Розрахунок та побудова робочого устаткування на базі трактора ДЕТ-250

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Харківський національний автомобільно-дорожній університет

(ХНАДУ)

Механічний факультет

Кафедра будівельних і дорожніх машин ім. А.М. Холодова

Курсова робота з дисципліни: «Машини для земляних робіт»

Тема: «Розрахунок та побудова робочого устаткування на базі трактора ДЕТ-250»

Керівник Рєзніков О.О.

Студент гр. М - 41 Жемчугов Д.В.

2014

Зміст

Вступ

1. Розрахунок основних конструктивних параметрів бульдозера

2. Тяговий розрахунок бульдозера

3. Розрахунок параметрів приводу керування відвалом

4. Розрахунок на міцність

5. Продуктивність бульдозера

Література

Вступ

Бульдозер - машина циклічної дії, призначена для копання і переміщення ґрунту на відстань від 50 до 200 м. Також від може виконувати планувальні роботи.

Бульдозер складається з основних елементів: базового трактора і робочого устаткування. При проектуванні бульдозера потрібно обумовити навантаження, що діють на нього, а по цих навантаженнях можна виконати розрахунок гідроприводу.

Під гідроприводом розуміють сукупність пристроїв, призначених для надавання руху механізмів і машин за допомогою робочої рідини під тиском.

Широке використання гідроприводів у машинах для земляних робіт (МЗР), обумовлюється в їхніх істотних перевагах перед іншими типами приводів, і насамперед можливістю одержанні великих зусиль і потужностей при обмежених розмірах гідро двигунів.

Гідроприводи мають і недоліки, що обмежують їхнє використання в МЗР. Це втрати на тертя і витоки, що знижують КПД гідроприводу.

1. Розрахунок основних конструктивних параметрів бульдозера

Таблиця 1.1 - Параметри базового трактору

Основні агрегати і їх параметри	Позначення	Значення
Марка трактора	-	DЭТ 250
Потужність двигуна, кВт (л.с)	N	220.5(300)
Тип ходового обладнання	-	гусеничний
Тип трансмісій	-	механічна
Призначення (с/г або промислове)	-	п
Швидкості, км/год
уперед: перша передача		2,3
друга передача		6,8
третя передача		11,2
четверта передача		15,6
Тягове зусилля, кН		820
Габаритні розміри, мм
Довжина		6236
Ширина		3220
Висота		3180
База		4440
Колія		2450
Ширина гусениці		690
Маса трактора, кг		25500

Таблиця 1.2 - Параметри розроблювального ґрунту

Характеристика ґрунтів	Позначення	Суглинок
Категорія	-	3
Кількість ударів ударником ДорНІІ	n	12
Щільність ґрунту в природному стані,		1600
Кут внутрішнього тертя, град		40
Коефіцієнт внутрішнього тертя .		0,84
Кут зовнішнього тертя ґрунту по сталі, град		35
Коефіцієнт зовнішнього тертя ґрунту по сталі, град		0,7
Коефіцієнт розпушення		1,2
Коефіцієнт бокового тиску		0,4
Питомий опір ґрунту різанню, кПа		1,22
Коефіцієнт опору переміщення		0,12

Таблиця 1.3 - Характеристика матеріалу робочого обладнання

Параметри	Позначення	Значення
Марка сталі	-	09Г2С
Тимчасовий опір, МПа		520
Межа плинності, МПа		390
Межа витривалості, МПа		250
Допустима напруга, МПа		310

Визначення зчіпного тягового зусилля

(1.1)

де - нормальна реакція на рушійний елемент бульдозера в робочому стані.

- зчіпна вага машини, кН.

- коефіцієнт зчеплення рушія з грунтом, що відповідає припустимому буксуванню рушіїв.

- коефіцієнт використання зчіпної ваги.

(1.2)

Якщо двигун базової машини не може забезпечити одержання тягового зусилля, визначеного по зчепленню, то за номінальне тягове зусилля приймають найбільше зусилля, знайдене по потужності двигуна на нижчій робочій швидкості , яка приймається 2,5 - 3,6 км/год. При відсутності у базовій машини передач, які б могли забезпечити швидкість 2,5 - 3,6 км/год, номінальне тягове зусилля обчислюється для найменшої можливої швидкості.

