Разработка усовершенствованной конструкции рыхлительного оборудования для бульдозера-рыхлителя на базе трактора Т-130Г с целью повышения эффективности работы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дипломная работа

на академическую степень Бакалавр транспорта

на тему: Разработка усовершенствованной конструкции рыхлительного оборудования для бульдозера-рыхлителя на базе трактора Т-130Г с целью повышения эффективности работы

Содержание

Введение

1. Анализ современного состояния развития рыхлителей

1.1 Общие сведения

1.2 Обзор рабочего оборудования рыхлителя

1.3 Производства земляных работ рыхлителями

2. Модернизация и расчет параметров рыхлителя на базе трактора T-130

2.1 Описание и техническая характеристика бульдозеров-рыхлителей на базе трактора Т-130

2.2 Усовершенствование рабочего органа рыхлителя

2.3 Определение сил действующих на рыхлительное оборудование

2.4 Расчет гидроцилиндра рыхлителя

2.5 Расчет зуба

3. Безопасность и экологичность разработки

3.1 Безопасность технических систем

3.1.1 Анализ потенциально опасных и вредных факторов

3.1.2 Требования безопасности при земляных работах

3.1.3 Требования безопасности при техническом обслуживании и ремонте машин

3.1.4 Требования безопасности труда при транспортировании и хранении машин

3.2 Расчет освещения

3.3 Противопожарная устойчивость машины или оборудования

3.4 Экологичность технических систем и оборудования

4. Определение показателей экономической эффективности от внедрения новой техники

4.1 Краткое описание сущность и преимущества проектного решения

4.2 Расчет годовой эксплуатационной производительности и количества машино-часов работы техники в году

4.3 Расчет эксплуатационных расходов

Заключение

Литература

Введение

Земляные работы являются одним из наиболее трудоемких производственных процессов в строительстве и в различных отраслях народного хозяйства. Машины для земляных работ в промышленном и гражданском строительстве используют при рыхлении плотных, скальных и мерзлых грунтов, планировании строительных площадок, подготовке оснований под дороги и проезды, разработке котлованов под фундаменты зданий и сооружений, рытье траншей открытым способом при прокладке городских коммуникаций и строительстве подземных сооружений, копании ям и приямков, зачистке дна и откосов земляных сооружений, обратной засыпке котлованов и траншей после возведения фундаментов и укладки коммуникаций, уплотнении грунтов и т. п.

Машины осуществляют разработку грунтов тремя основными способами: механическим, при котором грунт отделяется от массива пассивными и приводными (активными) режущими органами - ножами, зубьями, скребками, клиньями, резцами, фрезами и т.п.; гидромеханическим, при котором грунт разрушается в открытом забое направленной с помощью гидромонитора струей воды под давлением до 6 МПа или всасыванием предварительно разрушенного (гидромонитором или фрезой) грунта со дна реки или водоема грунтовым насосом-землесосом; взрывным, при котором разрушение грунта (породы) происходит под давлением расширяющихся продуктов сгорания (газов), взрывчатых веществ. Иногда применяют комбинированные способы разработки грунтов, например взрывной (предварительное рыхление) в сочетании с механическим (последующая разработка землеройной машиной с ножевым или ковшовым рабочим органом).

В настоящее время около 95 % земляных работ в строительстве осуществляется механическим способом. При выполнении земляных работ используется широкая номенклатура различных по назначению, конструкции и принципу действия машин, которые разделяются на машины для подготовительных работ; землеройно-транспортные; экскаваторы; бурильные; машины для бестраншейной прокладки коммуникаций; для гидромеханической разработки грунта; для уплотнения грунтов.

Земляным работам в строительстве, как правило, предшествуют подготовительные работы, связанные с удалением деревьев, кустарника, корневой системы, растительного слоя, валунов. Растительный слой грунта (почва) следует удалить и сохранить для рекультивации. Кроме того, трещиноватые скальные, полускальные и замерзшие грунты, а в отдельных случаях и просто плотные грунты, чтобы их можно было разрабатывать машинами не в ущерб производительности, разрыхляют. Для всех этих подготовительных работ применяются специальные машины - древовалы, кусторезы, корчеватели, рыхлители. Обычно это машины, созданные на базе гусеничных тракторов, оснащенных специальным навесным оборудованием. Иногда для этих целей можно использовать и бульдозеры, наиболее мощные из которых в настоящее время снабжаются вторым рабочим органом - рыхлителем.

Расширение области эффективного использования рыхлителей оказалось возможным благодаря значительному росту единичной мощности базовых тракторов и совершенствованию конструкций рыхлительного оборудования. Наиболее тяжелые модели однозубых рыхлителей на тракторах мощностью 400-500 кВт успешно применяются при разработке скальных и высокопрочных мерзлых грунтов.

Основные направления совершенствования навесного рыхлителя:

уменьшение времени заглубления и выглубления стойки и рыхление при оптимальном угле установки наконечника;

послойное глубокое рыхление за один проход рыхлителя;

регулирование расстояния между стойками (многостоечный рыхлитель)

1. Анализ современного состояния развития рыхлителей

1.1 Общие сведения

Рыхлители являются навесными рабочими органами к трактору и предназначены для предварительного рыхления тяжелых, каменистых или слежавшихся, а также мерзлых грунтов для облегчения последующей работы землеройно-транспортных машин.

Рыхлители применяют для послойного рыхления грунта и некоторых горных пород на отдельные куски или глыбы с размерами удобными для погрузки или последующей разработки. С помощью рыхлителей можно удалять из грунта крупные камни, взламывать различные покрытия и разрабатывать мерзлый грунт. Рыхлить грунт механическим способом обычно экономически выгоднее, чем буровзрывным.

Рабочим органом рыхлителя являются стойки-зубья, погружаемые в грунт и рыхлящие его при движении машины. До недавнего времени эти машины выпускали только прицепными. Они имеют большую массу, облегчающую внедрение зубьев в грунт, но маломаневренны и малопроизводительны - могут работать с базовыми тягачами без дополнительных видов рабочего оборудования.

В последние годы выпускают только навесные рыхлители, свободные от указанных недостатков. Их масса передается на базовый трактор, чем увеличивается тяговое усилие его по сцеплению. Эти рыхлители имеют большую маневренность; их можно агрегатировать с бульдозерным или погрузочным оборудованием, что повышает универсальность машины.

Рыхлители можно навешивать на трактора различных классов, чем обеспечивается выполнение разнообразных работ. Глубина рыхления изменяется в пределах 0,4-1,0 м, иногда даже до 1,5 м.

