Бульдозер на базе трактора Т-180

Содержание

 

 

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

 

1   Обзор и анализ конструкций бульдозеров……………….………………….4

 

2    Выбор основных параметров  бульдозера…………………..……………….5

 

3   Тяговый расчет бульдозера………………………………………………….10

 

4   Расчет толкающего бруса на прочность……………………………………14

 

5  Производительность бульдозера…………………………….………………19

 

Список использованной литературы………………………….………………..20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

    Целью данного курсового проекта является приобретение навыков в расчете и конструировании специфических узлов, главным образом рабочих органов машин для земляных работ, а также выработка умения применять теоретических материал при решении практических задач.

Сейчас разрабатывают бульдозеры для работ на более твердых грунтах. Разрабатывают бульдозеры с повышенной единичной мощностью машин и оборудования. Добиваются снижения материала и энергоемкости машин, повышения ресурса и надежности, а также применения новых материалов с лучшими физико-механическими свойствами и характеристиками; повышения требований к эргономике и технической эстетике машины на основе более полного учета физических и финансовых возможностей человека оператора; автоматизации систем управления, контроля, и обеспечения безопасности работы машины; повышения скоростей движения., что позволяет увеличить производительность; конструирования машин и оборудования из унифицированных блоков, что позволит сократить процесс создания машин и сократить время простоя ее в ремонте.

Все эти нововведения позволят увеличить темпы развития других отраслей народного хозяйства, сократить сроки строительства различных агротехнических сооружений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Обзор и анализ конструкций бульдозеров

 

 

    Бульдозер представляет собой базовый тягач, оснащенный ножевым навесным рабочим оборудованием, в которое входит отвал 3 с ножами 5, толкающие брусья 6, подкосы 7 и гидроцилиндры 2 (см. рис.1). Отвал изготовляют в виде коробчатой сварной конструкции с накладками жесткости, приваренными к тыльной стороне. Толкающие коробчатые брусья 6 передними концами шарнирно соединяют с проушинами тыльной стороны отвала, а задними — с упряжными шарнирами 8, плиты которых приварены к балкам гусеничных тележек трактора. Подкосы соединяют верхнюю часть отвала с проушинами толкающих брусьев; перестановкой подкосов можно изменять угол резания в пределах 45—60°. Вследствие трудоемкости операций по перестановке подкосов их заменяют гидроцилиндрами.

Бульдозерным оборудованием иногда оснащают другие землеройно-транспортные машины (автогрейдеры, экскаваторы, погрузчики), у которых это оборудование является вспомогательным. Бульдозеры могут разрабатывать талые и мерзлые предварительно взрыхленные грунты. В качестве базовых машин для бульдозеров чаще всего используют гусеничные тракторы мощностью от 55 до 650 кВт, реже — колесные тракторы или тягачи мощностью 75—1200 кВт.

Для выполнения подготовительных работ на раму бульдозера навешивают дополнительные виды рабочего оборудования: кусторезы, корчеватели, собиратели и др. Бульдозеры нередко выпускают в комплекте с рыхлителями и канавокопателями, навешиваемыми сзади машины.

Бульдозер послойно срезает грунт и одновременно перемещает его волоком по поверхности земли к месту укладки.

 

 

Рис.1 Устройство бульдозера.

 

 

Бульдозеры применяют для возведения насыпей из грунтов боковых резервов, разработки выемок, грубого планирования поверхностей земляных сооружений, для засыпки рвов, траншей, обваловки сооружений, а также для подготовительных работ— валки отдельных деревьев, срезки кустарника, корчевания отдельных пней и камней.

Бульдозеры используют также для распределения грунтовых отвалов при работе экскаваторов и землевозов, образования штабелей сыпучих материалов (песка, щебня) и их подачи к перерабатывающим агрегатам, для снегоочистки, формирования террас на косогорах, производства вскрышных работ в карьерах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Выбор основных параметров бульдозера

 

  За главный параметр бульдозеров принимается  номинальное тяговое усилие трактора или тягача.

