Процессы горного производства
Введение
Интенсивное развитие горного производства и сокращение сроков ввода в эксплуатацию новых карьеров, а также заводов и фабрик, железных и автомобильных дорог, газо- и нефтепроводов требуют ускоренного выполнения больших объемов и комплексной механизации земляных работ, значительную долю которых выполняют бульдозеры, бульдозеры-рыхлители, бульдозеры-погрузчики, скреперы и грейдеры. Существенное значение придается применению этих машин при добыче полезных ископаемых, производстве строительных материалов и в сельскохозяйственном строительстве.
Целью данного курсового проекта является приобретение навыков в расчете и конструировании машин для открытых земляных работ,в частности бульдозера универсального на базе трактора тягового класса 150 кН Т-180Г на гусеничном ходу.
В данной работе будут представлены общие сведения о классификации бульдозеров, в зависимости от их назначения, рабочего оборудования, ходового устройства и др. А также будет произведен расчет всех вышеперечисленных характеристик.
1.Информационный обзор
Назначение. Бульдозер представляет собой самоходную землеройно-транспортную машину, предназначенную в основном для срезания планировки и перемещения на расстояние до 150 м грунтов и материалов..
Состоит бульдозер из базового трактора или тягача, впереди которого в поперечной плоскости навешен рабочий орган - отвал. Бульдозер - это машина цикличного действия: сначала осуществляется рабочий ход (разработка и перемещение грунта, засыпка траншей, срезка кустарника и т.п.), затем холостой ход (возвращение в исходное положение), после чего цикл повторяется.
При установке на бульдозер в задней части трактора рыхлителя получают бульдозер-рыхлитель. Бульдозеры-рыхлители разрабатывают грунты более высокой прочности и смерзшиеся материалы после их предварительного рыхления.
Классификация. Бульдозеры классифицируют по назначению, типу ходовой части, конструкции рабочего оборудования, форме и назначению рабочего органа, типу привода рабочего оборудования, тяговому классу базовой машины (мощности двигателя).
По назначению различают бульдозеры общего назначения и специальные.
- Бульдозеры общего назначения используют для выполнения основных видов землеройно-транспортных и вспомогательных работ на различных грунтах и в климатических условиях умеренной зоны с температурой окружающей среды ± 40 °С, холодного климата с температурой воздуха до - 60 °С, а также в условиях тропиков с температурой до 50 °С.
- Специальные бульдозеры предназначены для выполнения целевых работ в специфических грунтовых или технологических условиях. Выпускают бульдозеры-путепрокладчики, используемые при прокладке дорог и путей, бульдозеры-толкачи - для работы со скреперами, трюмные бульдозеры - для штабелирования материалов и полезных ископаемых в трюмах теплоходов, подземные бульдозеры - для работы в шахтах и штольнях, подводные бульдозеры - для работы в воде.
По типу ходовой части выпускают гусеничные и колесные бульдозеры.
- Гусеничный бульдозер распространен наиболее широко, так как может быть использован в тяжелых грунтовых условиях.
- Колесный бульдозер применяют при работе в более легких дорожных условиях и необходимости часто перебазироваться с объекта на объект.
По конструкции рабочего оборудования различают бульдозеры с неповоротным отвалом, поворотным отвалом в плане, универсальные и бульдозеры-погрузчики.
- В бульдозерах с неповоротным отвалом он установлен перпендикулярно продольной оси машины неподвижно или с небольшим угловым качанием в поперечной плоскости.
- В бульдозерах с поворотным отвалом его можно поворачивать на определенный угол в обе стороны от основного положения.
- Универсальные бульдозеры оборудованы шарнирно-сочлененным отвалом из двух одинаковых частей, которые могут быть установлены перпендикулярно продольной оси машины, под углом в одну сторону или под углом в разные стороны.
- Бульдозеры-погрузчики характеризуются тем, что на подъемной стреле шарнирно установлен отвал; вместо него можно навешивать грузовой ковш или другие виды сменного рабочего оборудования (например, крюк).
По форме рабочего органа различают прямой, полусферический, сферический отвалы.
По назначению отвалы подразделяют на землеройный, скальный, снежный, угольный, а также отвалы для толкания скреперов, уборки древесных отходов, мусора.