Основными параметрами рыхлителя являются: наибольшее тяговое усилие базовой машины по сцеплению Рт.сц, наибольшая глубина рыхления hр, число зубьев z, ширина наконечника стойки bн, угол резания , расстояние lр от низшей точки рамы до опорной поверхности машины при максимальной глубине рыхления hр, расстояние lн от наконечника зуба в крайнем нижнем положении до оси ведущей звездочки трактора.

Главным параметром, определяющим работу рыхлителя, является номинальное тяговое усилие базовой машины (трактора) по сцеплению; его определяют на плотном грунте при скорости 2,5- 3,0 км/ч и буксовании не более 7%. Для увеличения тягового усилия трактора при рыхлении очень плотных, мерзлых и скальных грунтов на траки устанавливают специальные грунтозацепы, позволяющие полностью реализовать мощность двигателя по сцеплению.

Классифицируются рыхлители по следующим признакам (рисунок 1.1): по назначению - машины общего назначения и специальные; по способу агрегатирования с базовым тягачом - прицепные и навесные; по мощности двигателя и по номинальному тяговому усилию базовых тракторов - сверхмощные (свыше 300 л. с), тяжелые (150-300 л. с), средние (76-149 л. с.) и легкие (меньше 75 л. с); тяговое усилие соответственно составляет: свыше 30; 20-30; 13,5-20 и до 3,5 Т; по типу движителя (ходовой части) базовой машины - гусеничные и колесные; по системе изменения глубины резания - гидравлические и канатные. Канатные системы имеются на прицепных рыхлителях.

Максимальную глубину рыхления, зависящую от класса базового трактора, выбирают в соответствии с данными таблицы 1.1.

Рисунок 1.1 - Классификация навесных рыхлителей

Таблица 1.1 - Параметры и показатели навесных рыхлителей в зависимости от класса тракторов

Параметры	Номинальное тяговое усилие базового трактора, кН
	30	60	100	150	250
Количество зубьев	1-5	1-3	1-5	1-3	1-3
Вылет от оси подвески lп, мм	450-800	600-1000	700- 1400	800-1500	1000-1900
Наибольшая глубина рыхления от опорной поверхности hр, мм	200-500	350-700	400-1000	500-1200	600-1500

1.2 Обзор рабочего оборудования рыхлителя

Рабочий орган рыхлителя состоит из несущей рамы, зубьев, подвески и гидроцилиндров управления. Зубья имеют сменные наконечники, лобовая поверхность которых защищена износостойкими пластинами для защиты от абразивного износа. Для интенсификации процесса рыхления на зубья рыхлителей устанавливают уширители, которые позволяют за один проход разрушать большие объемы материала и выталкивать каменные глыбы на поверхность. Уширители обеспечивают более устойчивое движение базового трактора и работу рыхлителя, практически сплошное разрушение материала между соседними бороздами, снижение общего количества проходов.

Зубья выполняют неповоротными, жестко закрепленными в карманах рамы и поворотными в плане (на угол 10... 15° в обе стороны) за счет их установки в специальных кронштейнах - флюгерах, прикрепляемых к раме шарнирно. Поворотные зубья способны обходить препятствия, встречающиеся в грунте. Подвеска рыхлителя к базовой машине - четырехзвенная (паралле-лограммная). Она обеспечивает постоянство угла рыхления зубьев независимо от величины их заглубления, что позволяет при оптимальных значениях этого угла осуществлять процесс рыхления с пониженными энергозатратами, повысить производительность рыхлителя и уменьшить износ наконечников зубьев.

В зависимости от назначения рыхлителя и вида выполняемых работ число зубьев может быть от одного до пяти. На тяжелых работах при рыхлении горных пород и мерзлых грунтов применяются однозубые рыхлители; для рыхления обычных тяжелых грунтов можно применять пятизубые рыхлители. Зубья выполняют прямыми или изогнутыми и обычно снабжают съемными наконечниками. Подъем и заглубление рабочего органа производятся гидроцилиндрами.

Эффективность современных рыхлителей в значительной степени определяется конструкцией механизма навесного устройства, посредством которого рабочий орган (зуб или зубья) присоединяется к базовому тягачу и фиксируется в заданном положении. Создание рациональных кинематических решений механизмов навесных устройств рыхлителей позволяет интенсифицировать процесс разработки мерзлых грунтов и горных пород и обеспечить наиболее прогрессивную технологию выполнения работ.

Навесные рыхлители соединяют с базовой машиной по трехзвенной или четырехзвенной схеме подвески. Разновидностью четырехзвенной подвески является параллелограммная.

Трехзвенная подвеска (рисунок 1.2, а) отличается простотой конструкции и малой металлоемкостью. Вместе с тем существенный недостаток ее - зависимость угла резания зубьев от их заглубления; он изменяется от максимального в начале заглубления до минимального на полной глубине рыхления.

Четырехзвенная подвеска рыхлителя (рисунок 1.2, б), хотя и более металлоемка, но применяют ее чаще, так как угол резания остается почти постоянным, что увеличивает срок службы наконечников рабочих органов. Существенным преимуществом такой подвески является и то, что рабочий орган при опускании на грунт отодвигается от базового тягача, вследствие чего исключается заклинивание кусков породы между рабочим органом и гусеницами трактора. Четырехзвенная подвеска позволяет разрушать грунт при подъеме рабочего органа, что невозможно при подвеске трехзвенной.

Рабочее оборудование крепят к раме базового трактора или к корпусу его заднего моста. Крепление к балкам гусеничных тележек менее рационально из-за повышенной металлоемкости, увеличения габаритов машины, усложнения обслуживания ходовой части и из-за плохого прохождения комьев разрушенного грунта или породы под охватывающей рамой.

Рисунок 1.2 - Конструктивные схемы навесных рыхлителей

а - трехзвенного; б - четырехзвенного; 1 - наконечник; 2 - стопорное устройство; 3 -стойка; 4 - флюгер; 5 - балка; 6 - рабочая балка; 7 - нижняя тяга; 8 - верхняя тяга; 9 - гидроцилиндр; 10 - опорная рама

Сравнительная оценка схем навески отечественного и зарубежного рыхлительного оборудования показывает, что наибольшее распространение получили навесные устройства в виде шарнирно-рычажных механизмов. Их подвижность относительно базового трактора реализуется использованием силовых гидроцилиндров двустороннего действия, приводимых в действие, как правило, от гидросистемы базового трактора. В запертом положении гидроцилиндров механизм навески имеет нулевую подвижность и рыхление грунта осуществляется за счет тягового усилия базового трактора. В ряде случаев гидроцилиндры служат для выламывания валунов и других включений в грунте.