Визначення тягового зусилля двигуна по потужності

(1.3)

де N - потужність двигуна базової машини, кВт.

- робоча швидкість руху базової машини, м/с.

- ККД трансмісії.

Визначимо номінальне тягове зусилля

(1.4)

(1.5)

Визначення центра тиску ґрунту на опону поверхню бульдозера

Рисунок 1.1- Визначення центра тиску грунту на опорну поверхню бульдозера;

а) перше розрахункове положення; б) друге розрахункове положення; в) трете розрахункове положення.

1 - е розрахункове положення: бульдозер стоїть на горизонтальній площині, відвал піднятий на максимальну висоту.

Положення центра тисків може бути розрахована по формулі

(1.6)

де - вертикальна складова, =0.

- горизонтальна складова опору грунту на відвалі, =0.

b (a) - відстань по горизонталі від центра ваги бульдозера до осі задньої зірочки, (приймається з креслення, приблизно де коробка передеч),м;

b = 2490мм,

- довжина бульдозера з розпушувачем; = 9440мм.

- висота точки прикладання результуючої горизонтальної і вертикальної складових опору грунту на відвалі, м. Величина встановлена експериментально і складає при різанні зв'язних грунтів в =0,17Н і при різанні незв'язних грунтів і виконанні транспортних операцій =0,27Н

Вертикальна складова: бульдозер трактор двигун

(1.7)

де v - кут нахилу до горизонталі результуючої сил опору на відвалі; .

Підставляємо значення у формулу (1.6):

2-е розрахункове положення: бульдозер ріже ґрунт на горизонтальній ділянці з оптимальною глибиною різання при максимальному обсязі призми волочіння.

Положення центру тиску:

, кН (1.8)

, кН (1.9)

, мм (1.10)

, мм

3-е розрахункове положення: бульдозер здійснює транспортування максимальної призми волочіння в траншеї без різання.

, кН

, мм

Визначення розмірів відвала

Головним конструктивними параметрами бульдозера є геометричні і кінематичні параметри відвала. Довжина відвала бульдозера В (м) і його висота Н (м) встановлюється залежністю для неповоротного відвала.

(1.11)

(1.12)

де - маса бульдозера, т.

(1.13)

, м

, м

Довжину неповоротного відвала вибирають мінімально можливою з врахуванням перекриття габариту базової машини по ширині, або найбільш виступаючих елементів штовхаючої рами не менш ніж на 100-200 мм з кожного боку.

Рисунок1.2-Визначення довжини відвала

Мінімально можлива довжина відвала визначається по формулі:

(1.14)

де - розмір, що враховує зазор між гусеницею та штовхаючим брусом включно, , - ширина бруса, що штовхає. В залежності від тягового класу трактора мм.

мм

Приймаємо:

м

м

Висота козирка та відвала з козирком:

(1.15)

(1.16)

Розрахунок та побудова профілю відвала

Параметри профілю відвала задаємося кутами.

Кут різання

Кут нахилу

Кут перекидання

Кут установки козирка

Експериментально показано доцільність створення відвалів з постійним радіусом кривизни.

При цьому кутові параметри відвала зв'язані відношенням

(1.17)

Кут нахилу криволінійної частини профілю визначаємо по формулі:

(1.18)

(1.19)

де приймається рівним ширині ножа в залежності від тягового класу бульдозера.

Приймаємо:мм.

Радіус криволінійної частини відвальної поверхні , висота відвала кути різання , перекидання і нахилу відвала зв'язані між собою залежністю:

(1.20)

Перевіряємо величину заднього кута .

(1.21)

де - швидкість заглиблення відвала, м/с;

- робоча швидкість бульдозера, м/с.

