Разработка бульдозеров

Целью данного курсового проекта является приобретение навыков в расчете и конструировании специфических узлов, главным образом рабочих органов машин для земляных работ, а также выработка умения применять теоретических материал при решении практических задач.

Сейчас разрабатывают бульдозеры для работ на более твердых грунтах. Разрабатывают бульдозеры с повышенной единичной мощностью машин и оборудования. Добиваются снижения материала и энергоемкости машин, повышения ресурса и надежности, а также применения новых материалов с лучшими физикомеханическими свойствами и характеристиками; повышения требований к эргономике и технической эстетике машины на основе более полного учета физических и финансовых возможностей человека оператора; автоматизации систем управления, контроля, и обеспечения безопасности работы машины; повышения скоростей движения., что позволяет увеличить производительность; конструирования машин и оборудования из унифицированных блоков, что позволит сократить процесс создания машин и сократить время простоя ее в ремонте.

Все эти нововведения позволят увеличить темпы развития других отраслей народного хозяйства, сократить сроки строительства различных агротехнических сооружений.

1. Конструкторская часть

1.1 Выбор прототипа

Выбираем параметры прототипа по [1, стр. 146-147], тяговому классу базовой машины, и эти параметры заносим в таблицу 1.

Таблица 1 Техническая характеристика бульдозера

Наименование показателей	Показатели
Наименование показателей	ТС тАУ 10
Базовый трактор, Тип	гусеничный
Модель	Т тАУ 130
Мощность двигателя	132
Наибольшее тяговое усилие в кгс	15000
Эксплуатационная масса в кг	15000
Тип рамы	внутренняя
Расположение	прямолинейное
Крепление	жесткое
Управление	гидравлическое
Габаритные размеры с базовым трактором, мм, длина	5960
ширина	3240
высота	3090
Масса бульдозерного оборудования, кг	2050

1.2 Назначение бульдозеров, принцип работы и выполняемые операции

Бульдозер представляет собой базовый тягач, оснащенный ножевым навесным рабочим оборудованием, в которое входит отвал 3 с ножами 5, толкающие брусья 6, подкосы 7 и гидроцилиндры 2 (см. рис.). Отвал изготовляют в виде коробчатой сварной конструкции с накладками жесткости, приваренными к тыльной стороне. Толкающие коробчатые брусья 6 передними концами шарнирно соединяют с проушинами тыльной стороны отвала, а задними тАФ с упряжными шарнирами 8, плиты которых приварены к балкам гусеничных тележек трактора. Подкосы соединяют верхнюю часть отвала с проушинами толкающих брусьев; перестановкой подкосов можно изменять угол резания в пределах 45тАФ60В°. Вследствие трудоемкости операций по перестановке подкосов их заменяют гидроцилиндрами.

Бульдозерным оборудованием иногда оснащают другие землеройно-транспортные машины (автогрейдеры, экскаваторы, погрузчики), у которых это оборудование является вспомогательным. Бульдозеры могут разрабатывать талые и мерзлые предварительно взрыхленные грунты. В качестве базовых машин для бульдозеров чаще всего используют гусеничные тракторы мощностью от 55 до 650 кВт, реже тАФ колесные тракторы или тягачи мощностью 75тАФ1200 кВт.

Для выполнения подготовительных работ на раму бульдозера навешивают дополнительные виды рабочего оборудования: кусторезы, корчеватели, собиратели и др. Бульдозеры нередко выпускают в комплекте с рыхлителями и канавокопателями, навешиваемыми сзади машины.

Бульдозер послойно срезает грунт и одновременно перемещает его волоком по поверхности земли к месту укладки.

Бульдозеры применяют для возведения насыпей из грунтов боковых резервов, разработки выемок, грубого планирования поверхностей земляных сооружений, для засыпки рвов, траншей, обваловки сооружений, а также для подготовительных работтАФ валки отдельных деревьев, срезки кустарника, корчевания отдельных пней и камней.

Бульдозеры используют также для распределения грунтовых отвалов при работе экскаваторов и землевозов, образования штабелей сыпучих материалов (песка, щебня) и их подачи к перерабатывающим агрегатам, для снегоочистки, формирования террас на косогорах, производства вскрышных работ в карьерах.

1.3 Расчёт основных параметров отвала бульдозера

Основными параметрами отвала бульдозера являются: ширина и высота отвала; угол зарезания; угол заострения ножа; задний угол; угол захвата т.е. угол поворота отвала в плане; угол зарезания, т.е. угол поперечного перекоса отвала (угол между режущей кромкой ножа и горизонталью). При проектировании отвала необходимо определить также параметры профиля отвала: длину прямолинейного участка в нижней части поверхности отвала; радиус криволинейного участка поверхности отвала; угол опрокидывания отвала; высоту козырька и угол его наклона; угол наклона отвала.