Известны комбинированные конструкции рыхлительного оборудования, содержащие наряду с шарнирно-рычажными механизмами кулачковые пары - для регулирования угла рыхления (конструкция фирмы H&L Tooth, США), зубчатые пары - для регулирования глубины рыхления (конструкция фирмы Le Tourneau Westinghause, США), гибкие связи, обусловленные наличием амортизирующих устройств (конструкции фирм АТЕСО, США; Menk ФРГ; Komatsu, Япония) и канатов.

При всем разнообразии конструктивных схем наибольшее распространение получили две основные разновидности механизмов навесных устройств: с нерегулируемым и регулируемым углом рыхления в трех- и четырехзвенном наполнении.

Одним из наиболее простых и относительно дешевых является навесное устройство в трехзвенном исполнении, обеспечивающее присоединение зубьев к трактору через опорную раму посредством тяговой рамы и гидроцилиндров подъема-опускания (рисунок 1.3,а). В данном исполнении выпускаются одно-и многозубые рыхлители конструкции фирм Теrех, АТЕСО (США) с креплением зубьев посредством флюгерных устройств. В конструкциях рыхлителей фирмы Bendini Frascaroli (Италия) и рыхлительном оборудовании к погрузчику ТО-10А Берлинского завода дорожных машин предусмотрено жесткое крепление зубьев к тяговой раме укороченного типа. Такие рыхлители широко применяют при относительно неглубоком (до 1 м) рыхлении; они эффективны в стесненных условиях городского дорожного и ирригационного строительства. Рыхлители монтируют на тракторах мощностью до 323 кВт (Теrех 82-80). Для установки удлиненных зубьев рыхлители АТЕСО мод. HRM оборудованы выступом на тяговой раме для смещения зуба от трактора, что позволяет увеличить клиренс под зубом в транспортном положении. По схеме трехзвенного механизма с тяговой рамой удлиненного типа выполнены также и тяжелые рыхлители фирмы Kelley (США) на тракторах мощностью от 100 до 500 кВт. Однозубый рыхлитель фирмы Caterpillar мод. 700 на тракторе Д10 рыхлит грунт на глубину до 2,4 м (длина стойки зуба более 4,5 м). Зауженная удлиненная рабочая балка выполнена иэ высокопрочной легированной термообработанной стали. Масса рыхлительного оборудования 7,9 т.

В данном механизме подъем и опускание тяговой рамы с зубом сопровождается изменением угла рыхления б в пределах, равных по величине угловым перемещениям в тяговой рамы рыхлителя. При этом угол а в положении зуба на уровне опорной поверхности трактора приближается к 90°, а передняя грань стойки зуба имеет наклон в сторону трактора, в результате чего возрастает действующая со стороны грунта на переднюю поверхность зуба нормальная реакция, ухудшаются заглубляемость зуба и тягово-сцепные качества трактора. Некоторое уменьшение угла а в начале заглубления может быть достигнуто путем уменьшения вылета стойки зуба относительно тяговой рамы или поворотом верхнего звена опорной рамы, которая выполняется составной, посредством регулировочного устройства, например, гидроцилиндров или винтовых раскосов, как в конструкции рыхлительного оборудования трелевочного агрегата ЛД-18 Свердловского завода лесного машиностроения. Этими мерами одновременно изменяется максимальное заглубление зуба: уменьшается в первом случае и увеличивается во втором.



Рисунок 1.3 - Конструктивные схемы рыхлительного оборудования:

а - трехзвенное навесное устройство; б - четырехзвенное навесное устройство фирмы Fiat-Allis; в - а. с. 159769 (СССР); г - пат. 3539018 (США); д - а. с. 787576 (СССР); е - а. с. 376356 (СССР)

В связи с тем, что большинство грунтов при установившемся рыхлении достаточно эффективно разрушается при б=45-50°, распространение получили четырехзвенные, так называемые параллелограммные устройства, обеспечивающие в отличие от трехзвенных при в=var угол б=const. Звенья навесного устройства могут крепиться к ходовым тележкам и раме или к корпусу трактора. Рыхлительное оборудование выполнено в виде параллелограммного механизма, звеном которого является стойка зуба с рабочей балкой. Для обеспечения наибольших напорных усилий гидроцилиндры в ряде случаев установлены диагонально штоками вниз. По данной схеме выполнены рыхлители с нерегулируемым углом рыхления фирм Caterpillar, Internationa] Harwester, Case (США), Komatsu (Япония), Gimac, Pedzrini & Ballotta (Италия).

Наличие параллелограммного навесного устройства облегчает процесс разработки скальных и мерзлых грунтов, поскольку подъем тяговой рамы сопровождается подтягиванием зуба к трактору, и зуб взламывает промерзлую корку грунта. При параллелограммиом устройстве обеспечиваются одновременно лучшее сцепление базового трактора с опорной поверхностью и более полное использование его мощности. Рациональный угол рыхления во всем диапазоне глубины рыхления позволяет уменьшить энергоемкость процесса рыхления в связи со снижением степени дробления и смятия разрабатываемого грунта.

В последние гады разработана конструкция навесного устройства, отличающегося от параллелограммного тем, что его противоположные звенья могут иметь разную длину. По такой схеме выполнены основные типоразмеры рыхлителей ДП-26С, ДП-22С, ДП-9В, ДП-10С (на тракторах тяговых классов 10-25), а также современные рыхлители некоторых фирм США, Японии, Италии. Угол а при данном устройстве составляет в начале заглубления 50° и в дальнейшем уменьшается до 25-40°. Такое изменение угла а способствует более быстрому внедрению зуба в грунт и позволяет сократить время рабочего цикла.

В конструкциях четырехзвенных рыхлителей фирмы Fiat-Allis (Италия - США) на тракторах мощностью 170-400 кВт допускается установка пальца шарнира крепления верхней тяги в любое из отверстий 1, 2, 3 (рисунок 1.3,б), имеющихся в опорной раме. За счет того, что плечи механизма навески имеют разную длину, обеспечено изменение угла а в начале заглубления от 44 до 61° в зависимости от конкретных грунтовых условий. Наиболее мощный трехзубый рыхлитель мод. 41R с четырехзвенным навесным устройством обеспечивает максимальную глубину рыхления 1 м. Уменьшение длины опорного звена путем перестановки пальца шарнира крепления верхней тяги из верхнего отверстия и нижнее позволяет увеличить угол б в начале заглубления на 20% и клиренс под зубом в транспортном положении, что, как полагают, облегчает рыхление отсосов, улучшает маневренность агрегата и устраняет опасность заклинивания крупных включений между зубом, корпусом трактора и нижней тягой рыхлителя.