  За основные параметры бульдозеров приняты эксплуатационный вес бульдозера, скорости рабочего и обратного хода, среднее удельное давление ходовой части на грунт и смещение центра давления, удельное горизонтальное усилие и вертикальное давление на режущей кромке ножа, определяющее возможность разработки бульдозером грунтов с различным сопротивлением копанию.                                       

Удельное горизонтальное усилие на режущей кромке, кН/см2:

 

 

 

где В — ширина отвала, м,

Тн – тяговое усилие, кН.

 

Удельное вертикальное давление на режущей кромке:

 

 

                                        

  Где Р2мах - наиболее возможное вертикальное усилие на режущей кромке ножа отвала по условиям опрокидывания базовой машины относительно задних кромок опорных поверхностей гусениц или задних колес.

 

  Величина опускания отвала ниже опорной поверхности базовой машины должна быть такой, чтобы угол между опорной поверхностью и линией, соединяющей режущую кромку опущенного отвала о центром давления, был не менее 20°.

  Рекомендуется высоту подъема отвала выбирать из расчета угла въезда, но не менее 20—30° для бульдозеров с неповоротным отвалом и 20—25° для бульдозеров с поворотным отвалом.

 

 

Рис.2  Профиль отвала

 

  Основными параметрами отвала бульдозера (рис. 2) являются: ширина отвала В, высота отвала Н, угол резания δ, угол заострения ножа β и задний угол α, угол захвата φ, т. е, угол поворота отвала в плане, угол зарезания ν, т. е. угол поперечного перекоса отвала (угол между режущей кромкой ножа отвала и горизонталью).

  При проектировании отвала необходимо определять также параметры профиля поверхности отвала:  длину прямолинейного участка а в нижней части поверхности отвала, радиус криволинейного участка R поверхности отвала,  угол опрокидывания отвала ψ; высоту козырька H1 и угол его наклона ψ1, угол наклона отвала ε.

  От угла наклона отвала ε — угла между линией, соединяющей режущую кромку ножа и верхнюю кромку отвальной поверхности (без учета козырька), и горизонталью (рис. 2) — в значительной степени зависит форма призмы волочения. При малом угле наклона грунт может пересыпаться через отвал, так как во многих случаях призма волочения бывает выше отвала. При большом угле ухудшаются условия движения грунта вверх по отвалу, увеличивается прилипание грунта и повышается энергоемкость.     Минимальная ширина отвала В выбирается так, чтобы отвал, повернутый на угол φ (рис. 2), перекрывал габарит базовой машины по ширине и выступающие части толкающей рамы не менее чем на 100 мм с каждой стороны. При соблюдении этого требования возможна работа бульдозера траншейным способом  и по одному следу. Ширина неповоротного отвала выбирается в 2,8—3 раза больше его высоты. Ширина поворотного отвала больше на 30— 33%.

  Высота отвала Н — расстояние по вертикали между режущей кромкой ножа и верхним краем отвальной поверхности при основном угле резания и горизонтальном положении опорных поверхностей базовой машины (рис.2).

  Высота отвала определяется силой тяги Тн и грунтовыми условиями, для которых предназначается проектируемый бульдозер.

 

 

 

Высота отвала, мм, может быть определена для бульдозера с поворотным отвалом:

 

 

                                                              

 

 

 

  Высота отвала с козырьком Нп - расстояние по вертикали между режущей кромкой ножа и верхним краем козырька в середине при основном угле резания и горизонтальном положении опорных поверхностей базовой машины.

 

  Высота козырька Н1 (по вертикали) должна составлять 0,1-0,25 от высоты отвала Н. При определении высоты отвала и козырька следует учесть необходимость хорошего обзора при подъеме отвала в транспортное положение.

Н1 = 0,2∙Н = 183,9 мм.

 

Нп ≈ 1100 мм.

 

Высота прямого участка а отвала обычно равна высоте ножа. Этот участок оказывает значительное влияние на формирование стружки.

