема  отвала.

 

Для привода всех механизмов применяются гидроцилиндры, а для  механизма поворота отвала – гидродвигатели вращательного действия, в основном аксиально-плунжерного типа, Система  выполняется по раздельно-агрегатной схеме с использованием стандартных  насосов и секционных техпозиционных золотниковых распределителей. Характерная  схема гидравлического управления приведена на рис. 5.

 

Рис. 1.9. Схема следящей системы управления рулевого управления:

1 – рулевое колесо, 2 –  червяк рулевого вала, 3 – рычаг, 4 – распределитель, 5 – гидроцилиндры.

 

Управляемые колеса поворачиваются при помощи рычажной системы, связанной  с трапецией поворота колес. Трапеция состоит из кронштейнов поворотных цапф, связанных поперечной тягой, и  обеспечивает поворот правого и  левого управляемых колес на углы, соответствующие радиусу поворота.

Рулевое управление снабжается пневматической или гидравлической системой усиления следящего типа, показанной на рис. 5.

Передвигаемый при повороте рулевого колеса 1 распределитель 4 обеспечивает поступление рабочей жидкости в  исполнительные цилиндры 5, которые  поворачивают колеса. После поворота колес рычаг 3 возвращает золотник в  исходное положение. Таким образом, управление осуществляется по методу слежения, при котором поворот  колес следует за поворотом рулевого колеса и может не иметь механического  соединения между входным и выходным звеньями системы.

 

2 РАБОЧИЙ ЦИКЛ АВТОГРЕЙДЕРА ДЗ-143 [2]

 

Процесс работы автогрейдера состоит из последовательных проходов, при которых осуществляется резание  грунта, его перемещение, разравнивание  и планировка поверхности сооружения.

При разработке грунта отвал  устанавливают режущей кромкой, как параллельно его поверхности, так и наклонно под углом 10 ... 15^o с заглублением отвала или только его части по ширине. Угол резания составляет от 35^o до 45^o соответственно при разработке тяжелых и легких грунтов. При зарезании отвала в грунт одним концом угол между режущей кромкой отвала и продольной осью машины (угол захвата) принимают равным 35...50°, при отделочных планировочных работах - 45 ... 90°, при копании с отводом грунта в сторону по отвалу - 60°.

В зависимости от размеров обрабатываемого участка, рельефа  местности, наличия искусственных сооружений земляные работы с использованием автогрейдера ДЗ-143 выполняют движением по круговым и челночным технологическим схемам. Так, при длине обрабатываемого участка (захватки) 400 ... 1500 м автогрейдер движутся по круговым технологическим схемам (рис. 2.11), а при меньших длинах - челночным способом (рис. 2.10) - движением в одном направлении вперед, в обратном - задним ходом. При этом в случае очень коротких захваток (около 150 м) грунт разрабатывают только движением вперед, после чего возвращают машину на исходную позицию следующей проходки вхолостую задним ходом на повышенной скорости. При больших длинах захваток грунт разрабатывают как передним, так и задним ходом с разворотом отвала на 180° в плане на концах захватки.

 

Рис. 2.10. Схема профилирования

слоев земляного полотна челночным способом.

Рис. 2.11. Схема профилирования

слоев земляного полотна круговым способом.

 

 

 

 

 

 

 

3 ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

АВТОГРЕЙДЕРА  ДЗ-143

 

Основными технико-эксплуатационными  показателями автогрейдера являются тяговомощностные показатели и показатели производительности, расчет которых мы и произведем в рамках данного курсового проекта.

Условия расчета:

На объекте автодорога  М4 «Дон» произвести расширение на участке  «Каменск – Глубокая». Ширина дорожного  полотна – 4м., протяженность – 5 км. Категория разрабатываемого грунта – II. Продолжительность возведения автодороги – 6 месяцев.

