Алматы 2005

МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

Методические указания

К курсовому и дипломному проектированию

«Расчет бульдозера»

Для студентов инженерно-строительных специальностей

Алматы 2005

УДК 621. 878 (075.8)

Составители: Бурцев В.В., Кабашев Р.А.,

Дюсенова Г.А.

Методические указания к курсовому и дипломному проектированию «Расчет бульдозера» по дисциплине «Машины для земляных работ» для студентов инженерно-строительных специальностей. - Алматы: Казахский автомобильно-дорожный университет (КАДУ) им. Л.Б.Гончарова, 2005.-31 с.

Методические указания разработаны в соответствии с программой курса «Машины для земляных работ» для студентов инженерно-строительных специальностей и содержат сведения по объему и содержанию проекта, материалы по общему расчету бульдозера, определению нагрузок на оборудование бульдозера и основных технико-экономических показателей его работы.

Библиограф. 9 назв.

Утверждено Методическим советом КАДУ им. Л.Б.Гончарова,

ротокол №_____ от «_ _» __ __ 200 _ г.

Печатается по плану издания Казахского автомобильно-дорожного университета им. Л.Б.Гончарова на 2005-2006 уч. год.

Рецензент:

Ó Казахского автомобильно-дорожного университета им. Л.Б.Гончарова, 2005

1. ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА

Целью курсового проекта является закрепление и практичес­кая апробация знаний, полученных при изучении курса «Машины для земляных работ» приобретение практических навыков расчета и проектирования бульдозерного оборудования на современные гусеничные и колесные тракторы; развитие у студентов творческих способностей при создании сложных инженерных систем.

1.1 Состав проекта

Курсовой проект включает пояснительную записку и графическую часть.

1.2 Объем проекта

Пояснительная записка выполняется в объеме 30-35 листов рукописного или 20 – 25 листов компьютерного текста на стандартной бумаге формата А 4. Графичес­кая часть проекта включает 3-4 листа чертежей и расчетных схем, выполненных на листах ватмана формата А 1.

1.3 Содержание проекта

Пояснительная записка должна содержать введение, обоснова­ние принятого технического решения с указанием выбранного прототипа, общий расчет бульдозера, описание конструкции, расчет прочности и надежности одного из узлов рабочего оборудования, расчет технико-экономических показателей работы агрегата в за­данных условиях эксплуатации, список использованной литературы и оглавление. Текстовой материал пояснительной записки обяза­тельно иллюстрируется необходимыми таблицами, рисунками и схемами, выполненными в соответствии с ЕСКД.

Графическая часть проекта должна содержать: лист 1 - расчетные схемы по определению сопротивления грунта копанию, для расчета внешних нагрузок, действующих на элементы рабочего обо­рудования при различных режимах работы бульдозера, определения координат центра давления, а также для определения устойчивости агрегата (см. приложение); лист 2 - конструктивная проработка од­ного из основных узлов рабочего оборудования бульдозера или сборочный чертеж рабочего органа; лист 3 - сборочный чертеж од­ного из гидроцилиндров; лист 4 - деталировка разрабатываемого узла по согласованию с руководителем проекта.

Исходными данными для выполнения курсового проекта являют­ся: модель базового трактора; группа грунта; коэффициент раз­рыхления грунта К_р; дальность транспортировки грунта S _n, угол наклона (подъема) разрабатываемой поверхности К_у; вид выполняемой работы (устройство насыпей, выемок, планировочные работы). Указанные данные приводятся в задании на проектирова­ние, которое прикладывается к пояснительной записке. Техничес­кие данные отечественных гусеничных тракторов приведены в табл.1. [10].

Пояснительная записка и графическая часть проекта должны быть выполнены в строгом соответствии с ЕСКД и соответ­ствующими государственными стандартами.

2. ОБЩИЙ РАСЧЕТ БУЛЬДОЗЕРА

2.1 Общие указания

Задачей общего расчета бульдозера является определение всех основных параметров машины и конструктивных решений основ­ных узлов бульдозера.

Общий расчет включает в себя основные расчеты для техни­ческого проекта машины. Он должен содержать обоснование и выбор основных параметров бульдозера, габаритов, размеров от­вала, массы машины и основных узлов, усилия копания, мощности, статический расчет.

