Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Модернизация бульдозерного оборудования

ВВЕДЕНИЕ

Бульдозер – землеройная машина, состоящая из базового тягача и бульдозерного (навесного) оборудования, предназначенная для резания и перемещения грунта и планировки разрабатываемой поверхности.

Бульдозеры как навесное оборудование на тракторы, тягачи и другие базовые машины широко распространены, что объясняется простотой их конструкции, высокой производительностью, возможность их использования в самых разнообразных грунтовых и климатических условиях и относительно низкой стоимостью выполненных работ. Применяются они в дорожном, железнодорожном, горнорудном, мелиоративном и ирригационном строительстве.

Бульдозеры классифицируются по назначению, весу и мощности, силе тяги базовой машины и типу движителя; отдельным конструктивным признакам; системе управления рабочим органам и др.

По назначению бульдозеры делятся на бульдозеры общего назначения, приспособленные для выполнения разнообразных землеройно-транспортных и строительных работ в различных грунтовых условиях, и на бульдозеры специального назначения, которые предназначаются для выполнения определенных видов работ (например, для прокладки дорог, чистки снега, сгребания торфа и т.д.).

По мощности двигателя базовых машин современные бульдозеры можно условно разделить на следующие группы (таблица 1.1).

Таблица 1.1 Классификация бульдозеров по мощности двигателя и по номинальному тяговому усилию.

Типы

N в кВт (л.с.)

Тн в Т

Малогабаритные

Легкие

Средние

Тяжелые

Сверхтяжелые

До 15 (20)

15,5 – 60 (21 – 80)

60 – 108 (81 – 147)

110 – 220 (150 – 300)

Больше 220 (больше 300)

До 2,5

2,6 –7,5

8,0 –14,5

15,0 –30,0

Больше 30

Классификация бульдозеров по номинальному тяговому усилию представлена в таблице 29 /1/.

По типу движителя базовой машины бульдозеры разделяются на гусеничные и колесные. Колесные бульдозеры создаются на базе колесных тракторов, колесных тягачей, автомобилей и специализированных самоходных машин (автогрейдеров и др.).

По размещению рабочего органа бульдозерного оборудования на базовой машине различают бульдозеры с передним и задним расположением отвала.

В бульдозерах с гидравлическим управлением отвал внедряется в грунт принудительно в результате усилий, развиваемых гидросистемой. Эти усилия могут достичь 40% и более от общего веса трактора. При гидравлическом управлении отвалу могут быть заданы четыре положения: подъем, принудительное опускание, плавающее положение, фиксированное положение.

Различают: бульдозер с неповоротным отвалом, т.е. бульдозер, отвал которого имеет неизменное положение в горизонтальной плоскости, перпендикулярное продольной оси машины; бульдозер с поворотным отвалом, т.е. бульдозер, у которого можно изменять положение отвала в горизонтальной плоскости.

2. ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

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 и вертикальное давление на режущей кромке ножа, определяющее возможность разработки бульдозером грунтом с различным сопротивлением копанию.

Удельное горизонтальное усилие на режущей кромке рг, кг/см, находим по формуле

Рг= , (1)

где В – ширина отвала, мм

Тн – номинальное тяговое усилие, т, Тн=18т (180кН), таблица 29 /1/.

Ширину отвала находим по формуле

В=1,4* , (2)

где m – масса бульдозера, т, m=17500т.

В=1,4* =3650 мм. Принимаем В=4000 мм.

Рг = =45кН/м.

Из таблицы 30 /1/, выбираем удельное вертикальное давление на режущей кромке и категорию грунта. Рв=35кН/м, категория грунта 3.

Основные параметры поперечного профиля отвала бульдозера выбираем по таблице 31 /1/, и заносим выбранные значения в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 Основные параметры поперечного профиля отвала бульдозера.

Параметр

Отвал неповоротный

Угол резания σ в град

Угол наклона отвала ξ в град

Угол опрокидывания ψ в град

Продолжение таблицы 2.1

Параметр

Отвал неповоротный

Задний угол ά в град

Угол заострения ножа β в град

Угол захвата конструктивно выбираем φ=45, но при конструировании угол захвата принимаем φ=60.

Высота отвала Н определяется силой тяги Тн и грунтовыми условиями, для которых предназначается проектируемый бульдозер. Высота отвала может быть определена:

Для бульдозера с поворотным отвалом

Н=500* - 5*Тн, (3)

где Тн—номинальная сила тяги бульдозера в т.