- Землеройный отвал используют при разработке грунтов и насыпных материалов.
- Скальный отвал с лобовым листом большей толщины и усиленной металлоконструкцией предназначен для перемещения горных пород и крупнокусковых материалов.
- Снежный отвал, состоящий из двух половин, установленных под определенным углом один к другому, применяют при уборке снега.
- Угольный отвал используют при складировании материалов.
- Отвал для толкания скреперов усиливают в средней части толстым листом.
- Отвалы для уборки древесных отходов и мусора изготовляют больших размеров и снабжают прорезным козырьком.
По классу, который означает номинальную силу тяги базового трактора, различают бульдозеры следующих видов: малогабаритные (класса до 0,9, мощностью 18,5...37 кВт), легкие (классов 1,4...4, мощ¬ностью 37...96 кВт), средние (классов 6...15, мощностью 103...154 кВт), тяжелые (классов 25...35, мощностью 220...405 кВт), сверхтяжелые (классов 50...100, мощностью 510...880 кВт).
Устройство бульдозеров. Наиболее распространены бульдозеры с неповоротным отвалом, с поворотным отвалом, бульдозеры-рыхлители, а также бульдозеры-погрузчики.
Бульдозеры с неповоротными отвалами бывают с жесткими (рис. 1, а) и шарнирными (рис. 1, б) толкающими брусьями.
Рис. 1. Гусеничные бульдозеры с неповоротными отвалами: 1 отвал, 2 - несущая рамка, 3 - гидроцилиндр подъема-опускания отвала, 4 - рукав, 5 подрамник, 6 - поперечная балка, 7 - толкающий брус, 8 - трактор, 9 нож, 10 двигатель, 11 - муфта сцепления, 12 кабина, 13 коробка передач, 14 - задний мост, 15 звездочка, 16 гусеничная тележка, 17 - гусеница, 18 шарнир, 19 гидрораскос, 20 - универсальный шарнир; положения отва¬ла: 1 нижнее,// - рабочее,/// - транспортное
Бульдозер первого типа оборудован отвалом 1, к которому жестко приварены два толкающих бруса 7, охватывающих снаружи базовый трактор 8. Брусья шарнирно установлены на поперечной балке 6, болтами прикрепленной к раме трактора. Спереди к ней также прикреплен подрамник 5, к которому шарнирно через несущую рамку 2 подвешен один гидроцилиндр 3 двойного действия. К гидроцилиндру подведены два рукава высокого давления 4, которые соединяют его с гидросистемой трактора. Она состоит из гидронасоса, гидрораспределителя, гидробака и гидролиний. Подавая давление масла, развиваемое гидронасосом, в одну полость гидроцилиндра, поднимают бульдозерный отвал, в другую - опускают его. Отвал в зоне резания грунта оборудован съемными ножами 9.
Бульдозер второго типа включает в себя прямоугольные толкающие брусья 7, которые с одной стороны шарнирно с помощью упряжных шарниров 18 связаны с тележками 16 трактора, с другой - универ-сальными шарнирами - с отвалом 1.Для сохранения определенного положения и резания грунта с минимальными затратами энергии отвал с одной стороны удерживается гидрораскосом 19, с другой - жесткой тягой. Гидрораскос подсоединен к гидросистеме трактора и осуществляет перекос отвала в поперечной плоскости. Бульдозер оборудован двумя гидроцилиндрами 3 подъема - опускания, которые также связаны с гидроприводом трактора.Гидроцилиндрами подъема - опускания 3 отвал устанавливают в нижнее I, рабочее II, транспортное III и промежуточные положения.В качестве базовой машины может быть использован трактор, тягач или специальное шасси. Двигатель 10 трактора через муфту сцепления 11 или гидротрансформатор приводит в действие коробкупередач 13 и задний мост 14. Звездочки 15 передают вращение от двигателя гусеницам 17, которые перемещают всю машину вперед или назад. Кабину 12 размещают преимущественно в задней (у тракторов типа ДТ-75Н, Т-4АП2, Т-170) или в средней (у трактора ДЭТ-250М2) части, а также впереди машины со стороны бульдозерного оборудования (у трактора Т-330).