Все расчеты выполняют для определенных условий работы машины. Согласно заданию и результатам анализа патентной и технической литературы в пояснительной записке дается описание проектируемой машины, где обосновываются следующие конструк­тивные особенности: вид ходового оборудования (гусеничные или колесные); вид рулевого управления; количество ведущих осей; тип трансмиссии базовой машины (ступенчатая, бесступенчатая, механическая, гидромеханическая, гидростатическая, электроме­ханическая); число передач, наличие реверса; тип отвала и ножа (прямой или криволинейный, с постоянным или регулируемым углом резания, кинематика подъема и опускания отвала); тип привода управления, его состав, конструктивно-кинематическая схема; наличие дополнительных устройств, повышающих производительность и эффективность машины.

Далее определяются параметры бульдозера [7]. Главный па­раметр - номинальное тяговое усилие Т_н, т.е. усилие, разви­ваемое базовым трактором на плотном грунте с учетом догрузки от силы тяжести навесного оборудования при буксовании не выше 7 % для гусеничных и 20 % для колесных машин на низшей скорости. Это усилие определяется зависимостью:

Т _н = R _н φ_сц,

Т _н = 0,819 * 0,6 =0,49кН

где R_н - номинальная реакция грунта на движители бульдозера в рабочем состоянии,

R_н = (1,17…1,22) G _б,

R_н = 1,17 * 0,7 = 0,819 кН

где G _б - сила тяжести базовой машины; φ_сц - коэффициент сцепления дви -

жителей с грунтом, соответствующий допустимому буксованию движителей,

φ_сц может принимать следующие значе­ния:

промышленные тракторы;

гусеничные - 0,9;

колесные - 0,6;

сельскохозяйственные тракторы:

гусеничные - 0,62;

колесные - 0,5.

Таблица 1. Основные параметры гусеничных тракторов

Показатели	Марки тракторов
ДТ-75	Т-100М	Т- 130	Т-180	ДЭТ-250	Т-330
Марка двигателя	СМД -14	Д-100	Д -130	Д-180	В-30В	8ДВТ-330
Мощность двигате­ля, кВт
Тяговый класс, кН				15О	25О	25О
Скорость движения, км/ч: вперед	5,0; 5.58; 6,21; 6,9; 7,67	2,36; 3,78; 4,51; 6,45, 10,15.	3,22;3,4; 4,46; 532 4,48 до 10,65	2,86:5,06; 6,9; 9,46; 13,09.	Рабочая 2,3-15; Транспор тная 3,5 – 24,5	0-16,4
назад	3,42-4,28	2,79-7,61	3,11-6,63	3,21-9,19	То же	0-13,7
Габариты, мм ширина длина высота
Масса трактора, т	5,25	12,1	11,5	14,35
Марка бульдозера	ДЗ-42А	ДЗ-53	ДЗ-27	Д9-35	ДЗ-34С	ДЗ-59

2.2 Определение размеров отвала бульдозера

Длина отвала выбирается из расчета перекрытия поперечного габарита машины (базового трактора). Габариты трактора приве­дены в табл.1. При внешнем, по отношению к движителю, расположении толкающей рамы отвал должен перекрывать ее ширину не менее чем на 100 мм с каждой стороны.

Основные параметры отвала (рис.1): δ - угол резания; β _о - угол опрокидывания; β - задний угол резания; γ - угол наклона; R - радиус кривизны, мм; Н- высота отвала, мм.

Угол резания δвыбирают в зависимости от грунтовых условий. При этом следует учитывать, что увеличение угла реза­ния по сравнению с оптимальным (55°) снижает самозаглубляющее действие отвальной поверхности, облегчает внедрение в прочный грунт, но уменьшает рабочую скорость, повышает энергоемкость процесса резания грунта. Уменьшение угла резания ведет к повы­шению самозаглубляющего действия, ухудшению внедрения в прочный грунт, но способствует снижению энергоемкости грунта. При рабо­те на кусковых и сыпучих материалах рекомендуется уменьшать углы резания, а на легких связных грунтах - увеличивать.

Угол опрокидывания β _о принимается от 30^о до 60°.