Побудова профілю відвала проводиться наступним чином (рис.3). З точки О (початок координат) проводять пряму ОА під кутом і пряму ОБ під кутом до осі абсцис. Точка А одержується в результаті перетину прямої ОА з горизонталлю проведеною на відстані Н від осі абсцис, а точка Б лежить на відстані від точки О. З точки А проводиться пряма під кутом перекидання , вона є дотичною до профілю відвала в цій точці. Перпендикуляр до цієї дотичної, проведений з точки А перетинається з перпендикуляром до лінії ОБ. В точці О1, яка таким чином є центром профілю відвала. Звідси радіусом О1А=О1Б= окреслюємо профіль криволінійної частини відвала.

Рисунок 1.3 - Схема і основні характеристики.

2. Тяговий розрахунок бульдозера

Загальний опір переміщенню бульдозера у процесі копання ґрунту складається з опору переміщення машини з врахуванням нахилу путі , опору ґрунту різанню опору переміщення призи волочіння , опору переміщений ґрунту догори по відвалу , пору переміщений ґрунту вздовж по відвалу (при поворотному робочому обладнані).

(2.1)

(2.2)

де - вага бульдозера, кН;

- коефіцієнт опору руху;

- кут повздовжнього нахилу путі;

(2.3)

де - коефіцієнт, що враховує вплив кут різання на питомий опір копання ґрунту;

- питомий опір різанню ґрунт незношеним ножем (МПа), з кутом різання ;

- глибина різання, м;

- ширина площадки зношення мм, визначається горизонтальним перерізом, який проходить через ріжучий край ножа;

- коефіцієнт опору, що залежить від затуплення (МПа);

(2.4)

де - щільність розпушеного ґрунту, т/м³;

- об'єм призми ґрунту перед відвалом, м³;

, - кути зовнішнього та внутрішнього тертя ґрунту;

- прискорення вільного падіння, м/с².

(2.5)

(2.6)

Об'єм призми волочіння ґрунт у розраховується за формулою, м³

(2.7)

де - коефіцієнт форми призми.

.

, м³

Розрахунок мінімального та максимальної глибини різання зношеним ножем

Мінімальна глибина різання

(2.8)

м

Максимальна глибина різання

(2.9)

м

Для оцінки отриманих результатів визначимо мінімальну глибину різання за умовою відшкодування витрат ґрунту з призми в бокові валики в процесі її переміщення.

, м (2.10)

де - дослідний коефіцієнт, для зв'язних ґрунтів ; для малозв'язних ґрунтів .

Якщо значення , при більше значення , то проектований бульдозер не можливо застосовувати для роботи під схил до .

Кут зсуву визначається залежністю

3. Розрахунок параметрів приводу керування відвалом

Визначення вертикального зусилля, що діє на ножі та зусилля на гідроциліндри підойму й опускання відвала

Рисунок 3.1 - Визначення вертикального зусилля, що діє на ножі.

1-е розрахункове положення: при заглибленні відвала в ґрунт відбувається перекидання бульдозера щодо задньої крайки опорної поверхні.

Визначимо вертикальне зусилля, що діє на ніж:

З умови

(3.1)

(3.2)

Н (3.3)

де - відстань від центра поворота до кромки ножа , м.

Розглянемо рівновагу бульдозерного устаткування для знаходження зусилля у гідро циліндрі.

Рисунок 3.2 - Визначення зусилля заглиблення відвала.

Зусилля, що виникає у гідро циліндрі при заглибленні відвала визначаємо з рівняння рівноваги.

(3.4)

Н (3.5)

де - вага робочого устаткування;

- плече від місця прикладення відносно місця кріплення робочого обладнання, визначається з рисунку, м: мм;

- плече цента ваги робочого обладнання відносно місця кріплення, визначається з рисунку, м: мм;

- сила заглиблення (у гідроциліндрі);

- плече положення сили гідроциліндра відносно місця кріплення робочого обладнання, мм.

Вага робочого устаткування:

Визначаємо зусилля, що діє на один гідроциліндр:

(3.6)

де - число гідроциліндрів.

Приймаємо .

