Модернизация кустореза

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Задание……………………………………………………………………………………………	2
Введение…………………………………………………………………….…………………..	4
1 Назначение, краткое описание устройства и работы машины……………………………	6
2 Анализ уровня техники в области машин заданного типа. Исследовательская часть проекта. …………………………………………………………………...................................	8
3 Тяговый расчет кустореза …………………………………………………………………….	11
4 Прочностной расчет…………………………………………………………………………... 5 Определение напряжений и проверка прочности балки ………….……………………….. 6 Расчет параментров и  подбор элементов гидропривода  ………………………………….. 7 Разработка мероприятий по технике безопасности, охране окружающей среды, энергоресурсосбережению при работе машины……………………………………………… Заключение……………………………………………………………….……………………	16 19 20   27 29
Список литературы …………………………….……. …………………………………………	30

 

ВВЕДЕНИЕ

Дорожные машины - средства механизации, применяемые для выполнения комплекса работ при строительстве, содержании и ремонте автомобильных дорог, а также в ж.-д., гидротехническом, аэродромном, промышленном и гражданском строительстве и т.д. Современные Д. м. изготовляют в виде самостоятельных агрегатов, а также как навесное или прицепное оборудование к колёсным и гусеничным тягачам.        

 Существующие дорожные  машины можно классифицировать  по роду выполняемых работ: машины  для подготовительных работ (древовалы, кусторезы, корчеватели, рыхлители, дернорезы  и др.); машины для земляных  работ (экскаваторы, скреперы, бульдозеры, автогрейдеры, дорожные фрезы, землевозные тележки и т.д.); машины для укладки гравийно-щебёночных и стабилизированных покрытий (машины для распределения каменных и вяжущих материалов, уплотнения асфальтобетона и др.); машины для строительства асфальтобетонных дорог (смесители и укладчики асфальтобетона); машины для укладки цементобетонных покрытий (рельс-формы и оборудование для их установки, профилировочные машины, машины для распределения бетона, для нарезки температурных швов, бетоноотделочные машины и распределители плёнкообразующих жидкостей); машины для содержания и ремонта дорог (пескоразбрасыватели, дорожные щётки, поливочные машины, снегоочистители, ремонтёры и т.д.). Д. м. выполняют как основные работы (земляные, усовершенствование облегчённых и переходных дорожных покрытий, строительство асфальтобетонных дорог, укладка цементобетонных покрытий), так и вспомогательные (подготовительные), а также применяются при содержании и ремонте дорог.        

 Для земляных работ при строительстве и ремонте дорог используют как землеройные машины общего назначения —экскаваторы, скреперы, бульдозеры, грейдеры и автогрейдеры, грейдер-элеваторы, так и специальные дорожные фрезы. Уплотнение земляного слоя производят катками и Трамбовками. При послойном уплотнении грунта, отсыпаемого самосвалами, скреперами и др., применяют самоходные и прицепные, кулачковые и пневмоколёсные катки, виброкатки, трамбовки (ударные и вибрационные).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 НАЗНАЧЕНИЕ, КРАТКОЕ ОПИСАНИЕУСТРОЙСТВА И РАБОТЫ МАШИНЫ

Кусторез — строительная машина, предназначенная для расчистки строительных площадок от кустарника и мелколесья.Данный вид машин применяется при проведении подготовительных работ на стройплощадке

Рабочий орган кустореза представляет собой клинообразный отвал, к нижним кромкам которого прикреплены режущие ножи. Отвал соединяется с трактором посредством толкающей рамы. Трактор и пространство между ним и отвалом защищены от падающих сучьев ограждением.

В рабочем положении отвал кустореза лежит на поверхности земли. При движении трактора вперед деревья срезаются ножами в пределах ширины захвата. Расклинивающим действием поверхностей отвала срезанные деревья укладываются по обе стороны от полосы прохода. В транспортное положение отвал поднимается лебедкой и полиспастом.