Н=500* -5*18= 1220 мм.

Из таблицы 32 /1/, найдем уравнения регрессии для определения некоторых основных параметров гусеничных бульдозеров с двигателем мощностью от 25 до 310 л. с. при мощности базовой машины (Т—130) 118кВт. Сведем полученные значения в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 Уравнение регрессии для определения некоторых основных параметров гусеничных бульдозеров с двигателем мощностью от 25 до 310 л. с.

Параметры

Уравнение

Значение

Тяговое

усилие (номинальное) в кН

Тн= (0,77…1,23)*(93,5N)

Тн=1,23*93,5*118=135,71

Высота отвала в мм

Н=(0,81…1,19)*(201

)

Н=1,156*201

=1140

Наибольший подъем отвала в мм

hп.о = (0,79…1,22)*(208

)

hп.о = 0,91*208*

=930

Максимальное опускание отвала в мм

tp=150…475

tp=400

Продолжение таблицы 2.2

Параметры

Уравнение

Значение

Скорость в км/ч

минимальная

максимальна

ύmin=2…2,75

ύmax=6,5…11,5

ύmin=2,51

ύmax=11,5

Удельное давление

гусениц на грунт в кг/см2 (Н/м2)

Р=0,35…0,63

Р=0,5 (50000)

Вес полный кг

G=(0,77…1,23)*(110N)

G=1,23*110*118=15965 (17500)

Радиус кривизны поверхности отвала :

R= (4)

где σ-угол резанья,град;

ψ-угол опрокидывания,град.

R=1243мм.

Угол установки отвала ξ=75,град.

Высота козырька Н1 = (0,1…0,25) Н

Н1 = 1220*0,18=220 мм.

Угол установки козырька ψ 1 =(90…100) град.

Примем ψ 1 = 95,град.

3. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

Рассмотрим вопросы тягового расчета применительно к наиболее распространенному способу работы — лобовому толканию грунта при бестраншейном способе работ.

Объем призмы волочения (м3), зависит от геометрических размеров отвала и свойств грунта и определяется по формуле /1/

Vпр= L*H2/2*kпр , (5)

где L—ширина отвала;

H—высота отвала;

kпр—коэффициент зависящий от характера грунта и отношения H/L. Примем kпр=0,80.

Vпр=4000*11402/2*0,8=3,23 м3.

При транспортировании грунта отвалом бульдозера по горизонтальной площадке возникают сопротивления, которые будем определять по формулам /1/:

Сопротивление резанию в кН

Wр=k*B*h1, (6)

где k—удельное сопротивление лобовому резанию в кН/м2, k=170;

В—ширина отвала в м;

h1—глубина резания во время перемещения призмы грунта (величина заглубления), которую определим по формуле /1/

h1=kп* Vпр/B, (7)

где kп—коэффициент определяющий потери грунта в боковые валики на 1м пути, он зависит от свойств грунта. Примем kп=0,0285—для связных грунтов.

h1=0,0285*3,23/4=0,023м.

Wр=170*4*0,023=15,64 кН.

Сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом в кН

Wпр=Gпр*µ2, (8)

где µ2—коэффициент трения грунта по грунту µ2=0,5;

Gпр—вес призмы волочения в Н, которая определятся по формуле /1/

Gпр=Vпр*γг*g, (9)

где γг—объемный вес грунта в плотном теле кг/м3. Примем γг=1800;

g—ускорение свободного падения, g=9,81м/с2.

Wпр=3,23*1800*9,81*0,5*10-3=28,52кН.

Сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу в кН

Wв=Gпр*cos2σ*µ1, (10)

где σ—угол резания, σ=55;

µ1—коэффициент трения грунта по металлу, µ1=0,8 (тяжелый суглинок).

Wв=3,23*1800*9,81*cos255*0,8*10-3=15,011кН.

Сопротивление перемещению бульдозера в кН

Wf=G*f, (11)

где f—коэффициент сопротивления перемещению движителей трактора, для гусеничной машины f=0,1;

G—сила тяжести бульдозера в Н, которая определяется по формуле /1/

G=(1,17…1,28)*Gбм*g, (12)

где Gбм—вес базовой машины, Gбм=13630 кг.

G=1,22*13630*9,81=163130Н*10-3 (163,13кН),

Wf=163,13*0,1=16,313.