Рисунок 2.1. Расчетная схема

 

 

 

 

 

 

 

3.1 Тяговый расчет [2,5,6]

Таблица 3.1 – коэффициенты  f и φ

Вид опорной   поверхности	Шинноколесный движитель
	шины высокого   давления		шины низкого   давления
	f	φ	f	φ
Грунт:
рыхлый свежеотсыпанный	0,2...0,3	0,3... 0,4	0,1...0,2	0,4...0,6
слежавшийся уплотненный	0,1...0,2	0,4... 0,6	0,1...0,15	0,5...0,7

Талица 3.2- значения коэффициентов k (при α = 45…60°) и k_n

Категория грунта	k, кг/м2	Грунты	kn
I	7000	связные	0,025…0,032
II	11000	несвязные	0,06…0,07
III	17000	--------	--------

Таблица 3.3 – величины необходимые для расчета

G, кH	Рх, кВт	ηх	пд,  б/мин.	и	λ, м		δ
135	95,6	0,73…0,76	1575…1800	0,98	Плотный грунт	Рыхлый грунт	0,1	0,2	0,3
					0,12 . . . 0,15	0,08 ... 0,1

 

Установлено, что при δ = 0,1 колесный движитель работает с максимальным КПД, при δ = 0,2 достигается максимальная тяговая мощность, при δ = 0,3 развивается наибольшая устойчивая сила тяги.

Движение машины возможно, если максимальное тяговое усилие Т_mах (Н) будет не меньше суммарного сопротивления движению W(Н):

Т_mах ≥ W.

Усилие Т_mах ограничено двумя факторами - мощностью привода ходового устройства и условиями сцепления движителя с опорным основанием, с которыми оно связано зависимостями:

Т_mах(Р_х) = 1000 Р_х η_х / v;                Т_mах(φ) = G φ

 где Р_х - суммарная мощность двигателей механизма передвижения

               (Вт);  
         η_х - общий КПД механизма передвижения (табл. 3.3);

         φ - коэффициент сцепления движителя с основанием (табл. 3.1).

         v - скорость передвижения (м/с);

Для шинноколесных движителей v - теоретическая скорость (м/с):

v =

где r_c - силовой радиус, м;

       п_д - номинальная частота вращения вала двигателя ходового                   механизма (об/мин);

       и - передаточное число трансмиссии.

Силовой радиус определяется как радиус недеформированного колеса r_о за вычетом наибольшей радиальной деформации шины (в центральной зоне контактной поверхности) λ (м):

r_c = r_о – λВ. 

Приближенно при движении по плотному грунту λ = (0,12…0,15) В; по рыхлому грунту - λ = (0,08...0,1) В (В - ширина профиля шины).

Фактическую скорость передвижения  шинноколесной машины определяют с  учетом буксования по формуле (м/с):

v_ф = v (1 - δ),

где δ - коэффициент буксования.

Совместив необходимые формулы, рассчитываем v_ф:

_{Полученное чначение соответствует I передаче автогрейдера (табл. 3.6).}

Имея необходимые показатели рассчитываем усилие (Т_mах(Р_х)) мощности привода ходового устройства и усилие (Т_mах(φ))  сцепления движителя с опорным основанием;

Для дальнейших расчетов берем  меньшее из полученных значений.

Сопротивление передвижению W (Н) складывается из сопротивлений на рабочем органе машины W_p (Н), передвижению (перекатыванию) движителей W_пep (H) по горизонтальному пути, повороту машины W_noв (H), движению на уклоне местности W_у (Н), инерции при разгоне и торможении W_и (H) и ветрового давления W_B (H):

W = W_p + W_пep + W_noв ± W_у ± W_и + W_B

Из этого набора сопротивлений  удерживаются только те сопротивления, которые имеют место в конкретном транспортном режиме работы машины.

Сопротивление повороту колесных машин, (рыхлый грунт);

W_noв = (0,25 . . . 0,5) W_пep

Сопротивление движению от уклона местности ;

W_у = ± тgsinα

где т - масса машины, кг;

      g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;

      α - угол подъема пути машины, (+) на подъем, (-) под уклон.

Сопротивление сил инерции  при разгоне и торможении:

W_и = ± m v / t_р(т),

где v - скорость в конце разгона или начале торможения (м/с):

      t_р(т) - продолжительность разгона (торможения) (с).

Сопротивление ветрового  давления:

W_B = S q_B

где S - площадь, воспринимающая давление ветра (м²);

      q_B =125 – 500 - распределенная ветровая нагрузка на 1 м² (Па).