Рабочий орган кустореза состоит из отвала, ножей, привернутых к отвалу болтами, и амортизаторов.

Отвал представляет собой А-образную раму, каждая балка которой сварена из двух уголков. На поперечной балке рамы предусмотрено гнездо, надеваемое на шаровую опору толкающей рамы.

Впереди приварены носовой лист для раскалывания пней и раздвигания сваленных деревьев и отбойник, предотвращающий поломку передних концов ножей.

Сверху на раме установлен сварной каркас из уголков, обшитый, листовой сталью. Каркас с обшивкой образует отвальные поверхности, по которым срезанные деревья при движении машины сваливаются по бокам просеки, проложенной отвалом.

Ножи кустореза изготовлены из листовой стали марки 65Г и имеют заточенную режущую кромку.

Амортизаторы, изготовленные из листовой резины, предназначены для смягчения ударов отвала о толкающую раму.

Толкающая рама кустореза, шарнирно соединенная с отвалом, может свободно перемещаться внутри отвала. Для того чтобы ограничить свободу колебаний отвала на шаровой головке и одновременно устранить жесткий упор в задние концы отвала в вертикальном направлении, между толкающей рамой и отвалом установлены пружинные амортизаторы, по одному с каждой стороны. Пружина амортизатора, сжимаясь, дает возможность отвалу перемещаться (в месте крепления амортизаторов) относительно толкающей рамы на 100 мм вверх и вниз.

 

 

Кусторез на базе трактора МТЗ-2022

Таблица 1-Технические характеристики кустореза

Общие данные
Масса конструкционная, кг	6680
Масса в состоянии отгрузки с завода, кг	6900
Масса эксплуатационная, кг	7220
Масса максимально допустимая (полная), кг	10000
База , мм	2920
Габаритные размеры: длина, мм	5230
Габаритные размеры: ширина, мм	2400
Габаритные размеры: высота, мм	3120
Наименьший радиус поворота, м	5,8
Емкость топливного бака, л	120
Емкость дополнительного топливного бака, л	250
Скорость движения: транспортная, км/ч max	40
Скорость движения: рабочая, км/ч max	13
Двигатель
Марка	ММЗ
Модель	Д-260.4S2
Тип	4-х тактный, дизельный  с турбонаддувом
Число цилиндров	6
Диаметр цилиндра, мм	110
Ход поршня, мм	125
Рабочий объем, л	7,12
Номинальная частота вращения, об/мин	2100
Мощность номинальная, кВт (л. с.)	156 (212)
Максимальный крутящий момент, Н.м	900
Коэффициент запаса крутящего момента, %	30
Удельный расход топлива при эксплуатационной мощности, г/кВт.ч	249
Удельный расход топлива при номинальной мощности, г/кВт.ч	220
Электрооборудование
Номинальное напряжение электропотребителей бортовой электросети, В	12
Номинальное напряжение системы электропуска, В	24
Трансмиссия
Муфта сцепления	Сухая, двухдисковая
Коробка передач	Механическая, ступенчатая
Число передач вперед	24
Число передач назад	12
Рулевое управление
Тип	Гидрообъемное
Тип механизма поворота	Два гидроцилиндра и рулевая тяга
Гидросистема
Тип насоса	Шестеренный
Рабочий объем насоса, см3/об	32
Максимальное давление, МПа	20
Производительность насоса, л/мин	55
Емкость гидросистемы, л	35
Рабочие оборудование
Вид отвала	Клиновидный отвал
Высота отвала, мм	1100
Длина отвала, мм	2450
Ширина отвала, мм	2800
Высота подъема отвала, мм	700
Глубина опускания отвала, мм	250

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 АНАЛИЗ УРОВНЯ ТЕХНИКИ  В ОБЛАСТИ МАШИН ЗАДАННОГО  ТИПА. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА.