Бульдозеры с поворотным отвалом (рис. 2) отличаются от бульдозера с неповоротным отвалом тем, что на базовый трактор 5 на упряжных шарнирах 6 крепят охватывающую раму 3. Впереди рамы приварена шаровая опора, на которой установлен отвал 1, поворачи-вающийся налево или направо по ходу движения машины.По краям отвала располагают толкатели 2, предназначенные для крепления его к охватывающей раме. Переставляя вручную толкатели в кронштейнах на раме, устанавливают отвал в правое положение по ходу машины, среднее или левое.
Рис. 2. Гусеничный бульдозер с поворотным отвалом:1 - отвал, 2 - толкатель с откосом, 3 рама, 4 гидроцилиндр, 5 - трактор, 6 - шарнир, 7,8 - ножи
Бульдозер выполняет такие же работы, как бульдозер с неповоротным отвалом, при боковых положениях отвала засыпают траншеи или очищают снег. Вертикальные перемещения отвала выполняют гидро-цилиндрами подъема—опускания 4. Отвал оборудован средними 8 и крайними 7 ножами.
Бульдозер-рыхлитель (рис. 3) характеризуется тем, что на тракторы, оборудованные бульдозером с неповоротным или поворотным отвалом, сзади навешивают гидравлический однозубый или многозубый рыхлитель. К заднему мосту базового трактора 8 крепят на шпильках опорную раму 7, на которой внизу шарнирно установлена рама 1, а вверху - тяга 5. К тягам шарнирно прикреплена рабочая балка 4 так, что образуется параллелограммный четырехзвенник. По диагонали четырехзвенника установлены гидроцилиндры 6. В рабочей балке закреплен зуб 3 прямоугольного сечения, на конце которого установлен быстросъемный наконечник 2.Выдвигая шток гидроцилиндра, поднимают рабочую балку и зуб в верхнее положение, втягивая шток - заглубляют рыхлитель в грунт. Благодаря параллелограммному четырехзвеннику зуб перемещается при подъеме по траектории, близкой к вертикали. На тяжелых бульдозерах-рыхлителях применяют рыхлители, у которых вместо верхней тяги устанавливают гидроцилиндры, обеспечивающие угловые перемещения рабочей балки и зуба для получения больших разрушающих усилий машин.
Рис. 3. Бульдозер-рыхлитель: 1,7 рамы. 2 наконечник, 3 - зуб, 4 - рабочая балка, 5 - верхняя тяга, 6 гидроцилиндр подъема-опускания, 8 гусеничный трактор, 9 бульдозерное оборудование.
Бульдозер-погрузчик (рис. 4) агрегатируют с колесным трактором или шасси. На базовом тракторе 1 неподвижно закреплена рама 6, представляющая собой две вертикальные наружные стойки, жестко соединенные между собой. К раме шарнирно подвешивают стрелу 2. Одна сторона стрелы поднимается и опускается в вертикальной плоскости двумя гидроцилиндрами 5. На противоположном конце стрелы на двух шарнирах прикреплена рамка, которая поворачивается относительно стрелы двумя гидроцилиндрами 3. К рамке крепят бульдозерный отвал, погрузочный ковш или другие виды сменного рабочего положения.
Рис. 4. Бульдозеры-погрузчики на колесном тракторе ’’Беларусь”: а - с бульдозерным отвалом, б с погрузочным ковшом; 1 - трактор, 2 - стрела, 3, 5 гидроцилиндры поворота отвала и подъема опускания, 4 - отвал, 6 рама, 7 - погрузочный ковш
Основные параметры. К этим параметрам бульдозера (рис. 5) относят тяговый класс; мощность двигателей N.; массу М и положение центра масс a, d, I; переднюю рабочую скорость движения vp и заднюю холостую vx; длину продольной базы ходовой части колею гусениц или колес Вт; ширину гусениц Ъ или размер шин колесного трактора; дорожный просвет С; радиус поворота (на рисунке не показан); удельное давление и эпюру давления на грунт qn, q3; габаритные размеры LxBxA.
Бульдозерное оборудование характеризуется следующими пара-метрами: шириной В и высотой Н отвала; углом въезда машины а и съезда Р; высотой подъема Яп и опускания h отвала; скоростью подъе¬ма упи опускания v0 оборудования; углом перекоса отвала ± е; напорным Г и вертикальным Р усилием на режущей кромке. К параметрам отвала относят также радиус кривизны отвала R, углы - резания у, заострения ножей б, задний угол резания т, угол опрокидывания отвальной поверхности 0.Поворотные бульдозеры дополнительно характеризуются углом поворота отвала в плане относительно среднего положения в обе стороны: налево и направо по ходу машины.
