Федеральное агентство по образованию 

Государственное образовательное  учреждение 
высшего профессионального образования

 

«ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
(НОВОЧЕРКАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)» 

ШАХТИНСКИЙ  ИНСТИТУТ (филиал)

 

ФАКУЛЬТЕТ  Сервиса машин и оборудования

КАФЕДРА   Сервис транспортных и технологических машин

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (строительные, дорожные и коммунальные машины)

 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

к курсовому проекту  по дисциплине:

"Конструкции,  расчет 

и потребительские  свойства изделий".

 
 
 

Выполнил:   студент группы  IV-8A             Харламов Е.А.

Принял:       доц., к. т. н.                                 Бондаренко О.А.

К защите                                                                  Защита принята                                 

______________                                   с оценкой ________  

"__"________2006г                             "___"_________2006г

 
 
 

Шахты 2006

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

      Земляные  работы являются одним из самых массовых и трудоемких процессов в строительстве. Земляные работы, выполняемые в процессе строительства, заключаются в разработке различных выемок – котлованов и траншей; в образовании насыпей – плотин, дорожного полотна, подсыпок территории, отвалов; в планировке площадей, при которых небольшие выемки чередуются с подсыпками; в обратной засыпке землей траншей, фундаментных котлованов; в отделочных работах путем разравнивания и уплотнения насыпей. Кроме того, перед началом земляных работ часто проводят подготовительные работы – очистка территории от лесонасаждений и разрыхление очень плотных или мерзлых грунтов.

      При производстве земляных работ применяются  землеройно-транспортные машины, экскаваторы, оборудование для гидромеханизации и машины для подготовительных и  вспомогательных работ. Современные проблемы создания и эксплуатации строительных, дорожных и коммунальных машин заключаются в повышении технического уровня этих машин и их оборудования. Это обеспечивается, прежде всего, за счет повышения их единичной мощности (энергонасыщенности) и производительности, универсальности и технологических возможностей, надежности и долговечности, улучшения удельных показателей важнейших рабочих параметров, развития гидрофикации приводов, широкого использования в конструкциях машин, унифицированных узлов, агрегатов и деталей, расширения номенклатуры сменного рабочего оборудования, применения современных систем автоматизации управления рабочими процессами, повышения приспособляемости машин к техническому обслуживанию и ремонту, улучшения условий труда машинистов (операторов) и т.п.

 

1 ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА  ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ 

В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ

 

      Глубина промерзания грунта в основном зависит  от его теплофизических свойств, интенсивности и продолжительности воздействия отрицательных температур. Учитывая, что при замерзании механическая прочность грунта, а следовательно, и трудоемкость разработки, резко возрастают, экономически целесообразно (если позволяют обстоятельства) производить мероприятия по предварительной защите грунта от промерзания, обеспечивающие его разработку в талом виде.

      Предохранение грунта от промерзания

 

       2 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЗЕМЛЕРОЙНЫХ РАБОТ

 

      По  заданию курсового проекта необходимо произвести отрывку траншеи в мерзлом грунте протяженностью 24 м, глубиной 1,5 м, шириной 1,2 м.

 
 
 

      Исходя  из сведений приведенных в пункте 1 и глубины промерзания грунта для наших природных условий (0,8 – 1,2 м), для заданных условий разработку траншей будем производить экскаватором с рабочим оборудование - обратная лопата, ковш емкостью 0,8 м³, при предварительном нарезании продольных прорезей вдоль траншеи. В качестве экскаватора принимаем пневмоколесный полноповоротный экскаватор 4-ой размерной группы ЭО-4322. Для нарезания прорезей будем использовать траншейный экскаватор 2086.00.00.000 на базе трактора МТЗ-82 «Беларусь». Основным вопросом, рассматриваемым в курсовом проекте, будет эксплуатационный расчет оборудования траншейного экскаватора.

 

3 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ

 

      3.1 Назначение и устройство траншейного экскаватора

      Оборудование траншейного экскаватора 2086.00.00.000 (в дальнейшем просто оборудование) монтируется на тракторе МТЗ-82 «Беларусь» и предназначено для нарезки щелей, траншей (шириной 140мм – зимний вариант, 270 и 400 мм – летние варианты). Оборудование применяется при прокладке силовых и телефонных кабелей, засыпания траншей и выравнивания неровностей почвы. И выпускается в трех исполнениях, в зависимости от ширины цепи режущего органа: 2086.00.00.000 – ширина реза 140 мм (с коэффициентом крепости в зоне резки  не более 3 единиц по классификации профессора М. М. Протодьяконова); 2086.00.00.000-01 – ширина реза 400 мм; 2086.00.00.000-02 – ширина реза 270 мм (в рыхлых грунтах с коэффициентом крепости в зоне резанья не более 1 единицы).

      Оборудование  может быть использовано для разработки мерзлых и других грунтов при подготовке строительных площадок путем нарезания щелей с отделением и выемкой блоков, а также для нарезки траншей при прокладке трубопроводов и прочих инженерных сооружений.