Патент 814290

Почвообрабатывающее орудие, включающие отвал в виде сходящихся под углом двух отвальных поверхностей с лемехами в нижней части, отличающее тем, что, с целью улучшения качества обработки почвы, орудие имеет пяты, установленные по краям отвала, и зубья, установленные за лемехами  и выполненные с тупым углом вхождения в почву, при этом, обращенные к середине отвала, грани зубьев выполнены со скосом.

Орудие по п.1 , отличающиеся тем, что  зубья расположены выше режущей кромки отвала.

 

Патент 782758

Орудие для плоской корчевки и расчистки вырубок, включающее  корчующее устройство, с обеих сторон которого расположены отвалы, отличающиеся тем, что, с целью снижения энергоемкости, повышение производительности, сохранения гумусового слоя почвы и обеспечение корчевки при непрерывном движении агрегата, устройство выполнено в виде вибрационного вертикального ножа, который на боковых плоскостях имеет клинья, а в нижней части – двусторонний поперечный подрезающий нож со стреловидной  передней кромкой и наклонной к горизонту задней частью, причем боковые поверхности отвалов в нижней части имеют горизонтальные ножи.

 Орудие по п.1, отличаются  тем, что отвалы соединены днищем, которое расположено ниже лезвия  горизонтального ножа и имеет  закругленные кромки.

 

 

 

Патент 2317665

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и может быть использовано при обработке почвы. Корпус плуга содержит стойку с башмаком, лемех, отвал и полевую доску. На рабочей поверхности отвала закреплены рыхлящие элементы, выполненные в виде клиновидных ножей и установленные со смещением один относительно другого с вершиной, обращенной в сторону носка лемеха. Рыхлящие элементы имеют саблевидную форму и снабжены закрепленными к их верхней части гибкими шлейфами. Гибкие шлейфы выполнены в виде отрезков якорных цепей. На каждом звене отрезка цепи под разными острыми углами к направлению движения жестко закреплены два разновеликих штифта. Величина углов установки штифтов меньше величины угла трения почвы о сталь. Такое конструктивное выполнение позволит повысить качество обработки почвы за счет улучшения рыхления .

1. Корпус плуга, содержащий стойку  с башмаком, лемех, отвал и полевую  доску, причем на рабочей поверхности  отвала закреплены рыхлящие элементы, выполненные в виде клиновидных  ножей и установленные со смещением  один относительно другого, с вершиной, обращенной в сторону носка лемеха, отличающийся тем, что рыхлящие элементы имеют саблевидную форму и снабжены закрепленными к их верхней части гибкими шлейфами.

2. Корпус плуга по п.1, отличающийся  тем, что гибкие шлейфы выполнены в виде отрезков якорных цепей, на каждом звене которых под разными острыми углами к направлению движения жестко закреплены два разновеликих штифта, причем величина углов меньше величины угла трения почвы о сталь.

 

 

 

 

 

В качестве прототипа возьмем кусторез на базе трактора Т10М

Таблица 1- Технические характеристики трактора Т10М

Модель	Д180.111-1 (Д-160.11)
Тип двигателя	Четырехтактный дизельный,  с турбонаддувом, многотопливный
Эксплуатационная мощность, кВт (л.с.)	32 (180) при 1250 об/мин (индекс  мощности - "0")  103 (140) при 1070 об/мин (индекс мощности - "2")
Запас крутящего момента, %	не менее 25
Количество цилиндров	4
Рабочий объем, л	14,48
Диаметр цилиндра, мм	150
Ход поршня, мм	205

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ КУСТОРЕЗА

Условие движения кустореза без буксования:

                                          

                               

где –сила тяги кустореза по сцеплению, Н.

- сумма сил сопротивлений, возникающих при срезании и  перемещении кустов, Н.

 

                      

                        

где - сцепной вес кустореза.

- коэффициент сцепления, =(0,6-0,9).

 

Сцепной вес кустореза определяется по формуле:

где - общая масса трактора .

g - ускорение свободного падения, 9.81 (м/с²).