При совмещении осей вращения верхней и нижней тяг в двукратном нижнем шарнире возможно полное преобразование механизма навески из четырехзвенного в трехзвенный с дистанционно регулируемым углом рыхления. Такое преобразование может осуществляться дистанционно, для чего проушина шарнира крепления верхней тяги на опорной раме располагается в вертикальных ползунах и перемещается в крайние положения с использованием гидроцилиндра двустороннего действия.

Совершенствование механизмов навесных устройств современных рыхлителей направлено на повышение их кинематической подвижности и гидрофикацию рабочих операций, связанных с увеличением подвижности. Все большее применение находят рыхлители с дистанционно регулируемым углом рыхления а (на тракторах мощностью до 730 кВт мод. Д555 фирмы Komatsu), Изменение угла б в процессе рыхления расширяет область эффективного использования рыхлителей, позволяет реализовать рациональные режимы разработки мерзлых и скальных грунтов наиболее полным использованием тяговых возможностей базового трактора.

Наиболее распространены четырех- и многозвенные конструкции рыхлителей с регулируемым углом рыхления. В четырехзвенных конструкциях регулировка угла рыхления достигается изменением длины одной из тяг. Известны конструкции, в которых верхняя тяга выполнена с двумя отверстиями для соединения с рабочей балкой. Перестановка пальца шарнирного соединения осуществляется дистанционно с использованием, механизма в виде гидроцилиндра одностороннего действия с пружиной. Большинство современных рыхлителей на тракторах мощностью 150-730 кВт оборудуется рыхлителями, регулировка угла рыхления которых (в пределах до б=30°) осуществляется гидроцилиндрами двустороннего действия, установленными взамен верхней тяги (рисунок 1.3,в); подобная схема( использована в конструкциях рыхлителей! фирм Caterpillar, Fiat-Allis, Komatsu, Gimac, Pedrini & Ballotta. Распространению таких рыхлителей способствует относительная простота модульного преобразования механизмов, выполненных по параллелограммной схеме путем введения дополнительных гидроцилиндров взамен верхней тяги, чем достигается высокая унификация узлов рыхлителей одного типоразмера.

Использование навесок с дистанционно регулируемым углом рыхления на базе тракторов D10 и D9L, работающие с о целью получения оптимальных параметров процесса рыхления. Наибольший интерес представляют рыхлители мод. V-PAF фирмы АТЕСО с программным управлением, которое осуществляется с использованием задающих гидроцилиндров, фиксирующих перемещение штока одного гидроцилиндра (регулировка угла рыхления) и поворот корпуса другого (заглубление зуба).

Однозубые рыхлители фирмы Caterpillar с регулируемым углом рыхления на базе тракторов D10 и D9L, работающие с оборудованием массой 9,75 и 7,25 т, обеспечивают глубину до 1,8 и 1,9 м. Для облегчения обслуживания тракторов, монтажа и демонтажа такого массивного оборудования предусмотрено шарнирное пальцевое крепление жесткой опорной рамы на проушинах корпуса трактора. Навеска оборудования на трактор производится водителем с использованием гидроцилиндров подъема-опускания рыхлителя.

Рыхлители фирмы Komatsu отличаются тем, что штоки гидроцилиндров подъема-опускания зуба соединяются с рабочей балкой выше шарнира крепления нижней тяги. При работе такого рыхлителя облегчается выламывание прочных включений в грунте (валунов, балок и т. п.) непосредственно гидроцилиндрами регулировки угла рыхления вследствие реализации угловых перемещений зуба.

Основным недостатком механизма навески рыхлительного оборудования с верхним гидроцилиндром является ограничение диапазона регулировки угла рыхления до 30°, что в ряде случаев недостаточно, в частности, при использовании рыхлителей на разработке сезоннопромерзающих грунтов в стесненных условиях городского строительства.

Значительно больший диапазон (до 60°) регулировки угла рыхления реализуется при совмещении шарнира крепления тяговой рамы и гидроцилиндра изменения угла рыхления. Однако вследствие больших перегрузок, воспринимаемых гидроцилиндрами изменения угла рыхления, соединенными непосредственно с рабочим органом, данная схема пока не получила распространения и применялась в основном на рыхлителях мощностью до 150 кВт. Шарниры крепления гидроцилиндров изменения угла рыхления могут быть совмещены с осью вращения тяговой рамы и установлены на опорном кронштейне (рыхлители фирмы Gimac) или непосредственно на тяговой раме (рыхлители сельскохозяйственного типа фирм Caterpillar и Orendorff, США). Тяжелый рыхлитель фирмы АТЕСО на тракторе мощностью 300 кВт снабжен специальными рассчитанными на высокие пиковые нагрузки гидроцилиндрами регулировки угла рыхления; на нем также установлены усиленные пальцы крепления нижней тяги (диаметром 114 мм) и амортизирующие устройства типа Push-Pull VYBA. Наибольшая глубина рыхления 1,5 м, угол рыхления регулируется в диапазоне 60°. Рыхлитель имеет увеличенную длину, что позволяет разрабатывать плитообразующие материалы без заклинивания между нижней тягой, трактором и зубом.

Фирмой Gimac предложен трехзвенный механизм навески выполненный с оригинальной схемой привода гидроцилиндров механизмов подъема-опускания зуба и регулировки угла рыхления, заключающийся в последовательном соединении двух трехпозиционных распределителей (основного трехлинейного и дополнительного четырехлинейного). При такой схеме силовые гидроцилиндры механизмов могут работать автономно либо один (изменения угла рыхления) при обратном ходе другого (подъема-опускания зуба). В последнем случае рыхлительное оборудование работает аналогично параллелограммной схеме навески.

Совершенствование навесных устройств рыхлителей направлено на усложнение конструкции и создание многозвенных навесок оборудования, позволяющих обеспечить регулировку угла рыхления в широких пределах с заданной траекторией заглубления. Распространены многозвенные механизмы навески, выполненные путем присоединения к четырехзвенной навеске модуля механизма регулировки угла рыхления. Подобная схема используется в конструкциях ножевых кабелеукладчиков фирмы АТЕСО, а также в перспективных решениях рыхлителей фирмы Komatsu. При этом установка гидроцилиндров регулировки угла рыхления предусмотрена между шарниром в задней части рабочей балки и двукратным шарниром соединения верхней тяги с трехшарнирным звеном четырехзвенного механизма.

Предлагается также параллелограмммное навесное устройство монтировать на опорной раме посредством промежуточного звена - опорного коромысла, связанного двукратным шарниром с нижней частью опорной рамы. Регулировка положения навесного устройства и. следовательно, угла рыхления осуществляется гидроцилиндром, размещенным между опорной рамой и коромыслом. Механизм навески реализует траектории заглубления зуба с постоянным углом рыхления, однако ввиду сложности компоновки на базовом тракторе практической реализации не получил.