Козырек предохраняет грунт от пересыпания через отвал. Его высота

Н _к может быть принята равной (0,1…0,2) Н.

Задний угол резания β принимается равным от 5° до 7°. Угол наклона γ принимается равным от 70° до 60 °.

Радиус кривизны отвала Rпринимается равным высоте от­вала Н. По данным института ВНИИстройдормаш высота отвала для бульдозеров с неповоротным отвалом рекомендуется

Н = 500 – 50Т_н ,

Н = 500 – 50*0,49=1106,79-24,5 = 1082,29 мм,

где Т_н берут в килоньютонах. Определяется по тяговой характеристике базового трактора с учетом коэффициента буксования (φ_б = 0,1...0,2).

Параметры отвала сводятся в табл. 2.

Таблица 2. Основные параметры отвала

Параметры	Принятые и расчетные данные
Высота отвала, мм	1082,3
Угол резания, град.
Угол наклона отвала, град.
Задний угол, град.
Высота козырька, мм	0,2

Рис. 1 Поперечный профиль отвала бульдозера

2.3 Тяговый расчет бульдозе­ра

В задачу тягового расчета входит определение суммарного сопротивления движению бульдозера в процессе копания в заданных грунтовых условиях и режимах работы.

Схема взаимодействия рабочего органа и движителя бульдозе­ра с разрабатываемой средой показана на рис. 2. Уравнение движения агрегата в общем случае имеет вид

d ² s _n

m ——— = ∑ Р _i = Р _∑,

d t ^{2 i = 1}

где m - масса агрегата, кг; s - путь, проходимый буль­дозером в рассматриваемый период времени, м; t - рассматри­ваемый отрезок времени, с; Р _i - i – й вид сопротивления, дей­ствующего на тот или иной элемент конструкции бульдозера, Н.

Рис. 2 Схема сил, действующих на бульдозер в

процессе копания грунта

Согласно схеме (рис. 2) суммарное сопротивление будет

Р_∑ = Р _р + Р _{т р ƒ} + Р _{п р} +Р _б + Р _{п δ},

Р_∑ =

где Р _р - сопротивление грунта резанию ножевой системой отвала, Н;

Р _{т р ƒ} - сопротивление силы трения кромки ножа о грунт, Н; Р _{п р} - сопротивление силы трения призмы волочения о поверх­ность забоя, Н; Р _δ - проекция сопротивления трения грунта о лобовую поверхность отвала на направление его движения, Н; Р _{п δ} - сопротивление передвижению движителя базового трактора, Н.

Сопротивление грунта резанию ножевой системой отвала опре­деляется по формуле проф. Н.Г. Домбровского:

Р _р = К _ƒ F,

Р _р = 120*53,2=638,4 Н

где К_ƒ - коэффициент удельного сопротивления грунта реза­нию, Н/см². (принимается по справочнику [10]); F - площадь поперечного сечения вырезаемой стружки, см ².

Сопротивление силы трения кромки ножа о грунт

Р _{тр ƒ} = μ Р _Z,

Р _{тр ƒ} = 0,4*6,384=2,5536кН

где μ - коэффициент трения стали о грунт (для песчаных и супесчаных грунтов μ = 0,4…0,5; для суглинков и глин μ = 0,3…0, 4); Р _Z - нормальная составляющая сопротивления грунта резанию ножевой системой отвала, Р _Z = (0,1…0,2) Р_ρ.

Сопротивление силы трения призмы волочения о поверхность забоя определяется следующей зависимостью:

Р_{п р} = μ _ƒ g _г соѕ α,

Р_{п р} = 0,7*63,45 * cos70 = 2.665 кН

где μ _ƒ - коэффициент трения грунта о грунт (для песка, гравия, растительного слоя μ _ƒ = 0,7 – 0,75; для сухой глины, мергеля μ _ƒ = 0,7 – 0,75);

g _г - сила тяжести призмы волочения грунта, Н; α – угол наклона забоя к горизонту, град.

Сила тяжести грунта (вес) призмы волочения может быть рассчитана по формуле g _г = q _{п р} γ _г g,

g _г

где γ _г – объемная масса грунта, кг/ м³; g – ускорение свободного падения

м / с²; q _пр - объем призмы волочения, м ³.