Перевіряємо виконання умови:

де - зусилля заглиблення за умовами подолання несучої здатності ґрунту

де - коефіцієнт несучої здатності ґрунту, МПа, приймаємо МПаПа;

- ширина площадки ножа, що треться об ґрунт, см, приймаємо сммм;

- ширина відвала.

Умова виконується .

2-е положення: при виглибленні відвала з ґрунту відбувається перекидання машини щодо передньої крайки опорної поверхні.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.3 - Визначення вертикального зусилля, що діє на ножі.

Визначаємо вертикальне зусилля на відвалі.

Вертикальне зусилля на відвалі визначається з умови рівноваги:

Н (3.7)

де - визначається конструктивно. мм.

мм.

Розглянемо рівновагу бульдозерного устаткування.

Рисунок 3.4 - Визначення зусилля виглибленні відвала.

Зусилля гідроциліндра при виглибленні відвала визначається з рівняння рівноваги:

Н (3.8)

Рисунок 3.5- Визначення зусилля виглибленні відвала по нормальних умовах копання ґрунту.

Перевіряємо зусилля виглибленні по нормальних умовах копання ґрунту.

Визначимо силу ваги частини ґрунту який залишився на відвалі при його виглибленні.

Н (3.9)

- сила тертя, що виникає між ґрунтом, який залишився на відвалі і призмою ґрунту визначимо як:

Н (3.10)

Вертикальну складову зусилля копання визначимо як:

Н (3.11)

Горизонтальну складову зусилля копання визначаємо за умовами, що двигун працює в режимі 30% буксування, при

(3.12)

Зусилля виглиблення по нормальних умовах копання визначається з рівняння рівноваги:

(3.13)

де - висота шарнірів тягової рами над поверхнею опори рушіїв, мм.

Визначення горизонтального зусилля на відвалі

1-е розрахункове положення: відвал раптово упирається в перешкоду середньою крапкою крайки ножа при русі бульдозера по горизонтальній поверхні з циліндрами в замкненому положенні.

На відвал діє тільки горизонтальне зусилля.

(3.14)

де - коефіцієнт зчеплення рушіїв з опорною поверхнею,;

- коефіцієнт опору переміщення бульдозера, ;

- початкова швидкість копання, м/с;

- маса бульдозера.

Приведена жорсткість дорівнює:

(3.15)

де, - жорсткість перешкоди і металоконструкцій машини.

З експериментальними даними машини жорсткість перешкоди дорівнює кН/м.

Жорсткість металоконструкцій навісного устаткування бульдозера визначаємо по формулі:

кН/м (3.16)

де - коефіцієнт твердості навісного устаткування на 1 кг маси трактора, .

кН/м

Н.

2-е розрахункове положення: трактор вивішується на середньої крапки відвала при заглиблені з одночасним рухом бульдозера по горизонтальній поверхні. Циліндри розвивають зусилля, достатнє для нахилу трактора назад щодо задньої крайки гусениці.

Горизонтальне зусилля визначається:

(3.17)

де - вертикальне зусилля на ножі, Н.

- максимальний коефіцієнт зчеплення рушія з опорною поверхнею,

Приведена жорсткість дорівнює:

(3.18)

де - інтенсивність зростання опору різанню;

- інтенсивність зростання опору від нагромадження ґрунту перед відвалом.

(3.19)

де - поправочний коефіцієнт, що враховує вплив роду і конструкції ходових частин бульдозера на нахил траєкторії впровадження робочого органа, .

Н/м

(3.20)

де - опір переміщенню призми ґрунту, Н;

- опір переміщенню стружки ґрунту по відвалі, Н.

- обсяг призми ґрунту, м³;

- максимальна глибина різання, м.

Опір переміщенню призми ґрунту дорівнює:

(3.21)

Опір переміщенню стружки ґрунту по відвалі:

(3.22)

Н/м.

Тоді приведена жорсткість буде дорівнювати:

Підставляємо всі отриманні значення у формулу (3.17):

Н.

3-е розрахункове положення: трактор вивішується на крайній крапці відвала при інших умовах положення 2.

Горизонтальне зусилля на ножі:

(3.23)

Н.