      Засыпание траншей и  выравнивание неровностей разрыхленной почвы осуществляется ножом бульдозера.

      Оборудование  траншейного экскаватора 2086.00.00.000 состоит  из следующих составных сборочных единиц: установка бульдозера 2086.06.00.000; часть режущая 2086.21.00.000,-01,-02; гидроходоуменьшитель 2086.12.00.000-02; гидросистема 2086.12.15.000.

      По  специальному заказу оборудование 2086.00.00.000 может комплектоваться установкой бульдозера 2086.16.00.000, позволяющей производить подъем, поворот и качание лопаты с помощью отдельных гидроцилиндров с отдельного пульта.

      Техническая характеристика оборудования приведена  в таблице 1.

      Таблица 1 – Технические данные оборудования

*Базовый трактор должен иметь возможность подключения ходоуменьшителя.

 

3.2 Расчет рабочего оборудования траншейного экскаватора

      3.2.1. Выбор основных параметров исполнительного органа.

      Скорость  подачи определяется по формуле:

      

  ,  м/с,

где    F_n – приведенная площадь потока грунта, принимаем F_n=0,003 м² ;

       _n – скорость резанья, _p = 0,89 м/c,

      L_щ – длина разрезной щели, развернутая, L_щ = 1,292 м;

      H_щ – толщина разрезной щели, H_щ = 140 мм = 0,14 м;

      Т – толщина бара, Т = 0,08 м.

 

      

.

      Исходя  из конструкции исполнительного  органа количество линий резанья n₁, принимаем равным девяти, т.е. n₁ = 9.

      Среднюю ширину среза t_cp определяем по формуле:

      

,  см,

      

  см.

        В соответствии со схемой набора  резцов (графическая часть курсового проекта) разбиваем все резцы на 9 групп:

      I группа – забойные резцы 3H₃ на 1 линии резанья

      M₁ = 1;   n=1 ; t_cp = 1,75 см. ;   β=0° ,

      где β – угол установки резца к вертикальной оси исполнительного органа.

      II группа – кутковые внутренние резцы 3H₃ на 2 линии резанья

      m₂ = 1;   n = 1;   t_cp = 1,75 см;   β = 13°.

      III группа – кутковые внутренние резцы 3H₃ на 3 линии резанья

      m₃ = 1;   n = 1;   t_cp = 1,75 см;   β = -13°.

      IV группа – кутковые внутренние резцы 3H₃ на 4 линии резанья

      m₄ = 1;   n = 1;   t_cp = 1,75 см;   β = 27°.

      V группа – кутковые внутренние резцы 3H₃ на 5 линий резанья

      m₅ = 1;   n= 1;   t_cp = 1,75 см;   β = -27°.

      VI группа – кутковые внутренние резцы 3H₃ на 6 линий резанья

      m₆ = 1;   n= 1;   t_cp = 1,75 см;   β = 45°.

      VII группа – кутковые внутренние резцы 3H₃ на 7 линий резанья

        m₇ = 1;   n = 1;   t_cp = 1,75 см;   β = -45°.

      VIII группа – кутковые внешние резцы 3H₃ на 8 линий резанья

      m₈ = 1;   n = 1;   t_cp = 1,75 см;   β = 55°.

      IX группа – кутковые внешние резцы 3H₃ на 9 линий резанья

      m₉ = 1;   n = 1;   t_cp = 1,75 см;   β = -55°.

      Количество  резцов в группе

      

,

      n₁ = 1 · 1 = 1;   n₁ = n₂ = n₃ = n₄ = n₅ = n₆ = n₇ = n₈ = n₉.

      Средняя толщина среза для каждой группы резцов определяется по формуле

      

,  см,

где    - длина режущей цепи, =3,827 м.

      

 см . см.

      Величину  сечения среза определяем по формуле:

      

, см².

             

см².

 

      3.2.2. Определение производительности  машины и времени,  затрачиваемого на работу.

      Определяем  производительность машины по разрезанию грунта – объем грунта, разрушаемый режущими зубьями в единицу времени (с учетом коэффициента разрыхления)

          ,                          

где    L – полезная длина щели  (L = 1,6 м), м;

       - коэффициент разрыхления,  = 1,3;

       _n – скорость подачи, м/c.

      

м³/ч.

     Эксплуатационная  производительность, м³/ч:

                ,                                  

где    K_n -  коэффициент использования производительности машины с учетом ее технического состояния и системы управления: K_n = 0,86 … 0,98;

      П_Т - техническая производительность.

         

м³/ч.

 

3.2.3. Расчет сил резания,  подачи и мощности

        Расчет сил ведется по группам  резцов в соответствии со схемой их набора на исполнительном органе и значении h_cp.