Рис.5 Основные параметры бульдозера
- Ходовая часть базовых машин.
Гусеничная ходовая часть.
Ходовая часть - это совокупность элементов шасси, которые предназначены для передачи массы машины на опорную поверхность, сообщения поступательного движения и реализации силы тяги, необходимой для копания и наполнения грунтом рабочего органа бульдозера, бульдозера-рыхлителя, скрепера, грейдера.
Гусеничная ходовая часть обеспечивает машине следующие преимущества: высокие тягово-сцепные свойства (сцепление гусеницы с грунтом в 1,5... 1,7 раза больше, чем у колеса), повышенную проходимость по бездорожью и пересеченной местности, низкие удельные давления на грунт (0,03...0,08 МПа), высокую маневренность.
Недостатки гусеничной ходовой части - низкие рабочие и транспортные скорости движения (2,7...3,3 м/с), высокая металлоемкость, меньший срок службы (1500...2000 ч), разрушение покрытия асфальтовых и бетонных дорог, необходимость применения транспортных средств (трейлеров, большегрузных автомобилей) для перемещения гусеничных тракторов с объекта на объект при большом расстоянии.
В гусеничных тракторах преимущественно используют эластичную(рис.6) и полужесткую (тележечного типа)(рис7) ходовые части. Эластичная ходовая часть обеспечивает большие плавность хода и скорость движения трактора; тележечная ходовая часть воспринимает бо'льшие внешние нагрузки и обеспечивает лучшие точность управления и качество работ при агрегатировании с бульдозером.
Рис. 6. Эластичная ходовая часть гусеничного трактора типа ДТ-75НР:1 - рама, 2 - направляющие колеса, 3 - катки, 4 - ось, 5 - балансирная каретка, 6 — гусеничная цепь, 7 — механизм натяжения
Рис. 7. Полужесткая ходовая часть гусеничного трактора Т-170: 1 - направляющее колесо, 2 - механизм натяжения гусениц, 3 - пружина, 4, 5 - катки, 6 - рама тележки, 7 - опора, 8 - звездочка, 9 - раскос, 10 - рессора, 11 - трак, 12 - гусеничные цепи, 13 - масленка, 14 - пробка, 15 - поршень, 16 — корпус механизма натяжения.
1.2.Рабочее оборудование.
Бульдозерное и бульдозерно-
Бульдозерное оборудование с жестким креплением отвала к толкающим брусьям широко применяют на легких бульдозерах ДЗ-42Г(рис. 8).Бульдозерный отвал 2 представляет собой пространственную сварную металлоконструкцию. К лобовому листу полукруглого профиля сзади по всей длине приварены верхний и нижний пояса жесткости 14. При этом образуются листовые коробки. Верхняя и нижняя коробки связаны между собой дополнительным листом, что в совокупности образует опорную поверхность. К ней по бокам привари¬вают жестко два толкающих бруса бив центре - сварной кронштейн 13 для крепления гидроцилиндра 12 механизма подъема - опускания оборудования.
Рис. 8. Рабочее оборудование бульдозера с неповоротным отвалом и гидроперекосом ДЗ-171.1: 1 - нож, 2 - шека, 3 - козырек, 4 - пояса жесткости, 5, 16 - кронштейны, 6 - винтовой раскос, 7 - рукоятка. 8 - механизм компенсации перекоса, 9, 12 - тол¬кающие брусья, 10 — упряжной шарнир, 11 — гидрораскос, 13 — крестовина, 14, 18, 19 - пальцы, 15 - отвал, 17 - серьга, 20 - втулка, 21 - полусфера, 22 - крепеж¬ный болт, 23 – прокладки.
Бульдозерное оборудование с поворотным отвалом. Оно отличается большей универсальностью, так как рабочий орган его может быть установлен в плане прямо или под углом налево или направо по ходу движения машины.Рабочее оборудование бульдозера ДЗ-171.1.05 с поворотным отвалом (рис. 9) состоит из универсальной рамы, собранной из правой 5 и левой 7 полурам; упряжных шарниров 6; отвала 1; двух толкателей 2 с раскосами; двух гидроцилиндров 3 двойного действия, которые шарнирно подвешены на силовом канате базового трактора 4.