Угол резания отвала δ (угол между плоскостью ножа и горизонталью), угол заострения ножа β (угол между плоскостью ножа и скошенной гранью) и задний угол отвала α (угол между линией, соединяющей режущую кромку ножа с наиболее выступающей частью конструкции отвала внизу, с тыльной стороны, и горизонталью) связаны между собой зависимостью (рис. 2):

 

δ = β + α;

 

что необходимо учитывать при назначении величин этих углов и пределов их изменения. Угол резания оказывает большое влияние на энергоёмкость процесса резания, поскольку при уменьшении его значительно снижается сила сопротивления резанию.

С учетом этих обстоятельств угол резания, измеренный в исходном положении бульдозера (при стоянке бульдозера на горизонтальной площадке с отвалом, опущенным до касания лезвия ножа с грунтом), рекомендуется принимать для неповоротного отвала:

 

δ = 55°.

 

Задний угол α (рис. 2) по условию работы бульдозера траншейным способом должен быть не меньше углов подъема и спуска, т. е. углов, образуемых поверхностью земляного откоса с горизонтом.

 

Задний угол определяет в значительной мере конструкцию тыльной стороны отвала, элементы которой, в частности коробка жесткости, не должны входить в пределы этого угла.

Рекомендуется принимать задний угол α = 30-35°.

Рекомендуемый диапазон изменения угла зарезания ν при наличии специального механизма для его регулирования составляет от 0 до ±(6-12°), при отсутствии такого механизма до ±5°.

 

К элементам профиля рабочей поверхности отвала относятся длина прямолинейного участка а в нижней части отвала, радиус кривизны R криволинейной части поверхности и угол опрокидывания ψ. Эти параметры вместе с высотой отвала Н и углом резания δ в значительной степени влияют

на процесс набора грунта, размеры и объем набираемой призмы волочения и энергоемкость процесса копания и перемещения грунта.

Радиус кривизны поверхности неповоротного отвала при заданных значениях остальных параметров можно принять:

 

R ≈ H = 1130 мм.

 

Прочие основные параметры бульдозера можно определить по уравнениям регрессии:

 

Тяговое усилие, кН:

Тн = (0,77…1,23)∙(93,5∙N);

 

Где  N – мощность двигателя, л.с.

 

Тн = 1,0∙(93,5∙175) = 163,2,

Вес полный, кг:

                                            G = (0.77…1.23)∙(110∙N);                                 

 

G = 0,8∙(110∙175) = 15400.

 

Вес рабочего оборудования, кг:

 

                                             Gро = (0.7…1.3)∙(18.8∙N)                                 

 

Gро = 1,0∙(18.8∙175) = 3290.

 

 

 

Скорость, км/ч:

 

    - рабочая:                        Vmin = 1.5…3.5;

 

    - транспортная:                Vmax = 5…15.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Тяговый расчет бульдозера

 

   В процессе работы бульдозера возникают различного характера и разной величины силы сопротивления его движению.

Для определения сопротивлений, возникающих в рабочем режиме при резании и перемещении грунта бульдозером определённого типа, должны быть известны род грунта и его характеристики, размеры отвала и углы его установки, вес бульдозера.

Тяговый расчёт бульдозера позволяет оценить возможности тягача при транспортировании грунта с подрезанием стружки. Для нормального протекания процессов резания, перемещения грунта или планирования поверхностей необходимыми являются условия ∑W ≤ Тн и ∑W ≤ Тφ, где Тн – номинальное значение силы тяги бульдозера на используемой передаче:

 

где ηТ – КПД трансмиссии,

V = 0,67 м/с – скорость движения при работе,

Мощность двигателя, кВт,  определяется:

 

N = Wk∙V/2700∙η;

Предельное значение тягового усилия по сцеплению с грунтом:

 

где Gсц = G∙ψ1 = 154000∙0,75 = 115,5 кН – сцепной вес,

φсц = 0,6 – коэффициент сцепления колёс с грунтом,

Суммарное сопротивление перемещению бульдозера:

 

где W1 – сопротивление грунта резанию,

 

где К – удельное сопротивление грунта резанию,

Fст - площадь поперечного сечения вырезаемой стружки грунта при резании полной длиной отвала,

 

h1 – глубина резания, м .

 

 

kп – коэффициент потерь грунта в боковые валики;

V – объем призмы волочения, м3.