Сопротивления W_noв, W_у, W_B и W_и в данном тяговом расчете не учитываются, так как по условию участок горизонтальный, автогрейдер движется с равномерной скоростью, а разворот совершается после выполнения операций (резание, транспортировании, укладке), а сопротивление ветрового давления незначительно при данной скорости.

Сопротивление резанью:

где k – коэффициент сопротивления резанью (табл. 3.2);

      В – ширина отвала (м);

      h₁ – глубина резания во время перемещения призмы грунта (м²).

где k_n – коэффициент потерь грунта при перемещении (табл. 3.2)

       V_пр – объем призмы волочения(м³).

_{Вычисляем объем призмы волочения;}

Вычисляем глубину резания  во время перемещения призмы грунта;

Вычислив необходимые  величины находим сопротивление  резанью;

Сопротивление перекатыванию:

W_пep ≈ fG,

где f- коэффициент сопротивления передвижению движителей (табл. 3.1);

     G - вертикальная составляющая внешней нагрузки на движители (Н) (табл. 3.2).

Подставив значения необходимых усилий находим сопротивление перемещению W (H);

Проверяем соответствие условию Т_mах ≥ W:

Тяговый расчет автогрейдера с модернизированным отвалом:

_{Вычисляем объем призмы волочения;}

V'_пр =

 

Вычисляем глубину резания  во время перемещения призмы грунта;

_{h1 = (0.065×0.624) ÷ 5.2 =0.0078,м²}

Вычислив необходимые  величины находим сопротивление  резанью;

_{W p = 11000×5.2×0.0078 = 446, H}

Сопротивление перекатыванию:

W_пep ≈ fG,

где f- коэффициент сопротивления передвижению движителей (табл. 3.1);

     G - вертикальная составляющая внешней нагрузки на движители (Н) (табл. 3.2).

Подставив значения необходимых  усилий находим сопротивление перемещению  W (H);

_{W = W p +Wпер = 446 +20300 = 20.8 кH}

Проверяем соответствие условию Т_mах ≥ W:

 

 

Условие соблюдено, тяговые  характеристики автогрейдера подходят для работы в заданных условиях. Неудовлетворение указанному выше условию по тяговому усилию Т_mах(Р_х)  означает недостаток мощности для движения машины с заданной скоростью v. Если то же условие не удовлетворяется по усилию Т_mах(φ), то это означает, что машина не может двигаться из-за буксования движителей.

 

3.2.Расчет тяговой рамы на прочность

 

Задачей расчета является проверка работоспособности тяговой  рамы при использовании дополнительного  оборудования в рассматриваемом  расчетном положении.

Исходные данные для  расчета

Сила тяжести автогрейдера, приходящаяся на

                                                       его передний мост G₁ , кН                     35,0

Сила тяжести автогрейдера, приходящаяся на

                                                            его задний мост G₂ , кН                    96,0

Сила тяжести тяговой  рамы G_тр , кН                                                           14,0

Колесная база машины L, м                                                                          5,84

Положение кромки отвала l₁ , м                                                                   5,61

Колея машины b, м                                                                                        2,0

Положение центра тяжести  автогрейдера

( по продольной оси  машины ) l₂ , м                       1,5

Положение центра тяжести  автогрейдера по вертикали H, м                  1,7

 

 

Рисунок 3.2. Схема действия усилий для расчета тяговой рамы.

Расстояние от оси О₁О₂ (рисунок 3.2 ) до точки приложения

силы тяжести тяговой  рамы  a₁ , м                     3,6

 

Расстояние от оси О₃О₄ ( рисунок 3.2 ) до точки приложения

                                          силы тяжести тяговой рамы  а₂ , м                    2,24

Угол резания ножа δ, град.                                                                           45

     Расчет на  прочность тяговой рамы производится  при следующих условиях: автогрейдер  ДЗ-143 движется по горизонтальному  участку на первой передаче  со скоростью 2,5…4,2 км/ч. Отвал  внезапно уперся в непреодолимое  препятствие, и произошла остановка  автогрейдера до полного буксования. Наиболее неблагоприятные условия  при этом складываются, когда  наезд на препятствие происходит  краем выдвинутого в сторону  отвала.