 

Сумма сопротивлений, действующие на кусторез, определяются по формуле:

где W1 – сопротивление резанию и перемещению кустов, Н.

W2 – сопротивление движению кустореза, Н.

 

 

Рисунок 2- Схема сил действуящая на кусторез

 

Сопротивление резанию кустов определяется по формуле:

где Рск – сила сопротивления скалыванию кустов, Н.

Рр – сила сопротивления резанию кустов, Н.

Ртр – сила сопротивления рабочего органа кустореза о дерево, Н.

 

Сопротивление скалывания кустов определяется по формуле:

 

где - допускаемое напряжение древесины на изгиб, Н.

=180 Н/

Fиз – площадь поперечного сечения кустов подвергающееся изгибу, .

 

- радиус древесины подвергающееся изгибу.

Сопротивление резанию кустов определяется по формуле:

 

где - удельное сопротивление дерева  резанию в зависимости от типа кустарников. .

Fp – площадь поперечного сечения кустов подвергающееся резанию, .

При этом соблюдается условие Fp  = Fиз

 

Сопротивление трению рабочего органа кустореза о дерево определяется по формуле:

где - коэффициент трения металла о дерево, =0,5.

 

Сопротивление движению кустореза определяется по формуле:

где f - коэффициент сопротивления движению

i – уклон местности, i= +0,03.

Проверяется условие движения кустореза без буксировки:

Кусторез в процессе работы должен соблюдать условие прямолинейности движения. Для этого необходимо чтобы выполнялось условие:

где Муд – момент удерживающий кусторез на трассе, .

Мпов – момент пытающийся развернуть кусторез, .

Момент удерживающий кусторез на трассе определяется по формуле:

где Вк – величина  колеи базового трактора, принимается из зависимости:

где Во – ширина отвала .

Момент пытающийся развернуть кусторез определяется по формуле:

Проверяется условие прямолинейности движения:

Эксплуатационная производительность кустореза определяется по формуле:

где L – длина участка обработки, принимаем L=5 м.

квр – коэффициент использования кустореза во времени.

Тц – время цикла работы кустореза.

где tp –время резания и перемещения кустов.

tпов – время поворота кустореза,

tобс – время обслуживания цикла,

где Vp.x – скорость кустореза при резании,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ

Реакции в местах крепления кронштейнов к отвалу определяются построением эпюр Q и M от сил, действующих на отвал в горизонтальной х и вертикальной z плоскостях.

Рисунок 3 – схема сил действующие на отвал

 

В расчетах можно принять длину кронштейна:

l0 – высота отвала, м.

Mu – изгибающий момент в кронштейне.

F- площадь поперечного сечения.

w - момент сопротивления.

b и h – поперечные размеры кронштейна.

[ ]- допускаемое напряжение на растяжение, [ ]=90 МПа.

 

Рисунок 4 -Кронштейн

 

Расчет отвала:

Напряжение, возникающие от действия сил в точке А, определяется по формуле:

где Мux и Muz – изгибающие моменты.

Проверка сечение отвала на прочность по касательным напряжениям определяется по формулам:

где Мкр – крутящий момент

- допускаемое касательное  напряение.

Проверка сечения отвала по третьей теории прочности:

 

 

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ И ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ БАЛКИ

Принимаем   h = 15 см, b = 15 см, l = 2 м, F = 8 кН

 

Из эпюры изгибающих моментов М определяем, что Mmax =Fl/4 =4 кНм. Осевой момент сопротивления Wz для прямоугольного сечения определяется по формуле

Используя формулу расчета напряжений при изгибе, находим

На рис.  б показана эпюра нормальных напряжений   .