Vпр = L∙H2 /2∙kпр;

 

где    L - ширина отвала;

Н -  высота отвала с учетом козырька;

kпр - коэффициент, зависящий от характера  грунта (связности, коэффициента рыхления).

 

Vпр = 2,5∙1,132 /2∙0,95 = 1,68 м3;

 

kп – коэффициент потерь грунта в боковые валики,

 

 

 

 

 

 

W2 – сопротивление перемещению призмы грунта:

                                                    Wпр = Vпр∙γг∙μ2;                                       

 

где μ2 = 0,5 – коэффициент внутреннего трения грунта,

W3 - сопротивление перемещению стружки грунта вверх по отвалу:

 

где μ1 = 0,9 – коэффициент трения грунта по отвалу,

α = 55° - угол резания ножа,

 

W4 - сопротивление перемещению бульдозера:

 

f – коэффициент сопротивления перемещению движителей трактора;

 

 – сопротивление трению ножа о грунт, Н.

 

 

 

Где  Rx – горизонтальная составляющая результирующей силы сопротивления копанию, Н;

Rx = кт∙Тн;

 

кт – коэффициент использования тягового усилия;

 

                                             Rx = 0,6∙163200 = 97920 Н.

 

ν – угол наклона результирующей сил сопротивления на отвале , град, при резании и перемещении плотного грунта ν = 17º .

 

 

Тогда полное сопротивление:

 

Расчетная мощность двигателя, кВт,  определяется:

 

N = 114,5∙2,42/2700∙0.8 = 128,3 кВт,

 

N < N бм ;

 

128,3 < 129.

 

 

 

Проверим, соблюдается ли условие ∑W =114,5 кН ≤ Тн = 163,2 кН.

 

Базовый трактор  Т-180 по тяговому усилию и мощности двигателя подходит.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет толкающего бруса на прочность

 

1. Расчет усилий, действующих на бульдозерное оборудование

 

Расчетная схема для определения нагрузок действующих на бульдозерное оборудование приведена на рисунке 3.

 

 

 
 
Рисунок 3. Расчетная схема для определения нагрузок действующих на бульдозерное оборудование. 
 
На нож отвала бульдозера в плоскости действуют две силы, Р1 - горизонтальная и Р2 – вертикальная, которые определяются по формулам: 
 
Р1=G∙φmax/(1-φmax∙ctg(δ+φ1)),

 
Р2= Р1∙ctg(δ+φ1),

 
где G - сила тяжести бульдозера Н; 
 
φmax - максимальный коэффициент сцепления движителя с грунтом, принимаем φmax = 0,9; 
 
δ - угол резания, δ =55º; 
 
φ1 - угол трения грунта по металлу, φ1 = 32º. 

 
Р1= 154000∙0,9/(1-0,9∙ctg(55+32)) = 149192, 
 
Р2=149192∙ctg(55+32) = 7,8 Н.

 
 
Сила подъема отвала кН, определяются по формуле: 

 
 
где Sy - усилие на штоках гидроцилиндров, кН; 
 
kд - коэффициент динамичности, принимаем kд=1,35.

 

 
 
где Go - сила тяжести рабочего оборудования, Go=32,9 кН; 
 
l - линейный размер, l=3,64м; 
 
lo - линейный размер, lo=3,45м; 
 
m - линейный размер, m=0,45м; 
 
r - линейный размер, r=2,1м.

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетная схема показана на рис.5. Определив внешние силы Р1, Р2 и S так же, как и  при расчете гидроцилиндра, из условий равновесия рабочего оборудования находим силы в шарнире С1:

 

Xc1 = P1∙(L/4b + 0.5) + S∙cosθ/2;

 

Zc1 = -P2∙(L/4b + 0.5) -G/2 + S∙sinθ/2;

 

Xc1 = 7800∙(2,2/4∙1,2 + 0.5) + 12670∙cos20/2=10114 .

 

Zc1 = 3363,3∙(2,2/4∙1,2 + 0.5) -10625/2 + 12670∙sin20/2=77 .