Объем призмы волочения приближенно может быть определен по формуле q _{п р} = В Н ² / 2 К,

где К – коэффициент, зависящий от соотношения Н / В. Его значение принимается по табл. 3.

Таблица 3

Н/В	К
для несвязных грунтов	для связных грунтов
0,15	1,10	0,70
0,30	1,15	0,80
0,35	1,20	0,85
0,40	1,30	0,90
0,45	1,50	0,95

Проекция сопротивления трения грунта о лобовую поверхность отвала на направление его движения определяется в соответствии с расчетной схемой (рис.3).

Рис. 3 Схема к определению проекции сопротивления

трения грунта о лобовую поверхность отвала

Физическая сущность этого сопротивления состоит в ротации грунта перед отвалом, возникающей в результате подъема вырезае­мого слоя грунта по лобовой поверхности, а также действия силы трения призмы волочения о поверхность забоя. В результате дей­ствия указанных факторов на лобовой поверхности отвала появля­ются силы трения, равнодействующая которых Р_{тр 2} с достаточ­ной степенью точности определяется выражением

Р_{тр 2} = μ (N ₁ + N ₂),

где N ₁ - нормальная к плоскости передней грани ножа составляющая силы тяжести призмы волочения; N ₁ = g _г С 0ѕ (δ - α), Н; N ₂ - нормальная к той же плоскости составляющая сопротивления силы трения призмы волочения о поверхность забоя; Н; N ₂ = Р _{п р} ѕin δ, Н.

С учетом отмеченного и развернутого значения Р _{п р}

Р _b = Р _{т р2} С 0ѕ δ = g _г С 0ѕ δ [С 0ѕ (δ - α) + μ ₁ С 0ѕ α ѕin δ].

Сопротивление передвижению движителя базового трактора определяется по формуле

Р_{n б} = (G _т + g _б ) (ƒ С 0ѕ α + ѕin δ),

где ƒ - коэффициент сопротивления передвижению бульдозера (принимают для гусеничного движителя ƒ = 0,1…0,12; для колесного - ƒ = 0,06…0,08); g _б – вес бульдозерного оборудования, Н.

Для нормальной работы бульдозера в режиме копания грунта необходимо соблюдение условия

Т_б ≥ Р _∑,

где Т_б - тяговое усилие бульдозера, Н.

Т_б = (G _т + g _б ) К _д φ _сц,

где К _д - коэффициент динамичности, принимаемый для нормальных условий работы равным 1,5; φ _сц - коэффициент сцепления движителя с грунтом, значение которого принимается по данным подразд. 2.1.

После проведения расчета тягового баланса осуществляют расчет баланса мощности агрегата.

Потребная мощность силовой установки базового трактора

Р _∑ υ _к

N = ————,

η _т

где υ _к - скорость движения трактора в процессе копания грунта; υ _к = 0,6…0,8 м / с; η _т - КПД трансмиссии трактора; η _т = 0,8…0,85.

Для обеспечения нормального режима работы агрегата необходимо,

чтобы соблюдалось неравенство

N _е ≥ N,

где N _е - эффективная мощность силовой установки трактора, приводимая в его технической характеристике.

2.4 Статический расчет бульдозера

В задачу статического расчета бульдозера входит определение отклонения точки приложения результирующих сил, действующих на движитель, от середины опорной базы агрегата, максимального давления на границах опорного контура движителя и коэффициента устойчивости при различных режимах работы.

Положение центра давления определяем для трех положений бульдозера: I - на горизонтальной площадке с поднятым отвалом; 2 - на горизонтальной площадке в процессе отделения от масси­ва стружки оптимальной толщины при максимально возможном объ­еме грунта перед отвалом; 3 - во время движения в горизонталь­ной траншее с перемещением максимально допустимого объема грунта без резания.

Отклонение центра давления от середины опорной поверхности для обеспечения устойчивости машины и равномерности износа деталей движителя не должно превышать 1/6 ее длины.