      В отдельные группы должны быть собраны  резцы одного типоразмера с примерно одинаковыми параметрами резания  и примерно одинаковым углом установки.

      Для отдельных групп расчет сил следует  вести по средним значениям толщины и ширины среза и углов наклона резцов к вертикали.

      Средняя сила резания на резце

      

.

      Приращение  силы подачи при затуплении резца

      

,

где    Y_1,y – отжимающая (сила) резец от щели (сила подачи), Н;

      Y_o,i – сила на остром резце, отжимающая его от забоя, средняя, Н;

      R_сж – сопротивление грунта одноосному сжатию, временное, Н/см²;

      S₃ – проекция площади затупления резца на плоскость резания, см²;

      К_об – коэффициент объемности напряженного состояния массива грунта.

        Средние силы резания на остром  резце определяются по средней  толщине среза при работе исполнительного органа полным диаметром

      на  забойном резце, Н

      ,

      на  кутковом резце, Н

   

,

      t_cp = t_cp3 = t_cpk = 1,75 см

      Средняя сопротивляемость грунта резанию в  не отжатой зоне очистной щели принимается равной 600 Н/см.

      Расчетная ширина режущей части резца b_p для каждой группы определяется в зависимости от формы режущей крошки и толщины среза (рис. 1).

 

      

      Рисунок 2.1 – Схема к расчету режущей  части резца

 

      На  рисунке показан резец с овальной главной, прямолинейными наклонными боковыми режущими кромками:

       - высота контакта резца;

       - радиус кривизны главной режущей кромки;

       - угол наклона боковой грани  резца.

      При  :

      

   , см.

      При  <12º:  , см,

      т.к. r=4,5 см ,  то   b_p = 2 · 4,5 = 9 см. 

 

      Тангенс угла бокового развала борозды резания

      

;

      

.

      Тогда угол = 49º10´.

      Коэффициент k , учитывающий хрупко-пластические свойства грунта, принимаем k =1.

      Коэффициент отжима k_от определяется по формуле

      

где     Н_p – расчетная мощность разрабатываемого грунта, м

      

,

здесь Н_max и Н_min – максимальная и минимальная мощность разрабатываемого грунта, соответственно (Н_max=1,6 м; Н_min=1,1 м).

      

;

       - коэффициент отжима на кромке  забоя, средний ( = 0,35);

       - коэффициент вариации значений  принимаем = 0,14;

      C и d – постоянные, зависящие от хрупко-пластических свойств грунта (С=0,10, d =1,00);

      B₃ – ширина захвата, м (B₃ = 0,14 м);

       - коэффициент учитывающий вероятность  отклонения коэффициента отжима  от средних значений , принимаем = 0.

      

.

 

      Коэффициент обнажения щели К_3,3:

      - для забойных резцов оптимальная ширина среза

       t_ОПТ=(1,25h_cp + b_p + 1,25)·K_ш , см,    

где К_ш – коэффициент ширины среза, принимаем К_ш=1.

       t_ОПТ=(1,25 · 3,253 + 9 + 1,25) · 1 = 14,3 см.

       t_cp < t_ОПТ.

       

       

- коэффициент обнажения забоя, оптимальный, средний

       

:

     - для кутковых резцов К_3,к принимаем равным 1,10.

 

     Коэффициент влияния угла резания на удельную энергию резания К_у, принимаем К_у = 1,29.

     Коэффициент формы передней грани резца принимаем  (для резцов с плоской передней гранью).

     Коэффициент, учитывающий схему резания К_с принимаем равным 1,00 (для последовательной схемы).

     Угол  установки резца  определяется конструкцией исполнительного органа:

       = 0º (13º;-13º;27º;-27º;-27º;45º;-45º;55º;-55º).

     Среднее значение силы резания на остром забойном резце можно определить по выражению

, Н (кгс),        

где

;

;

.

 

     Для кутковых резцов, Н(кгс)

      

      - для I и II групп

      - для IV и V групп, при

      

;

     - для VI и VII групп, при    

     

,

      - для VIII и IX групп, при     

     

.

       Коэффициент сопротивления резанию   принимаем = 0,44.

       Временное сопротивление грунта  одноосному сжатию определяем  по формуле

     

.

.

      Проекция  площади затупления резца на плоскость  резания

      

, см² .     

      Коэффициент формы режущей кромки резца К_p принимаем равным 0,65.

      Линейный  износ по задней грани резца , принимаем =0,7.

      

.

      Коэффициент объемности напряженного состояния массива

.

.

      Средняя сила внедрения резцов в направлении  подачи

      

.

     Средняя сила на остром резце, отжимающая его  от щели

.

      Коэффициент К_п, характеризующий отношение силы подачи к силе резания на остром резце, принимается равным 0,6.

I группа

У₀₃=0,6 · 374,145=224,487 Н, (22,45 кгс).

У_ср= 224+510 · 4,095 · 0,873 = 2047 Н, (204,7 кгс).

II и III группы