 

 

Сила Рв1, в подкосе (рис.5) и реакции ХА1, ZA1 в шарнире А1 определяются из условий равновесия толкающего бруса:

 

PВ1 = (ZC1∙l1 – XC1∙m)/d

 

XA1 = XC1 + (PB1 + PB2)∙cosθ2

 

ZA1 = ZC1 - (PB1 + PB2)∙sinθ2

 

PВ1 = (77∙0.9 – 10114∙0.5)/0.2 = 24940;

 

XA1 = 10114+2∙24940∙cos10 = 59236;

 

ZA1 = 77-2∙24940∙ sin10 = -8584.

 

Найденное значение силы в подкосе соответствует случаю одинакового нагружения правого и левого подкоса:

 

РВ1 = РВ2.

 

Учитывая возможность неравномерного распределения нагрузок между подкосами, допускаем, что работает лишь один из них, а за расчетное значение силы в подкосе принимаем удвоенное значение силы РВ1.

 

 

 

 

Рис.4  Расчетная схема толкающего бруса

 

Проецируя силы XCl и ZC1 на оси х' и у' (рис. 4) и складывая проекции, получим:

 

X’c1 = XC1 cosθ1 + ZC1 sinθ1;

 

Z’C1= - XC1 sinθ1+ ZC1 cosθ1.

 

X’c1 = 10114 cos20 + 77sin20 = 9530;

 

Z’C1= - 10114 sin20 + 77cos10 = -3384.

 

 

В опасном сечении бруса а-а действуют следующие усилия;

 

изгибающий момент в плоскости x'Oz', Нм:

 

M" = Z’C1∙l2;

 

M" = -3384∙0.9 = 3045.6;                                                      

 

изгибающий момент в плоскости х'Оу (рис.4), Нм:

 

                                                         M' = X'C1∙l;                                              

 

M' = 9530∙2,2 =20966;                                       

сжимающая сила, Н:

 

N = X'C1 + PB1 ∙cos(θ1+ θ2)

                               

 

N = 9530 + 24940 ∙cos30 = 31128.

 

Проверка прочности бруса в сечении производится по уравнению:

 

                               σ = M”/WY + M’/WZ + N/φ∙F <  [σ]                             

 

где F - площадь поперечного сечения бруса;

φ - коэффициент уменьшения допускаемых напряжений для сжатых стержней.

 

σ = 3045,6/0,0612 + 20966/1,23 + 31128/1,1∙0,08 =102 <  [σ]=115 МПа.

 

где F - площадь поперечного сечения бруса;

 

φ - коэффициент уменьшения допускаемых напряжений для сжатых стержней.

 

Условие прочности выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчёт производительности бульдозера

 

Производительность бульдозера при резании и перемещении грунта определяется:

                                     П = 3600∙Vф∙kв∙kукл / Tц;                               

 

где    kв - коэффициент использования бульдозера по времени,

 

ke = 0,80 - 0,85;

 

kукл - коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на производительность бульдозера.

 

kукл = 0,95.

Тц – время цикла, с;

 

Vф – объем грунта в плотном теле перед отвалом;

                                                             

Vф = ВН2/2∙kпр∙kр

 

Vф = 2,5∙1,132/2∙0,95∙1,1 = 1,52,

 

Тц = lp/v1 + lп/v2 +(lр+lп)/v3 + 2tп + tо + tс;

 

lp – длина пути резания, м;

 

lп – длина пути перемещения, м;

 

v1 – скорость движения при копании, м/с;

 

v2 – скорость при перемещении грунта, м/с;

 

v3 – скорость обратного хода, м/с;

 

tп – время разворота, с;

 

tо – время опускания отвала, с;

 

tс – время переключения передач, с.

 

Тц =100/5 + 20/2,5 + 120/30 + 2∙10 + 2 + 5 = 59 с;

                                                   

П = 3600∙2,41∙0,8∙0,95/59 = 111,7 м3/час.

 

 

Список использованной литературы

 

1. Бородачев И.П. Справочник конструктора дорожных машин – М.: Машиностроение, 1973 – 504 с.

2. Васильев А.А. Дорожные машины - М.: Машиностроение, 1979 – 448 с.

3. Холодов А.М. Проектирование машин  для земляных работ – Х.: Вища шк., 1986 – 272 с.