Необходимо определить максимальное статическое давление на передней и задней опорных кромках гусениц или на переднем и заднем колесах при следующих положениях бульдозера: с поднятым отвалом на предельном уклоне или подъеме (не менее 20 %); в процессе резания грунта при движении под наибольший допустимый ук­лон с максимально возможным объемом призмы волочения перед отвалом; при движении в траншее на наибольший допустимый подъем (не менее 15°) с максимальным объемом грунта; в процессе реза­ния грунта на горизонтальной поверхности, максимальной загрузке при подъеме и опускании отвала.

Во всех случаях смещение центра давления не должно приво­дить к отрыву от грунта передней или задней кромок гусениц или соответствующих колес машины.

Смещение центра давления по условиям статики в соответ­ствии со схемой, показанной на рис. 4, определяется уравнением

Х = (G _б ℓ ₁ + R _Z ℓ ₂ – R _х h _R) / N,

где G _б - эксплуатационный вес бульдозера; G _б = G _г + q _б1, Н; R_Z и R _х - соответственно нормальная и касательная составля­ющие сопротивления грунта копанию отвалом бульдозера, Н;N - суммарная опорная реакция грунта; ℓ ₁, ℓ ₂ , h _R - плечи сил, м.

а

б

Рис. 4 Схемы для определения центра давления

При определении центра давления тяговое усилие Т и ка­сательную составляющую R _х принимают

Т = R _х = К _т Т _{н б},

где К_т - коэффициент использования тягового усилия; К _т = 0,8;

Т _{н б} = G _б φ_сц , Н.

Вертикальная составляющая R_Z может быть определена по зависимости

R_Z = R _х tq γ,

где γ - угол наклона равнодействующей сопротивления грунта копанию R к горизонту, град. (при копании грунта плотной структуры γ = 17° [3], при копании грунта в разрыхленном состоянии и перемещении его в траншее

γ = 0).

Расстояние от режущей кромки отвала до точки приложения равнодей-

ствующей силы R определяется по эмпирическим за­висимостям: для

грунта плотной структуры h _R = 0,17 Н; для рыхлых грунтов и перемещения их в траншее h _R = 0,27 Н, где Н - высота отвала без козырька.

Линейные параметры ℓ ₁ и ℓ ₂ принимаются конструктивно по ранее выполненной масштабной схеме бульдозера (см. приложение)..

Общая устойчивость бульдозера проверяется для двух случаев: упор отвала в препятствие (рис. 5, а); подъем отвала (рис. 5,6). Проверка осуществляется по условию неопрокидывания вокруг заднего О₁ или переднего О₂ ребра. Коэффициент устойчивос­ти должен быть не менее 1,5. Относительно точки О₁ на буль­дозер действуют удерживающие моменты, направленные против часовой стрелки, а опрокидывающие - по часовой стрелке. Отно­сительно точки О₂ действуют удерживающие моменты, направлен­ные по часовой стрелке, а опрокидывающие - против часовой стрел­ки.

При расчете общей устойчивости учитываются следующие внеш­ние силы: R ₀ - вертикальная реакция грунта, действующая на кромку отвала при вывешивании задней или передней части тракто­ра; R _х - касательная составляющая сопротивления грунта копа­нию; R ₀₁, R _{0 2} - вертикальные реакции грунта на заднем и переднем ребрах опрокидывания трактора; F_{с ц} - сила сцепления движителя с грунтом; G _т - сила тяжести (вес) трактора.

Внутренними силами для системы "трактор - бульдозерное обо­рудование" являются: s - усилие, развиваемое гидроцилиндра­ми управления отвалом; N _ц, Р _ц - вертикальная и горизон­тальная реакции в цапфах крепления толкающих брусьев.

Усилия R ₀, R _х и s можно считать пересекающимися в точке 0, поэтому относительно нее в вертикально-продольной плоскости момента не создают. Кроме того, поскольку толкающие брусья расположены под

а

б

Рис. 5 Схемы для определения устойчивости бульдозера:

а - при вывешивании передней части; б - при вывешивании задней части

небольшим углом к горизонту, с доста­точным приближением можно считать, что R _х = 2 Р _ц. Тогда для первого случая (рис. 5, а)

G _т ℓ ₁ G _т ℓ ₁

К _уст = ——————— = ———————.