Из эпюры поперечных сил (рис. а) находим Qmax = F/2 = 2 кН. Далее определяем осевой момент инерции для прямоугольного сечения

 

и статический момент отсеченной части поперечного сечения (рис. б)

По формуле находим

Последняя формула показывает, максимальное значение касательного напряжения будет в точках поперечного сечения, расположенных на оси z, т.е.   На рис. б показана эпюра касательных напряжений 

6 РАСЧЕТ ПАРАМЕТPОВ И ПОДБОР ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОПРИВОДА

 

6.1 Выбор номинального рабочего давления

Давление в гидросистеме зависит от типа насоса и назначения данного гидропривода. Давление насоса должно быть тем больше, чем больше нагрузка или мощность приводимого в движение механизма. Малые давления приводят к возрастанию габаритов и веса, но способствуют плавной и устойчивой работе гидропривода; большие давления снижают вес, но усложняют конструкцию и эксплуатацию гидросистем, уменьшают долговечность гидрооборудования.

Чем выше давление, тем выше требования к качеству (класс точности, чистота обработки, материал) сопрягаемых деталей, к жесткости конструкции в целом. При давлениях свыше 20-25 МПа в жидкости могут возникать упругие колебания, вызывающие гидравлические удары в системе, вибрацию подвижных деталей, усложняется уплотнение подвижных и неподвижных соединений.

Поэтому из стандартного ряда назначаем давление Рн=10 МПа.

 

6.2 Расчет размеров и подбор гидродвигателя. Выбор типа гидродвигателя и определениедавления, реализуемого на нем

Тип гидродвигателя (гидроцилиндр, поворотный гидродвигатель или гидромотор) определяется в соответствии с заданным характером движения выходного звена. От параметров гидродвигателя – номинального давления   и номинального расхода  в конечном итоге зависят аналогичные параметры насоса.

По заданию вид движения выходного звена – возвратно-поступательное, значит тип гидродвигателя – гидроцилиндр.

Ориентировочное давление в рабочей полости гидродвигателя

где   - давление, развиваемое насосом, соответствует номинальному рабочему давлению принятому ранее; Рн=10 МПа;

 - гидравлический К.П.Д. системы.

Предварительно его можно принять в пределах 0,7-0,8. Принимаем  =0.75.

Для открытой схемы реализуемое гидродвигалем давление составит

 

6.3 Расчет и подбор гидроцилиндра

Гидроцилиндры могут быть одностороннего действия, когда возвратное движение поршня происходит под действием груза или пружины и двухстороннего,_ когда движение в обоих направлениях осуществляется под действием рабочей жидкости. Во втором случае гидроцилиндры могут иметь односторонний шток, когда скорость возвратного движения не регламентируется, и двусторонний, когда скорость и усилия 2 обоих направлениях должны быть одинаковыми. Указанные обстоятельства должна быть учтены при расчете диаметра поршня. Так как гидроцилиндра с двусторонним штоком, из-за сложности изготовления и увеличения габаритов машины, применяются сравнительно редко, то выбираем гидроцилиндр одностороннего действия.

Рассчитываем диаметр поршня

где   - механический К.П.Д. гидроцилиндра, ориентировочное значение его 0.9

По вычисленным значениям Рдв и D c учетом заданного хода поршня S выбираем типоразмер гидроцилиндра [4, стр 359] 4009-4635010.

Техническая характеристика: D=70 мм; Рн=10 МПа; S=140 мм.

Уточненное давление в рабочей полости гидроцилиндра Рдв :

Расход жидкости на гидроцилиндр составит

 

6.4 Выбор гидроаппаратуры и вспомогательных устройств

Гидроаппаратура служит для изменения параметров потока жидкости (давления, расхода, направления движения) или для поддержания их на заданное уровне. К ней относятся: гидродроссели, гидроклапаны различного назначения, парораспределитель.

При выборе гидроаппаратуры следует исходить из ее местоположения на разработанной принципиальной схеме.

По исходными параметрами для поиска типоразмера гидроаппарата являются номинальное давление в системе РН и номинальный расход Q принимаемый здесь по рассчитанному расходу для гидродвигателя Q дв .