При необходимости дистанционной регулировки угла рыхления и задания более сложного закона изменения его по мере заглубления применяют многозвенные механизмы навески с шарнирно-сочлененными тягами.

В многозвенной конструкции рыхлителя фирмы АТЕСО (см. рисунок 1.3,г) верхняя и нижняя тяги имеют неизменяемую длину. Рабочая балка, являясь ведущим звеном механизма заглубления зуба, соединяется с верхней тягой через дополнительную тягу, образующую с остальными элементами навески шарнирный многозвенный механизм. Гидроцилиндр изменения угла расположен между шарниром сочленения тяг и шарниром в задней части рабочей балки. Регулировка угла рыхления осуществляется поворотом рабочей балки и тяг.

Аналогичный подход к регулировке угла рыхления реализован в конструкции другого многозвенного рыхлителя (пат. 3807508, США). Однако в данном случае гидроцилиндры изменения угла рыхления расположены между шарниром сочленения тяги с балкой и шарниром в нижней тяге.

В рассмотренных конструкциях гидроцилиндры изменения угла рыхления расположены в непосредственной близости от рабочего органа и воспринимают в процессе рыхления значительные динамические сжимающие нагрузки, что снижает их долговечность. При этом существенным недостатком большинства конструкций является ограниченность диапазона регулировки угла рыхления в пределах 30°.Область эффективного использования рыхлителей существенно расширяется при реализации возможности регулировки угла рыхления в сочетании с заданной траекторией заглубления. Это достигается, например, регулировкой длины смежных звеньев механизма навесного устройства, что, как показано на рисунке 1.3,д, достаточно просто и полно реализуется при установке верхних гидроцилиндров регулировки угла рыхления в сочетании с промежуточным звеном, смонтированных в верхней части рабочей балки (а. с. 787576, СССР).

Регулировка угла рыхления и траектории заглубления достигается также использованием многозвенных конструкций с шарнирно-сочлененными верхними тягами. Во ВНИИстройдормаше разработана схема механизма навески рыхлителя с шарнирно-сочлененной верхней тягой, позволяющая регулировать траекторию заглубления, а также угол рыхления в диапазоне более 30°. Навесное устройство рыхлителя включает в себя рабочую балку, нижнюю тягу и шарнирно-сочлененную из переднего и заднего элементов верхнюю тягу (см. рисунок 1.3,е). Шарнир сочленения элементов тяги связан со штоком силового гидроцилиндра двойного действия, а корпус гидроцилиндра закреплен в проушине нижней тяги или в шарнире ее соединения с рабочей балкой. Гидроцилиндр изменения угла рыхления воспринимает при работе в основном растягивающие усилия через систему тяг, снижающих его перегрузку. Пределы изменения угла рыхления обусловлены выбором длин тяг. Установка гидроцилиндра регулировки угла рыхления между верхней и нижней тягами позволяет получить наибольший момент на рабочем органе при номинальной нагрузке на гидроцилиндр изменения угла рыхления. Рыхлитель с шарнирно-сочлененной верхней тягой обеспечивает регулировку угла б в широких пределах. Раздельное управление механизмами подъема-опускания зуба и изменения угла рыхления облегчает внедрение зуба в грунт и выламывание твердых включений (валунов, балок, плитообразующих материалов и т. п.).

Подобный принцип действия механизма навески реализован в конструкции рыхлителя МП-40, успешно применяемого в строительных организациях Москвы, Воркуты, Новосибирска; использован он и в конструкции рыхлителя ДП-29ХЛ. Созданный на базе трактора тягового класса 10 рыхлитель с шарнирно-сочлененной верхней тягой МГ1-40 конструкции ВНИИстройдормаша обеспечивает дистанционную регулировку угла рыхления в пределах от б=87° в крайнем верхнем до б=32° в крайнем нижнем положении. Установлено, что рыхлитель весьма эффективен при разработке сезонно-промерзающих и вечномерзлых грунтов с температурой до -10°С. Увеличение угла рыхления на поверхности грунта значительно ускоряет заглубление зуба, облегчает разработку откосов, насыпей. При установившемся рыхлении уменьшение угла рыхления ведет к увеличению производительности и снижению энергоемкости процесса. Путем инверсии механизма рыхлителя МГ1-40 фирмой Komatsu получена навеска, отличающаяся тем, что шарнир гидроцилиндра механизма изменения угла рыхления смонтирован непосредственно на опорной раме, причем за один полный рабочий ход гидроцилиндра изменение угла рыхления происходит дважды. При такой конструкции заглубление рыхлителя может сопровождаться в зависимости от величины хода гидроцилиндра уменьшением или увеличением угла рыхления.

Одним из высокопроизводительных и перспективных способов разработки прочных грунтов является послойная их разработка рыхлителями на базе мощных тягачей. Однако подавляющее большинство тягачей имеют явно недостаточное тяговое усилие на крюке, для разрушения таких грунтов. Тяговое усилие ограничено сцеплением гусениц тягача с грунтом (коэффициент сцепления составляет 0,6-0,7), поэтому при увеличении массы тягача нерационально расходуется мощность двигателя.

Оптимальное тяговое усилие может быть реализовано при использовании динамических рабочих органов. При динамическом разрушении грунтов значительно уменьшается тяговое усилие и создается возможность концентрации мощности непосредственно на рабочем органе, что позволяет избежать кинематических потерь и увеличить полезную единичную мощность машины. Кроме того, автономность рабочего органа позволяет значительно уменьшить массу машины, а также нагрузки на ее конструкцию.

Под действием динамических нагрузок уменьшаются эффективные, а в некоторых случаях (для слабых связных грунтов) и истинные (физические) коэффициенты трения рабочего органа по грунту. В слабых грунтах отсутствует уплотннтельное ядро впереди рабочего органа, что снижает сопротивление грунтов рыхлению.

Разработан динамический рабочий орган (рисунок 1.4) для рыхления плотных и мерзлых грунтов, а также для скалывания асфальта и льда на дорогах. Для уменьшения инерционных масс рабочий орган выполнен с вибрирующим наконечником, что позволило значительно уменьшить энергоемкость процесса. Повышение эффективности процесса разрушения достигнуто в результате того, что вынуждающая сила направлена вдоль оси наконечника и сов-. падает с направлением движения машины. Основным видом деформации грунта является разрыв.