2 s ℓ ₂ + R _х r 2 s ℓ ₂ + 2 Р_ц r

Для второго случая (рис. 5, б)

G _т ℓ ₁ G _т ℓ ₁

К _уст = ——————— = ————————,

2 s ℓ ₂ + 2 Р_ц r 2 s ℓ ₂ + R _х r

где ℓ ₁, ℓ ₂ и r – соответственно плечи сил G _т , s и Р_ц.

На основе проведенных расчетов необходимо сделать вывод о работоспособности машины по условиям общей устойчивости.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА ОБОРУДОВАНИЕ БУЛЬДОЗЕРА

Необходимо определить ударную нагрузку на рабочее оборудо­вание бульдозера при встрече отвала с препятствием.

Расчетное положение: внезапный упор отвала средней точкой в непреодолимое препятствие на горизонтальном участке в процессе резания грунта при номинальной скорости, соответствующей первой передаче, и запертом положении механизма подъема отвала, когда режущая кромка ножа заглублена на толщину срезаемого слоя грун­та. На отвал действует только горизонтальное усилие, определя­емое по формуле

Р _рас = Р _{с т} + Р _д,

где Р _д - динамическая нагрузка, возникающая при внезапном стопорении машины, Н; Р _{с т} - нагрузка по избыточной силе тяги по сцеплению;

Р _{с т} = φ _{с ц. mах} (G _т + q _б),

где φ _{с ц. mах} - наибольшее значение коэффициента сцепления гусениц (колес) с грунтом, зависящее от состояния поверхности и рода грунта, сос­тояния протектора на шипах или грунтозацепах гусениц (принима­ется по справочным данным [10]).

Составляющие реакции в шарнирах крепления отвала, а также реакции s на штоках гидроцилиндров управления (рис. 6, в) определяются из условия равновесия рабочего оборудования.

Рассматривая рычажно-шарнирную систему в вертикальной плоскости, из условия равенства нулю суммы моментов сил отно­сительно точки О (Σ М₀ = 0) определяем усилия на штоках порш­ней:

Р _рас r _р + q _б r _б

S = —————————,

2 r _s

где q _б - сила тяжести всего навесного оборудования бульдо­зера, Н (принимается по справочнику); r _р , r _б и r_s - плечи соответствующих сил относительно точки О, Н (принимаются кон­структивно). Из условия Σ Х=0 определяем

Р _рас С 0ѕ α - q _б ѕin α + 2 s С 0ѕ γ

R _х = ——————————————————.

Из условия Σ Z = 0 определяем

Р _рас ѕin α + q _б С 0ѕ α - 2 s ѕin γ

R _Z = ——————————————————.

Рис. 6 Схема для определения усилий на элементы конструкций бульдозера

Усилие в подкосе R _п находим из условия равенства нулю суммы моментов сил относительно точки А (шарнирного сочленения отвала с толкающими брусьями):

Р _рас r ^'_р + q _о r^'_о

R _n = —————————,

2 r^'_п

где q _о - сила тяжести отвала (без толкателей), Н; r ^'_р , r^'_о и r^'_п - плечи

соответствующих сил относительно точки А, м.

Из условия Σ Х = 0 и Σ Z = 0 могут быть определены составляющие реакции в точке А: R _{A Z} и R _{A х}.

Рассматривая рамную конструкцию, принимаем в первом приб­лижении, что через кронштейны 2 толкающего бруса I (рис. 6, б) на последний передается половина составляющей усилия 0,5 s С 0ѕ γ, а другая половина через шарниры (В₁ и В₂) передается непосредственно на отвал.

Составляющей q _о ѕin α силы тяжес­ти отвала из-за ее незначительности пренебрегаем. На рис. 7 представлены схемы рамных конструкций отвала с толкающими бру­сьями. Так как действия сил независимы, а рамы П - образной конструкции шарнирно закреплены, определим реакции и моменты

Рис. 7 Определение нагрузок на оборудование бульдозера при различных нагружениях отвала

под влиянием:

1) Симметрично приложенной нагрузки (рис. 7 а)

Р _рас С 0ѕ α;

Р _рас С 0ѕ α

R^' _{1 х} = R^' _{2 х} = ——————.