Гидрораспределители по конструкции могут быть крановые и золотниковые (весьма редко - клапанные). Крановые гидрораспределители используются для давлений в системе не выше 10 МПа из-за значительных статических усилий, прижимающих пробку к корпусу и затрудняющих ее поворот. Наиболее широко распространены гидрораспределители золотникового типа. По числу позиций золотника они подразделяются на двух- трex- и четырехпозиционные. Двухпозиционные используются обычно длягидроцилиндров одностороннего действия, Трехпозиционные имеет кроме нейтрального два рабочих положения, при которых напорная линия связывается с одной или другой полостью гидроцилиндра или с одним из двух каналов гидромотора, в зависимости от требуемого направления перемещения выходного звена. В четырехпозиционных, помимо указанных, имеется так называемое плавающие положение, когда напорная линия и обе полости гидроцилиндра связаны с гидробаком. Жидкость при этом может перетекать из одной полости гидроцилиндра в другую.

Для данного гидроцилиндра выбираем трехпозиционный золотник реверсивный с электрогидравлическим управлением. Выбираем типоразмер золотника [4]: Г63-13

Характеристика золотника Г63-13:

Номинальный расход масла - 0,58 дм3/с;

Номинальное давление - 20 МПа;

Потеря давления при номинальном расходе, не более - 0,3 МПа;

Утечки через зазоры золотника при номинальном давлении - 0,005 дм3/с;

При выборе конструкции гидроклапана следует учитывать его функциональное назначение в разрабатываемом гидроприводе: предохранительный, переливной, обратный, редукционный. В данной используется два клапана: переливной и предохранительный.

Выбираем по каталогу клапаны [4]:

- предохранительные и  переливные – БГ52-13

Характеристика клапана БГ52-13:

Номинальное давление 5…20 МПа;

Номинальный расход 0,58х10-3 м3/с;

Минимальный рекомендуемый расход 0,08х10-3 м3/с;

Перепад давления на клапане 0,5 МПа;

Утечка масла через клапан -

В качестве отделителей твердых частиц используют фильтры и сепараторы. Качество очистки определяется размером задерживаемых частиц: грубая - до 100 мкм, нормальная - до 10 мкм, тонкая - до 5 мкм, особо тонкая - до 1 мкм. Так как в исходных данных работы размер отделяемых частиц не оговорен, то принимаем нормальную степень очистки (размер частиц до 10 мкм).

Параметрами для подбора типоразмера фильтра являются: наименьший размер задержанных частиц, рабочее давление и пропускная способность (по расходу рабочей жидкости).

В данной гидросистеме фильтр расположен на линии слива. Давление там незначительное. Поэтому по каталогу выбираем фильтр магнитно-сетчатый сдвоенный ФМС-12 [4]. Фильтры такого типа предназначены для очистки от примесей минеральных масел вязкостью до 600 мм2/с.

Характеристика фильтра ФМС-12:

Наименьший размер задерживаемых частиц 5…10 мкм;

Наибольшее рабочее давление 0,6 МПа;

Количество магнитов 6;

Диаметр магнитов 55 мм;

Диаметр фильтрующего сетчатого элемента 50 мм;

Количество фильтрующих элементов 16;

Вес фильтра 4.65 кг;

 

6.5 Выбор рабочей жидкости

В объемном гидроприводе рабочая жидкость служит в качестве носителя энергии, смазки, а также является охлаждающей средой (отводит тепло из системы). В соответствии с назначением к ней предъявляются ряд требований, которым наиболее удовлетворяют минеральные масла и синтетические (силиконовые) жидкости. При выборе марки рабочей жидкости необходима заданная рабочая температура. По заданию t=40 оС.

Подобранный гидроцилиндр работает на минеральном масле вязкостью 18…60 сСт (мм2/с) при температуре 10 – 50 оС. Рекомендовано использовать масло индустриальное 20 и масло индустриальное 30.

Выбираем масло индустриальное 20 ГОСТ 1707-51. Вязкость 20 сСт при t=50 оС, плотность 890 кг/м3.

 

6.6 Расчет гидролиний