Динамический рабочий орган для рыхления плотных мерзлых грунтов (рисунок 1.4) состоит из стойки 4 жестко закрепленной на раме 3. В стойке выполнена полость 11, в которой расположен поршень 6, передающий через палец 7 усилие на наконечник 9. Между стойкой и наконечником имеется резиновая прокладка 8. Палец, закрепленный в резиновых втулках 10, может перемещаться вдоль оси стойки вместе с наконечником. Через трубопровод 5 стойка зуба соединена с пульсатором 2, который приводится в движение гидромотором 1 от бортовой системы трактора. В начале рабочего хода рыхлителя наконечник под действием сил сопротивления грунта стремится приблизиться к стойке и усилие через палец передается на поршень. В системе первоначально задается давление жидкости, поэтому палец в стойке находится в "плавающем" положении, что позволяет с помощью пульсатора 2 сообщать наконечнику пульсирующие движения.

Рисунок 1.4. Рабочий орган для рыхления мерзлых и плотных грунтов

На кафедре "Строительные и дорожные машины" Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры на основе выполненных ранее теоретических и лабораторных исследований по определению целесообразности использования рыхлительных рабочих органов с траекторным смещением рыхлительных зубьев разработана конструкция нового рыхлительного рабочего органа (рисунок 1.5). Экспериментальный рабочий орган выполнен на базе серийного рыхлителя ДП-10С, агрегатируемого с гусеничным трактором Т-330 с бульдозерным оборудованием ДЗ-59ХЛ.

а) б)

Рисунок 1.7. Рабочий орган трехзубого рыхлителя с наклонным и вертикальным расположением рыхлительных зубьев

а - вид сбоку; б - аксонометрический вид спереди; - угол бокового наклона зубьев; h и L -соответственно вертикальное и продольное расстояния между режущими кромками передних наклонных и заднего вертикального рыхлительных зубьев

Предлагаемая конструкция рыхлителя (рисунок 1.5) состоит из рыхлительного зуба 1 рыхлителя ДП-10С и двух рыхлительных зубьев 2, установленных по обе его стороны с помощью модуля 7. Модуль 7 дает возможность траекторно смещать рыхлительные зубья 2 относительно рыхлительного зуба 1 по вертикали и по горизонтали, а также устанавливать их под некоторым углом относительно продольной вертикальной плоскости в противоположные боковые стороны. Модуль 7 выполнен в виде металлоконструкции коробчатого сечения, которая имеет центральное 8 и боковые 9 прямоугольные монтажные окна. Ось симметрии центрального монтажного окна 8 расположена вертикально, а оси симметрии боковых монтажных окон 9 - горизонтально. Центральное монтажное окно служит для присоединения модуля 7 к рыхлительному зубу 1 рыхлителя ДП-10С, а боковые монтажные окна - для установки рыхлительных зубьев 2 и фиксации последних под заданным углом к вертикальной продольной плоскости при помощи пар сменных клиньев 10 и винтов 6. Рыхлительные зубья 2 расположены на одном уровне впереди рыхлительного зуба 1. Продольное расстояние L между режущими кромками наконечников 4 зубьев 2 и режущей кромкой наконечника 5 рыхлительного зуба 1 может быть изменено, для чего в рыхлительных зубьях 2 выполнены отверстия под фиксирующие пальцы 3. Вертикальное смещение h режущих кромок наконечников 4 и 5 возможно в результате фиксируемого при помощи винтов вертикального перемещения модуля 7 вдоль рыхлительного зуба 1. Режущие кромки наконечников 4 рыхлительных зубьев 2 могут быть расположены на одном уровне с режущей кромкой наконечника 5 рыхлительного зуба 1, выше или ниже ее.

1.3 Производства земляных работ рыхлителями

Бульдозеры-рыхлители разрушают скальные и мерзлые породы под воздействием двух сил: сжатия зубом и разрыва массива наконечником и стойкой. Лучше всего рыхлить этими машинами трещиноватые и слоистые породы: известняки, песчаники, сланцы, фосфориты, бурые и каменные угли.

На рисунке 1.5 показаны четыре оптимальные схемы рыхления: продольно-кольцевая, спиральная, челночная со смещением, продольно-поперечная. Выбор схемы рыхления зависит от прочности и природы разрабатываемых пород.



Рисунок 1.5 - Схемы рыхления грунтов:

а - продольно-кольцевая, б - спиральная, в - челночная со смешением, г - продольно-поперечная

При рыхлении грунтов IV категории и прочных пород целесообразно работу машин организовывать по продольно-кольцевой и спиральной схемам, так как они обеспечивают наибольшую производительность машины. Челночную и продольно-поперечную схемы применяют при рыхлении скальных пород и вечномерзлых грунтов. Последнюю схему используют, когда необходимо получить разрыхленную породу меньших размеров. Ее дополнительно дробят гусеницы трактора. Площади мерзлых грунтов разрабатывают послойно на максимально возможную глубину.

При глубине промерзания пород 50...70 см можно рыхлить массив тремя зубьями; если глубина разработки пород больше, то одним зубом за два или три прохода с глубиной рыхления 30...40 см за каждый цикл. При работах на мерзлых породах сила тяги машины снижается на 35...45% за счет уменьшения коэффициента сцепления ходовой части с грунтом

Грунты рыхлят на рабочей передаче трактора, перемещающегося со скоростью 0,9...2,7 км/ч. По окончании рабочего цикла выглубляют рыхлитель и проверяют наличие съемного наконечника. При его утере можно повредить носок стойки и он не будет удерживать наконечник. В этом случае стойку заменяют. Разрыхленные грунты и породы убирают землеройно-транспортными машинами.

Существует несколько рациональных схем организации работы бульдозера-рыхлителя в сочетании с погрузчиками и экскаваторами.

При разработке массива траншейным способом (рисунок 1.6, а) бульдозер-рыхлитель 1 послойно рыхлит породу на дне траншеи. Затем бульдозерным оборудованием при поднятом рыхлителе порода перемещается в штабель челночными движениями машины. Из штабеля одноковшовым погрузчиком 2 раздробленный материал погружается в автотранспорт 3 и отвозится к месту складирования или переработки.

Более рациональная схема разрыхления и уборки пород бульдозером под уклон (рисунок 1.6, б). Штабель материала образуют у подошвы уклона. Из штабеля экскаватор или погрузчик загружает породу в автотранспорт. Производительность агрегата в этом случае выше.

Чтобы согласовать производительность погрузочных средств, иногда применяют два бульдозера-рыхлителя (рисунок 1.6, в), которые сначала продольно-поперечными ходами рыхлят дно траншеи, затем один бульдозер подает материал к месту складирования, а другой заталкивает его в штабель, из которого погрузчик забирает породу и заполняет автотранспорт.