Для бульдозеров с неповоротным отвалом суммарное сопротивление движению ,кН по формуле /1/

W=Wp+Wпр+Wв+Wf, (13)

W=15,64+28,52+15,011+16,313=75,484 (kH)

Имея введу, что сопротивление грунта копанию преодолевается силой тяги базового тягача, можно написать неравенство

W≤Тн, (14)

где Тн—номинальная сила тяги бульдозера в кН.

Тн=G*φ, (15)

где φ—коэффициент сцепления грунта с гусеницами, φ=0,9.

Тн=163,13*0,9=148,82,

75,484≤148,82.

Потребная мощность двигателя базовой машины л.с.(кВт) определяется по формуле /1/

N= W*ύд/2700*η, (16)

где ύд—действительная скорость движения бульдозера в км/ч, ύд=2,8;

η—механический к.п.д. машины, η=0,9.

N=75484*2,8/2700*0,9=106,6(83,15), что составляет 70% от мощности базовой машины (118), следовательно Т—130 в качестве базовой машины подходит.

3.1 РАСЧЕТ УСИЛИЙ ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Расчетная схема для определения нагрузок действующих на бульдозерное оборудование приведена на рисунке 3.1.1

Рисунок 3.1.1—Расчетная схема для определения нагрузок действующих на бульдозерное оборудование.

На нож отвала бульдозера в плоскости действуют две силы, Р1горизонтальная и Р2 вертикальная в кН, которые определяются по формулам /1/

Р1=G*φmax/(1-φmax*ctg(σ+φ1)), (17)

Р2= Р1* ctg(σ+φ1), (18)

где G—сила тяжести бульдозера в Н;

φmax—максимальный коэффициент сцепления движителя с грунтом, принимаем φmax=0,9;

σ—угол резания, σ=55;

φ1—угол трения грунта по металлу, φ1=32.

Р1=163130*0,9/(1-0,9*ctg(55+32))=92,

Р2=154100*ctg(55+32)=16,2.

Сила подъема отвала кН, определяются по формуле /1/

Sр=Sy*kд, (19)

где Sy—усилие на штоках гидроцилиндров, в кН;

kд—коэффициент динамичности, принимаем kд=1,35.

Sy=( Р2*l+ Р1*m+Go*lo)/r, (20)

где Go—сила тяжести рабочего оборудования, Go=29,43кН;

l—линейный размер, l=3,64м;

lo— линейный размер, lo=3,45м;

m— линейный размер, m=0,45м;

r— линейный размер, r=2,1м.

Sy=(16200*3,64+92000*0,45+29430*3,45)/2,1=96,14;

Sр=96140*1,35=129,79.

4. РАСЧЕТ ГИДРОСИСТЕМЫ

В бульдозере Т—130 используется гидравлический шестеренчатый насос НШ100—2(3). Техническую характеристику насоса НШ100—2(3) сведем в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 Техническая характеристика насоса НШ100—2(3).

Параметры	Значения
Рабочий объем, см3/об	98,8
Давление на входе, МПа номинальное максимальное	14(16) 17,5(20)
Давление на входе в насос, МПа минимальное максимальное	0,08 0,12
Частота вращения вала, об/мин минимальное номинальное максимальное	960 1500 2000
Номинальная объемная задача, дм3/мин	139,3
Номинальная потребляемая мощность, кВт	37,5(42,8)
К.П.Д. насоса (не менее)	0,85
Объемный К.П.Д. (не менее)	0,94
Масса, кг	17,5

Расчетная схема гидроцилиндра приведена на рисунке 4.1

Рисунок 4.1—Расчетная схема гидроцилиндра с поршневой рабочей полостью.

Диаметр поршня гидроцилиндра мм, с поршневой рабочей полостью определяют по формуле /2/

D=[4*F1/π*(P1-P2*(1-φ2))]0,5, (21)

где F1—усилие на штоке, Н;

P1—давление в поршневой полости, Па;

P2—давление на сливе, P2=0,5Па;

φ—коэффициент отношения, φ=d/D=0,3…0,7, принимаем φ=0,5.

D=[4*95400/3,14*(16*106-0,5*106*(1-0,52))]0,5=88,2.

Диаметр штока гидроцилиндра мм, определим по формуле /2/

d=D*φ. (22)

d=88,2*0,5=44,1.

Расчет гидроцилиндра по обеспечению заданной скорости движения штока V.