На ніж відвала діє бічна сила:

(3.24)

де - колія трактора, мм;

- відстань від крайки ножа до задньої осі, мм.

Н.

4-е розрахункове положення: трактор вивішується на середній крапці при виглибленні відвала й одночасному русі вперед. Циліндри розвивають зусилля, достатнє для нахилу трактора вперед, щодо передньої крайки гусениць.

Горизонтальне зусилля визначається:

(3.25)

Також діє на ніж визначене раніше вертикальне зусилля:

, Н.

5-е розрахункове положення: трактор вивішується на крайній відвала при інших умовах положення 4.

Величина горизонтального зусилля на ножі числено дорівнює величині горизонтального зусилля на ніж у 4 розрахунковому положенні:

Н.

На ніж відвала діє бічна сила:

(3.26)

де - вертикальне зусилля на ножі, Н;

- відстань від крайки ножа до попередньої осі, м.

Н.

6-е розрахункове положення: відвал раптово упирається в перешкоду в зоні кріплення подовжніх брусів бульдозера.

На ніж відвала діє тільки горизонтальне зусилля , величина якого числено дорівнює горизонтальному зусиллю в 1 м розрахунковому положенні.

Н.

Отримані значення діючих зусиль на ножі відвала зводимо в таблицю 3.1.

Таблиця 3.1 - Розрахункові зусилля, що діють на ножі відвала

№	, Н	, Н	, Н
1	150564	-	-
2	135963	-	181448
3	135963	14725	181448
4	335556	-	239622
5	335556	156637	234889
6	150564	-	-

Визначення параметрів гідроциліндрів заглиблення, виглиблення відвала

Внутрішній діаметр гідроциліндра обчислюється в залежності від значень діючого зусилля і розрахункового тиску рідини в системі . Для висування і втягування штоку діаметром діаметр гідроциліндра визначається за формулами

(3.27)

4. Розрахунок на міцність

Розрахунок на міцність штовхаю чого брусу бульдозера з неповоротним відвалом

Рисунок 4.1 - Дія сил на навісне устаткування бульдозера

Розрахункові дані: Н; м; ; м; м; м; м; м.

Визначення зусилля, що діють у гідроциліндрі підойму, опускання відвала

(4.1)

Н

Визначаємо реакції у вертикальній площині в шарнірах брусів, що штовхають:

(4.2)

H

(4.3)

H

(4.4)

H

(4.5)

H

Визначення реакції в шарнірах кріплень брусів, що штовхають, до базової машини, що діють по осі

Рисунок 4.2 - Розрахунок брусів, що штовхають, з підкосами

; ; ; .

Визначаємо реакції в шарнірах від дії сили :

, Н (4.6)

(4.7)

(4.8)

(4.9)

де - момент інерції брусів, що штовхають;

- умовний момент інерції частини відвала.

, приймаємо .

т.к. то

Знаходимо реакції від сили :

(4.10)

Н

Реакція в шарнірах від сили :

(4.11)

Н

Визначаємо сумарні реакції в шарнірах і :

Н

Н

5. Продуктивність бульдозера

Технічна продуктивність бульдозера:

(5.1)

де - обсяг призми волочіння,

- коефіцієнт ухилу шляху,

- коефіцієнт, що враховує втрати ґрунту в бічні валки,

- коефіцієнт розпушення ;

-тривалість робочого циклу.

Час робочого циклу:

(5.2)

де - довжина шляху різання, переміщення ґрунту, холостого ходу м;

- швидкості руху при різанні, переміщенні ґрунту і холостому ході;

- -час на переключення передач, повороту бульдозера, опускання відвала.

Література

1. Холодов А.М., Нічке В.В. Назаров Л.В. Землеройно-транспортні машини. Довідник. Харків.:Вищя школа. Вид-во при Харків. Ун-ті, 1982 - 192с.

2. Пєктування машин для земляних робіт/ Під ред. А.М. Холодова.- Х.: Вища школа.Вид-во при Харків.Ун-ті. 1986.-272 с.

Размещено на Allbest.ru