При добыче полезных ископаемых открытым способом применяют комплексный отряд машин, в который входят 3...5 бульдозеров-рыхлителей, экскаватор или погрузчик и несколько самосвалов. Чтобы не было простоев, один бульдозер-рыхлитель только рыхлит площадку. Несколько бульдозеров параллельно сдвигают разрыхленную пустую породу в штабель, из которого экскаватор загружает ее в автотранспорт и транспортирует в отвал. После уборки пустой породы аналогичным способом разрабатывают полезные ископаемые.



Рисунок 1.6 - Способы разработки грунтов и добычи полезных ископаемых:

а - траншейный с подачей в автотранспорт погрузчиком, б - под уклон с погрузкой из штабеля в транспорт экскаватором, в - двумя бульдозерами-рыхлителями; 1 - бульдозеры-погрузчики, 2 - погрузчик, 3 - автотранспорт, 4- экскаватор

2. Модернизация и расчет параметров рыхлителя на базе трактора Т-130

2.1 Описание и техническая характеристика бульдозеров-рыхлителей на базе трактора Т-130

Базовый трактор Т-130 имеет традиционную компоновочную схему с задним расположением кабины, снабжен четырехцилиндровым дизелем и усовершенствованной механической восьмискоростной коробкой передач, имеющей повышенные передаточные отношения, что обеспечивает улучшение тяговых характеристик. Повышенное тяговое усилие значительно расширяет возможности машин по использованию оптимальных скоростей в зависимости от грунтовых условий, обеспечивает более равномерную загрузку двигателя, увеличивает эксплуатационную производительность и снижает утомляемость водителя.

Рыхлитель ДП-26С на базе трактора Т-130 (рисунок 2.1) предназначен для предварительного рыхления плотных, мерзлых и скальных трещиноватых грунтов в условиях низких температур. При навеске с рыхлителем ДП-26С бульдозерного оборудования с неповоротным отвалом ДЗ-110ХЛ весь агрегат имеет индекс ДЗ-116ХЛ.

Рыхлитель ДП 26С имеет четырехзвенную подвеску рыхлителя с неповоротным зубом. Подвеска составлена из опорной рамы 3, жестко прикрепленной к базовому трактору 2, тяги 4, рабочей балки 6 и нижней рамы 9. Балка имеет сменный зуб 7 с наконечником 8. Опускание, принудительное заглубление и фиксирование рыхлителя в определенном рабочем положении, а также подъем его при переводе в транспортное положение производятся двумя гидроцилиндрами 5, работающими от гидросистемы базового трактора.



Рисунок 2.1 - Бульдозер-рыхлитель ДЗ-116АХЛ на базе трактора Т-130

1 - бульдозерное оборудование; 2 - базовый трактор; 3 - опорная рама; 4 тяга; 5 - гидроцилиндры; 6 - рабочая балка; 7 - сменной зуб; 8 - наконечник; 9 - нижняя рама

Опорная рама крепится, на задней стенке корпуса бортовых фрикционов трактора с помощью шпилек и прицепной серьги. Верхняя и нижняя тяги представляют собой соединительные звенья между опорной рамой и рабочей балкой, в которой крепится зуб.

Металлоконструкция рыхлителя для работы в условиях низких температур выполнена из хладостойких сталей.

Разрыхленный грунт перемещается бульдозерным оборудованием 1 с неповоротным отвалом. Бульдозер-рыхлитель ДЗ-116В может быть оборудован бульдозерным оборудованием ДЗ-109Б с поворотным отвалом и универсальной рамой для навески корчевателя и кустореза, а также комплектом сменных уширителей.

Техническая характеристика бульдозер-рыхлителей на базе трактора Т-130. приведена в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Техническая характеристика бульдозера-рыхлителей на базе трактора Т-130

Параметры	ДЗ-116В	ДЗ-117А
Базовый трактор:	Т-130
тяговый класс	10	10
мощность двигателя, кВт	118	118
Бульдозерное оборудование	ДЗ-110В	ДЗ-109
Скорость движения, км/ч
вперед	2,37... 10,5
назад	3,32... 12,6
Рыхлительное оборудование:
модель	ДП-26С
тип навески	Четырехзвенная
число зубьев	1	1
угол рыхления, град	48	45
ширина наконечника зуба, мм	60	60
глубина рыхления, мм	450	450
масса, кг	1400	1400
Габаритные размеры, мм	6400х3235х3300	6700х4200х3300
Масса, кг	17 800	17 856

2.2 Усовершенствование рабочего органа рыхлителя

Эффективность рыхления во многом зависит от конструкции зуба. В данной работе предлагается усовершенствованная конструкция зуба рыхлителя (рисунок 2.2), состоящий из стойки, наконечника, уширителей и крепежа, имеет два отверстия в стойке, позволяющие изменять максимальную глубину рыхления. Он отличается от зуба рыхлителя ДП-26С наличием уширителей, смонтированных на стойке зуба и установкой самозатачивающегося штампованного наконечника вместо литого.

Параметры зуба с лопастными уширителями выбраны согласно рекомендациям ВНИИстройдормаша. Ширина уширителей с дисками Ву=5b (здесь b- ширина наконечника), расстояние до режущей кромки наконечника Ly 4 b, высота установки уширителей Hyb



Рисунок 2.2 - Зуб рыхлителя с уширителями:

1 - наконечник; 2 - лопасть с диском; 3 - крепление уширителя; 4 - стойка; 5 - стопорное устройство крепления наконечника

Уширители предназначены для повышения производительности рыхлителя. Они выполнены в виде сменных лопастей, закрепляемых в нижней части стойки зуба под углом установки не более у = 20° к горизонту. Лопасть представляет собой сварную L-образную опору, выполненную из стали 15ХСНД толщиной 20 мм, на выступающей части которой с помощью специального болта закрепляется самоустанавливающийся поворотный диск диаметром 116 мм. Передняя выступающая часть лопасти имеет скос кромок в сторону рабочей зоны, что снижает сопротивление разрушению грунта.

Диски, изготовленные из стали 20, имеют повышенную износостойкость рабочих поверхностей (не менее HRC 47) благодаря наплавке проволокой ПП-АН-125 или смесью ФБХ-6-2. Они защищают наиболее подверженные абразивному изнашиванию участки лопастей, увеличивая срок их службы и повышают эффективность и работоспособность зуба. По мере изнашивания диски заменяются новыми. Ресурс лопастей фактически равен ресурсу стоек.

Расчет основных параметров

По данным ВНИИстройдормаша, оптимальную глубину рыхления грунта определяют по формуле:

, (2.1)

где bН - ширина наконечника рыхлителя, bН=0,06 м.