Для выполнения этих расчётов используем следующую литературу: [1, стр. 189 тАУ 202]

Углы установки отвала бульдозера

Тип бульдозера	Углы установки отвала, град
	захвата X	зарезания В	резания a
С неповоротным отвалом	90 60	0 0	50 тАУ 60
С поворотным отвалом	90 60	3 8	50 тАУ 0
универсальный	90		50тАФ60

Высоту козырька Н_к по вертикали принимают 0,1 тАФ 0,25 от высоты отвала.

Основные параметры поперечных профилей отвалов бульдозеров приведены в табл.

Параметры отвалов

	Отвал
Параметры	неповоротный	поворотный (универсальный)
Угол резания а, град	50тАФ60	50тАФ60
Угол наклона отвала е, град	75	75
Угол опрокидывания ф₀, град	70тАФ75	60тАФ75
Угол установки козырька фк, град Задний угол v, град	90тАФ100 10тАФ15	90тАФ100 10тАФ15
Радиус цилиндрической поверхности отвала, мм	тАФ	(0,8-0,9)

Основным рабочим органом бульдозера является отвал. Производительность и потребная величина тягового усилия зависят от выбора параметров отвала.

Геометрическими параметрами отвалов являются показанные на рис. угол резания , угол наклона отвала , угол опрокидывания , угол установки козырька , задний угол , высота отвала , высота козырька , радиус кривизны отвала , ширина отвала , длина прямой части отвальной поверхности а. Высоту отвала определяют в зависимости от расчетной номинальной силы тяги Р_тм и грунтовых условий, для которых предназначают проектируемый бульдозер. Ее можно найти для бульдозера с неповоротным отвалом по формуле.

1.4 Тяговый расчет

Задачей тягового расчета бульдозера является определение силы тяги, необходимой для преодоления суммарного сопротивления. Условие тягового расчета определяется неравенством:

,ВаВаВаВаВаВаВа (1)

где: Ва-, кН;

ВатАУ, кН;

ВатАУ, кН.

Ва-

,ВаВаВаВа (2)

где: ВатАУ толщина снимаемой стружки = 0,1 м;

тАУ ширина отвала, м;

Ва- угол установки отвала в плане = 90 град;

;

;ВаВаВаВаВа (3)

где: Н тАУ высота отвала, м;

тАУ ширина отвала, м;

Ва- характеристика грунта, кг/м;

- уклон = 0,5;

j - = 0.1,

;ВаВаВаВаВаВаВаВа (4)

где: Ва- = 0,5.

;ВаВаВаВаВаВаВаВа (5)

где: ;

;ВаВа (6)

где: N тАУ мощность двигателя, кВт;

Ва- скорость на 1 передаче, м/с.

;ВаВаВаВаВаВа (7)

;ВаВаВаВаВаВаВа (8)

;ВаВа (9)

(10)

Ва (11)

1.5 Расчет мощности привода базовой машины

Мощность привода базовой машины определяется по формуле N, к Вт:

,ВаВаВаВаВаВа (12)

где ν тАУ скорость движения машины, км/ч;

η = (0,8 ÷0,9) тАУ механический КПД машины, принимаем равным = 0,9.

1.7 Расчет производительности бульдозера

Производительность бульдозера при резании и перемещении грунта, определяется по формуле:

Вам³/ч,ВаВаВаВаВаВа (13)

где: Ва- объём грунта (в плотном теле) перед отвалом, м³;

Вам³,ВаВаВаВаВаВаВа (14)

где К_пр тАУ коэффициент, зависящий от характера грунта (связности, коэффициента рыхления) и от отношения Н/L, К_пр = 0,40;

L тАУ длина отвала = 3,18, м;

Н тАУ высота отвала = 1,35, м;

Ва- коэффициент использования машины по времени = 0,8;

Ва- коэффициент разрыхления грунта = 1,25;

Ва- коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на производительность бульдозера = 1.

Вам³

Вам³/ч

Ва- длительность рабочего цикла, с.

Вас;ВаВа (15)

где: Ва- длина пути резания = 7 м;

Ва- длина пути перемещения, 25м;

Ва- скорость движения бульдозера при копании грунта, =0,4м/с;

Ва- скорость движения бульдозера при перемещении грунта, =0,9 м/с;

Ва- скорость холостого хода бульдозера, = 1,1 м/с;

Ва- время, необходимое на разворот, = 10 с;

Ва- время на опускание отвала, = 2 с;

Ва- время на переключение передач, = 4 с.

Вас.

1.8 Расчет на прочность

Общие положения при расчете на прочность

Нагрузки действующие на элементы конструкции бульдозеров, делятся на нормальные, случайные и аварийные.

Под нормальными понимаются нагрузки, действующие в процессе работы машины в условиях нормальной ее эксплуатации. Эти нагрузки являются основными для расчета элементов конструкции машины на долговечность.

Случайные нагрузки представляют собой совокупность одновременно действующих нагрузок в самом неблагоприятном их сочетании, которая может иметь место в условиях нормальной эксплуатации машины как во время рабочего цикла, так и при некоторых специальных режимах. Случайные нагрузки являются основой для счета элементов конструкции машины на прочность.