Диаметр поршня гидроцилиндра мм, с поршневой рабочей полостью определяют по формуле /2/

D1=[4*Qнд/π*V]0,5, (23)

где Qнд—расход жидкости, м3/сек, Qнд=139,3дм3/мин (0,0023 м3/сек);

V—скорость движения штока, м2/сек.

Определим мощность гидродвигателя кВт, оп формуле /2/

Nгдв=Nнп/kзу*kзс, (24)

где Nнп—мощность насоса, кВт;

kзу—коэффициент запаса по усилию, kзу=1,15;

kзс—коэффициент запаса по скорости, kзс=1,2.

Nгдв=42,8/1,15*1,2=31,02.

V= Nгдв/ F1, (25)

V=31,02*103/96,4*103=0,33,

D1=[4*0,0023/3,14*0,33]0,5=94,2,

d1=94,2*0,5=47,1.

По известным значениям диаметров поршня и штока гидроцилиндров находим их средние значения, по формулам /2/

Dср=(D+D1)/2, (26)

dср=(d+ d1)/2. (27)

Dср=(88,2+94,2)/2=91,2,

dср=(44,1+47,1)/2=45,6.

Значение φ равно отношению рабочей площади поршневой полости к площади штоковой полости, т.е.

φ=Sп/Sшт= Dср2/(Dср2- dср2)=91,22/(91,22-45,62)=1,333.

По значению φ и диаметру поршня выбираем гидроцилинд двухстороннего действия

номинальное давление 16 МПа,

D=100мм,

d=63мм,

Ход поршня L=800мм.

5. РАСЧЕТ ОТВАЛА НА ПРОЧНОСТЬ

На отвал действуют силы P1 P2 Sр, а также сила тяжести рабочего оборудования Gо. Определив положение центра тяжести сечения О и направление главных осей инерции сечения, (которые приведены ниже), x и z, приводим силы P1 P2 Sр к точке О и раскладываем их на составляющие x и z. В сумме эти составляющие образуют силы Qx и Qz в кН, которые определим по формулам

Qx= P1*cos10+ P2*cos80+ Sр*cos55, (28)

Qz= P1*sin10- P2*sin80+ Sр*sin55. (29)

Qx=92*0,98+16,2*0,173+129,79*0,17=115,

Qz=92*0,173-16,2*0,98+129,79*0,82=106,47.

Силу тяжести отвала в кН рассмотрим как равномерно распределенную нагрузку которая определяется по формуле /1/

q=Go/L, (30)

которую также разложим на составляющие qx и qz в кН.

q=29,43/4=7,4, qx=3,7, qz=3,7.

Изгибающие моменты М/ и М// определяют по формулам /1/

М/= Qx*L/4 - qx*L2/8, (31)

М//= Qz*L/4 + qz*L2/8, (32)

М/=115*4/4 - 3,7*42/8=107,6,

М//=106,47*4/4+3,7*42/8=113,87.

Нормальное напряжение МПа, находят по уравнению /1/

σ= М/*xo/Jz + М//*zo/Jx , (33)

где Jz и Jx—главные моменты инерции м4, определяемые как суммы моментов инерции элементарных площадок относительно главных осей сечения значения моментов инерции сведем в таблицу 5.1;

xo и zo—координаты точки сечения м, наиболее удаленной от нейтральной линии xo=0,242, zo=0,338.

Таблица 5.1 Уравнения и значения для нахождения главных моментов инерции

Уравнения для Jx

Значения

Уравнения для Jz

Значения

JX1=JX1,1+ JX1,2=

=B*h31,1/12+ B*h31,2/12

0,0092

JZ1=JZ1,1+JZ1,2=

=B3*h1,1/12+B3*h1,2/12

2,6

JX2=JX2,1+ JX2,2=

=B*h32,1/12+ B*h32,2/12

0,073

JZ2=JZ2,1+JZ2,2=

=B3*h2,1/12+B3*h2,2/12

5,12

Для четверти кольца

JZ3=π*r24/16 - π*r14/16

0,01

∑

0,0822

∑

7,73

По формуле (37) находим

σ=107,6*0,242/7,73 + 113,87*0,338/0,0822 =271.

Крутящий момент кН, определяем из уравнения /3/

Мк=P1*h+Sp*h1-P2*h2, (34)

где h, h1, h2—плечи приложения сил м, относительно главных осей сечения h=0,618, h1=0,274, h2=0,300.

Мк=92*0,618+128,79*0,274-16,2*0,300=87,55.