м.

В процессе рыхления скального и мерзлого грунтов периодически изменяются силы сопротивления рыхлению, причем нагрузки снижаются в момент отделения крупных кусков грунта от массива. После рыхления мерзлого грунта наконечник рыхлителя образует прорезь характерного сечения (рисунок 2.3): верхняя ее часть значительно шире наконечника, а нижняя соответствует форме его передней части.

Рисунок 2.3 - Характерная форма поперечного сечения реза при рыхлении

Верхняя трапециевидная зона прорези начинается несколько выше ее дна и имеет развал с наклоном стенок к горизонту, который зависит от физико-механических свойств грунта и глубины рыхления. В среднем, угол наклона равен 45°.

Исследованиями ВНИИстройдормаша установлен характер разрушения грунта в прорези. Верхняя ее часть имеет рваную поверхность без признаков пластических деформаций, что подтверждает предположение о преобладании растягивающих напряжений в этой зоне в момент предельно напряженного состояния грунта. В нижней части прорези уровень грунта снижается, и он уплотняется наконечником.

Среднее значение горизонтальной составляющей сопротивления грунта рыхлению РК определяют по формуле

, (2.2)

где hP - глубина рыхления, hP=0,45 м;

h1 - глубина зоны развала грунта, h1=0,3 м;

уP - предел прочности грунта при растяжении; уP=0,2 МПа;

kВД - удельное сопротивление вдавливанию наконечника в грунт,

, (2.3)

где T1 - средняя температура грунта в слое ; T2 - то же, в слое h, T1= _10С, T2= _8С.

МПа.

=1,233105

Н=123,3 кН.

Вертикальную или нормальную составляющую сопротивления грунта рыхлению можно определить по усилию

(2.4)

где - угол наклона результирующей сил сопротивления рыхлителя, для мерзлых грунтов =20;

Усилие Рн при установившемся процессе рыхления и остром наконечнике зуба рыхлителя направлено в массив грунта, т. е. рабочий орган как бы затягивается в грунт. При затуплении наконечника зуба и появлении площадки износа во время заглубления несущая способность грунта может оказаться больше усилия, прикладываемого к зубу. В этом случае Рн будет направлено вверх.

Силами сопротивления перемещению разрыхленного грунта перед зубом можно пренебречь вследствие их незначительности. Поэтому сумма сопротивлений W, действующих на рабочий орган при разработке грунта будет равна:

(2.5)

где GТ, GБ, GР - силы тяжести соответственно трактора, бульдозерного оборудования, рыхлителя, GТ=140 кН, GБ=24 кН, GР=14 кН;

f - коэффициент сопротивления перемещению рыхлителя, f=0,10,15, принимаем f =0,1;

i - уклон местности, определяется как тангенс угла наклона , при =10о (0,175 рад), i=tg=tg10=0,176.

184,8 кН.

Тяговое усилие базовой машины по сцеплению РТ.СЦ должно быть больше или равно сумме сопротивлений W:

.(2.6)

Величину тягового усилия по сцеплению РТ.СЦ можно определить по формуле

, (2.7)

где СЦ - коэффициент сцепления гусеничного движителя с грунтом, СЦ=1.

При этом необходимо учитывать направление нормальной составляющей РН. В случае затягивания зуба эта составляющая увеличивает сцепное усилие трактора, в случае выталкивания - уменьшает.

кН.

Проверим условие (2.6)

222,9 кН>184,8 кН.

Условие (2.6) соблюдено.

2.3 Определение сил действующих на рыхлительное оборудование

Максимальное усилие заглубления в грунт зуба рыхлителя определяют из условия вывешивания базового трактора относительно ребра А (рисунок 2.4, а).

Рисунок 2.4 - Схемы к расчету усилий на зубьях рыхлителя:

а-при заглублении; б - при подъеме.

Из условия равновесия МА=0 можно записать

, (2.8)

где l=2,8 м, l1=1,4 м, l2=1 м, l3=1,5 м, l4=1,2 м.

кН.

Усилие подъема зуба рыхлителя РЦ определяют из условия опрокидывания базового трактора относительно ребра В при максимальной глубине рыхления (рисунок 2.4, б). Условие равновесия обеспечивается уравнением МВ=0, откуда

, (2.9)

где l5=1,4 м.

кН.

Реакции в шарнирах закрепления и усилия в стержнях навески можно определять исходя из следующих соображений. При заглублении зуба рыхлителя во всех расчетных положениях действуют сочетания нагрузок, показанные на рисунке 2.5, а: тяговое усилие базовой машины РТ.СЦ, сила сопротивления грунта заглублению и сила тяжести рыхлителя GP.

При подъеме зубьев рыхлителя во всех расчетных положениях действуют следующие силы (рисунок 2.5, б): тяговое усилие базовой машины РТ.СЦ, вертикальная составляющая сопротивления грунта рыхлению и сила тяжести рыхлителя GP. При расчете принимают, что все составляющие сил сопротивления рыхлению приложены на конце зуба рыхлителя.

Реакции в шарнирах закрепления и усилия в стержнях навески определяем с помощью ЭВМ, используя программу "ПОЛЮС 2.1.1" (рисунок 2.6, а,б).

а)

б)

Рисунок 2.5 - Схемы к расчету усилий в стержнях рыхлителя

а-при заглублении; б - при подъеме.

Результаты расчета на ЭВМ следующие:

при заглублении (рисунок 2.6, а) RA=326,4 кН; RD=546,2 кН; NA-В=326,4 кН; ND-В=149,4 кН;. ND-C=436,9 кН;

при подъеме (рисунок 2.6, б) RA=40,1 кН; RD=332,9 кН; NA-В=40,1 кН; ND_В=185,6 кН;. ND-C=422,6 кН.

а)

б)

Рисунок 2.6 - Определение реакции в шарнирах закрепления и усилия в стержнях навески с помощью ЭВМ:

а-при заглублении; б - при подъеме.

2.4 Расчет гидроцилиндра рыхлителя

По предыдущим результатам расчета на шток каждого из двух гидроцилиндров при заглублении действует усилие РШ=0,5ND-В=0,5149,4=74,7 кН, при подъеме РШ=0,5ND_В=0,5185,6=92,8 кН. Давление в гидравлической системе р=15 МПа. Определим ориентировочный диаметр поршня из формулы:

dП=,(2.10)

dП= мм.

Диаметр поршня принимаем dП=110 мм, диаметр штока dШ=60 мм. Определяем максимальное усилие, развиваемое цилиндром:

Fmax=,(2.11)

где АП и АШ - площади поршня и штока.