К аварийным относятся нагрузки, которые возникают при некоторых редко встречающихся обстоятельствах, но действие их приводит конструкцию в неработоспособное состояние. Расчет конструкции на аварийные нагрузки проводится с целью создания действенных предохранительных устройств и блокировок.

Расчет на прочность элементов конструкции бульдозеров ведется методами, принятыми для расчета деталей машин и металлоконструкций он то о назначения. Для этого к рассматриваемому элементу прикладывают силы, соответствующие принятому расчетному положению и определяемые с учетом динамики нагружения машины. Зачем определяются опасные сечения и вычисляются максимальные напряжения в точках этих сечений. Получаемые напряжения сравниваются с допускаемыми. Допускаемые напряжения определяются исходя из выбранного предельного состояния. В качестве основного предельного состояния обычно принимают потерю несущей способности. При определении расчетных действующих сил и проведении расчета на прочность необходимо предварительно выяснить, и каких положениях и при каких условиях работы элементы конструкции машины могу г испытывать наибольшие нагрузки, г.е, наметить расчетные положения и расчетные условия. Выбор расчетных положений может быть произведен на основании анализа общей схемы действующих сил и характера их изменений во время работы машины.

Расчет на прочность бульдозерного оборудования

Для расчета узлов и деталей бульдозера на прочность исходными являются случайные нагрузки, действующие на металлоконструкцию машины. За расчетные принимают такие положения бульдозера в процессе его работы, при которых в деталях возникают наибольшие напряжения. Расчетным условиям соответствуют наиболее неблагоприятные сочетания активных сил, действующих на отвал бульдозера. Такие нагрузки возникают сравнительно редко, однако узлы и детали конструкции бульдозера должны 'воспринимать эти нагрузки без возникновения пластических деформаций. При расчете бульдозеров принимают пять расчетных положений.

Расчетное положение 1 (см. рис.). Внезапный упор в препятствие средней точкой отвала при движении по горизонтальной поверхности; механизм подъема в положении закрыто. принимают, что в средней точке на кромку отвала действует усилие:

, НВа (16)

где Т_р - максимальное (расчетное) тяговое усилие бульдозера по сцеплению;

, НВаВаВаВаВаВаВаВа (17)

Ва- вес трактора с бульдозерным оборудованием, кг;

Ва- коэффициент сцепления, = 0,9;

Ва- динамическое усилие, Н

,ВаВаВа (18)

где: Ва- скорость бульдозера в момент встречи с препятствием, (номинальная скорость на 1 передаче), м/с = 0,67;

g тАУ ускорение свободного падения = 9,8 м/с;

С тАУ приведенная жесткость препятствия и системы навесного оборудования, кН/м;

,ВаВаВаВаВаВаВаВа (19)

где: С1 тАУ жесткое препятствие;

С2 тАУ жесткость навесного оборудования.

,ВаВаВаВаВаВа (20)

где: Ва- коэффициент жесткости навесного оборудования на 1 кг массы трактора, = 0,9;

Ва- вес бульдозерного оборудования, кг.

Схемы сил, действующие на нож отвала при расчёте на прочность

Расчетное положение II (см.рис.). В процессе заглубления отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивается на средней точке отвала, при этом гидроцилиндры развивают усилие, достаточное для опрокидывания трактора относительно точки А.

Принимаем, что на кромку ножа (точка О) действуют вертикальное и горизонтальное усилия Вертикальное усилие:

, НВаВаВаВаВа (21)

где: Ва- линейные размеры, мм.

Горизонтально усилие:

, Н (22)

где:

Расчетное положение III (см.рис.2,в). В процессе заглубления отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивается на крайней точке(О~) отвала, при этом развивается усилие, достаточное для опрокидывания трактора относительно точки А.

Кроме вертикального и горизонтального усилий, определяемых как и для расчетного положения П. на нож отвала действует боковое усилие:

,ВаВаВаВаВаВаВаВаВа (24)

где: В тАУ ширина отвала, мм.

Расчетное положение IV (см.рис.2.в) В процессе выглубления отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивается на средней точке отвала, при этом развивается усилие, достаточное для опрокидывания фактора относительно точки В.

Расчетная схема положения бульдозера при опирании на кромку ножа отвала

Принимаем что на кромку ножа действует вертикальное горизонтальное усилие.

Вертикальное усилие:

, НВаВаВаВаВаВаВа (25)

Горизонтальное усилие:

, НВаВаВаВаВаВаВаВа (26)

Выбран расчетные положения и наметив расчетные условия, приступают к определению сил. действующих на машину и ее части.

На рабочее оборудование бульдозера по время работы действую; следующие силы (рис.4) : результирующая сил сопротивления копанию Ро ; сила, тяжести навесного оборудования; сила со стороны механизма подъемного отвала 8 (усилие на штоке гидроцилиндра) ; реакция в упряжном шарнире О.

Направление действия силы Ро зависит от угла резания, от вида и состояния грунта. При угле резания 50В° и заглублении на 10-.12 см сила, Ваприложена на высоте При нормальной работе бульдозера