Моменты инерции для замкнутых профилей (1) (2) м4, при постоянной толщине стенки определяют по формуле /1/

JKi=4*Fi2*бi/si, (35)

где Fi—площадь, заключенная внутри средней линии контура м2, где F1=0,025, F2=0,099;

бi—толщина стенки элементов контура м, где б1=б2=0,012;

si—длина средней линии элементов контура м, где s1=0,470, s2=0,947.

JK1=4*0,0252*0,012/0,470=64*10-6,

JK2=4*0,0992*0,012/0,947=49*10-5.

Момент инерции для незамкнутого профиля (3) м4, имеющего форму части кольца определяется по формуле /1/

JK3=б34/3*(s3/б3 – 0,63), (36)

где б3=0,016, s3=1,332.

JK3=0,0164*/3*(1,332/0,016 – 0,63)=18*10-7.

Полный момент инерции м4, при кручении находится как сумма моментов инерции частей сечения по формуле /1/

JK= JK1+ JK2+ JK3, (37)

JK=64*10-6+49*10-5+18*10-7=555,8*10-6.

Считая, что крутящий момент распределяется между частями сечения пропорционально их жесткости, определяем крутящий момент кН*м, приходящийся на каждую часть по формуле /1/

МKi=(МК/2)*(JKi/JK), (38)

МK1=(87,55/2)*(64*10-6/555,8*10-6)=5,0,

МK2=(87,55/2)*(49*10-5/555,8*10-6)=38,6,

МK3==(87,55/2)*( 18*10-7/555,8*10-6)=1,4.

Для замкнутых профилей (1) и (2) касательные напряжения МПа, определяются по формуле /1/

τi= МKi/2*бi*Fi, (39)

τ1=5,0 / 2*0,012*0,025=8,4,

τ2=38,6 / 2*0,012*0,099=16,2.

Для незамкнутого профиля (3) касательные напряжения МПа, определяются по формуле /1/

τ3= МK3*б3 / JK3 , (40)

τ3=1,4*0,016/18*10-7=1,3.

Определив нормальные и касательные напряжения в точках сечения, в которых они достигают своей максимальной величины, находим суммарное напряжение в этих точках и производим проверку прочности сечения по уравнению /1/

σсум= [σ2+ 4* τ2 ]0.5≤ [σ], (41)

где [σ]—предельно допустимое напряжение, для стали 16 ГС [σ]=480МПа, ГОСТ 19282—73.

τ=12,3+24+1,9=38,2,

σсум= [2712 + 4*38,22 ]0.5=281< 480.

Запас прочности определим по формуле /3/

n= [σ]/ σсум, (42)

где n—коэффициент запаса прочности n=1,4…1,6 для сталей при статической нагрузке.

n=480/281=1,6 следовательно запас прочности сечения отвала нормальный.

6. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БУЛЬДОЗЕРА

Производительность бульдозера м3/час, при резании и перемещении грунта определяется по формуле /1/

П=3600*Vф*кв*кукл / Тц , (43)

где кв—коэффициент использования бульдозера по времени, принимаем кв=0,85;

кукл—коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на производительность бульдозера, определяют по таблице 35 /1/, при угле уклона (5…10) принимаем кукл=1,64;

Тц –длительность цикла в сек;

Vф—объем грунта (в плотном теле) перед отвалом м3, определим по формуле /1/

Vф=B*H2/2*кпр*кр, (44)

где кпр—коэффициент зависящий от характера грунта и отношения H/L. Примем kпр=0,80.

кр—коэффициент разрыхления грунта, принимаем кр=1,13.

Vф=4*1,1402/2*0,8*1,13=2,88.

Длительность цикла находится по формуле /1/

Тц=lp/ν1 + ln/ν2 + (lp+ln)/ν3 +2*tn +to +tc , (45)

где ln—длина пути перемещения грунта в м, принимаем ln=20;

lр—длина пути резания в м, принимаем lp=8,0;

ν1—скорость движения бульдозера при копании грунта в м/сек,

принимаем ν1=0,4;

ν2—скорость движения бульдозера при перемещении грунта в м/сек,

принимаем ν2=1;

ν3—скорость обратного холостого движения трактора в м/сек, принимаем ν3=1,5;

to—время на опускание отвала в сек, принимаем to=1,5;

tс—время на переключение передач в сек, принимаем tс=4,5;

tn—время, необходимое для разворота в сек, принимаем tn=10.

Модернизация бульдозерного оборудования 📙 Курсовая → 🆔 132946