Упряжные шарниры в приварены к рамам гусеничных тележек трактора. Конструкции упряжных шарниров унифицированы с шарнирами, установленными на бульдозере ДЗ-171.1.Поворотный бульдозерный отвал выполняют большей длины, чем неповоротный. Поэтому бульдозеры с поворотным отвалом развивают меньшее удельное усилие резания при одинаковом тяговом усилии и классе базового трактора. Их применяют на разработке более легких грунтов, перемещении насыпных материалов, проведении планировочных работ и снегоочистке.Боковое положение отвала дает возможность повышать производительность бульдозера на засыпке траншей. При его движении вперед можно очищать дорогу от снега. Так как снег отличается небольшим коэффициентом трения, то легко стекает по отвалу на сторону.
Рис. 9а. Рабочее оборудование бульдозера ДЗ-171.1.05 с поворотным отвалом: 1 — нож, 2, 9 — кронштейны, 3 — козырек, 4 — пояса жесткости, 5 отвал,6 - крестовина, 7 - раскос, 8 - толкатель, 10 - упряжной шарнир, 11,14- полурамы, 12 - опора, 13 - крышка, 15 - гнездо, 16 - опора, 17 болт. 18 - полукрышка, 19 - палец, 20 - сменная втулка
1.3. Виды работ.
Бульдозеры, бульдозеры-рыхлители и бульдозеры-погрузчики широко применяют практически во всех отраслях народного хозяйства: гражданском, промышленном, сельскохозяйственном, дорожном, гидротехническом строительстве, лесной промышленности, при добыче полезных ископаемых, в промышленности строительных материалов, в мелиорации и ирригации, водном хозяйстве, сельскохозяйственном производстве, городском хозяйстве, металлургической и угольной промышленности, на строительстве нефте- и газопроводов и т.п.
Бульдозеры выполняют основные виды работ, схемы которых показаны на рис. 10. Эти машины отрывают котлованы под фунда менты зданий, сооружают насыпи железнодорожных и автомобильных дорог, срезают косогоры и засыпают выемки, производят планировку при переднем и заднем ходе, разравнивают материалы, толкают скреперы в тяжелых грунтовых условиях, погружают грунт или материал в автотранспортные средства и на конвейеры с помощью эстакады или лотка, разравнивают площадку и засыпают траншеи при строительстве нефтегазопроводов, возводят плотины, дамбы и роют каналы в мелиоративном и гидротехническом строительстве. Бульдозеры могут осуществлять валку деревьев, корчевку пней, срезку мелколесья и кустарников в дорожном строительстве и лесном хозяйстве. Широко применяют бульдозеры при добыче полезных ископаемых открытым способом в горном деле как для уборки растительного слоя земли и пустой породы, так и для разработки и транспортирования угля, золотоносных песков, железных руд. Зимой бульдозеры используют для снегоочистки дорог и площадей и снегозадержания в сельском хозяйстве.
Рис. 10. Основные виды работ, выполняемых бульдозерами:
а - разработка траншей, котлованов, каналов с отсыпкой грунта в кавальеры, насыпи; б - срезка косогоров и засыпка выемок, в — снятие плодородного слоя или пустой породы, г - планировка передним ходом, д - разравнивание при переднем ходе машины, е - планировка при заднем ходе машины, ж - засыпка траншей, з - толкание скрепера при наполнении ковша грунтом, и - погрузка грунта в автотранспорт с эстакады, к - погрузка материалов в автотранспорт с лотка, л - валка деревьев, м - корчевка пней, н - срезка кустарников и мелколесья, о - снегоочистительные работы; 1 - исходное положение бульдозера, 2 - резка и транспортирование грунта, 3 - бульдозер на насыпи, 4 - насыпь или кавальер, 5 - траншея, б -косогор, 7 - выемка, 8 - плодородный слой или пустая порода, 9 - полезные ископаемые или строительные материалы, 10 — скрепер, 11 - эстакада, 12 -‘автотранспорт, 13 - погрузочный лоток.