Моменты в углах рамы

Р _рас С 0ѕ α 3

М ^'_q = М ^' _с = ——————. ——————,

4 2 (2 К + 3)

где К - коэффициент, зависящий от параметров рамы;

J _L ℓ

К = ————,

J _ℓ L

где J _L, J _ℓ - моменты инерции соответственно сечений отвала и толкающего бруса, которые определяются обычным методами.

Момент сечения по линии действия силы

Р _рас С 0ѕ α L

М ^' _р = ———————— + М ^'_q.

Поперечные реакции

М ^'_q

R^' _{1 у} = - R^' _{2 у} = ———;

ℓ

2) Асимметричного приложения нагрузки (рис. 7. б)

0,5 s С 0ѕ γ;

0,5 s С 0ѕ γb (L - b) 3

М ''_q = М ''_с = — ——————————— —————. L2 (2 К + 3)

Момент по линии действия силы

0,5 s С 0ѕ γ(L - b)

М '' _р = ——————————— + М ''_q.

L

Продольные и поперечные реакции

0,5 s С 0ѕ γ(L - b)

R^{' '}_{1 х} = ———————————;

L

0,5 s С 0ѕ γb

R^{' '} _{2 х} = ————————;

L

М ''_q

R^{' '}_{1 у} = - R^{' '} _{2 у} = ————;

ℓ

3) Действия момента М _s = 0,5 s С 0ѕ γb (рис. 7, в).

Значения моментов в углах рамы определяются по формулам:

ℓ ²₁ 3

М ''^'_q = - М _s [ 1 + К (1 - ———) ] ————— + М _s;

ℓ ² 2 (2 К + 3)

ℓ ²₁ 3

М ''^' _с = - М _s [ 1 + К (1 - ———) ] —————;

ℓ ²2 (2 К + 3)

М ''^' _с

R^''' _{1 у} = R^'''_{2 у} = ———.

ℓ

Продольные реакции будут иметь те же значения, что и на схеме (рис. 7, б); в правом шарнире R^{' '} _{2 х}, а в левом шарнире R^{' '}_{1 х}.

Зная расчетное усилие и действующие на элементы отвала в любом сечении силы и моменты как в вертикальной плоскости, так и в плоскости рамы, определяем результирующие напряжения в опасных сечениях этих элементов, которые не должны быть выше допускаемых напряжений для принятого металла.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

РАБОТЫ БУЛЬДОЗЕРОВ

Технический уровень проектирования бульдозеров определяется прежде всего технико-экономическими показателями их работы. Среди наиболее важных показателей, определяющих потребительские качества этих агрегатов, являются производительность и себестоимость единицы разрабатываемого грунта. Их определение является заключительной стадией выполнения курсового проекта и требует знаний по основным вопросам экономики создания и эксплуатации строительной и дорожной техники.

4.1 Определение производительности бульдозеров

Часовая эксплуатационная производительность бульдозеров

П _э = П _т К _т ,

где П _т - часовая техническая производительность, м³ / ч;

К _т - коэффициент перехода от технической производительности к эксплуатационной (принимается равным 0,6).

Техническая производительность бульдозеров при копании и транспортировке грунта определяется по формуле [1]:

П _т = 3600 V К _у К _с К _к / Т _ц ,

где V - объем призмы волочения, накапливающейся перед отвалом в процессе копания и транспортирования грунта, м³ ; К _у - коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на производительность (его значение приведено в табл. 4); К _с - коэффициент сохранения грунта в процессе его транспортировки (его значение определяют по формуле: К _с = 1 – 0,005 S _n;

S _n – расстояние, на которое транспортируется призма грунта, м); К _к - коэффициент, учитывающий квалификацию оператора; Т _ц - продолжительность одного рабочего цикла.

Объем призмы волочения определяется из предположения, что ее форма представляет трехгранную призму, передняя грань кото­рой наклонена к горизонту под углом естественного откоса φ_о. В этом случае ее объем

V ≈ В Н_о² / (2 К_р tg φ_о),

где В- ширина отвала, м; Н - высота отвала, м; К_р - коэффициент разрыхления грунта; Кр= 1,0...1,35 (значение φ_о принимается по справочнику [10]).

Таблица 4. Значения коэффициента К _у, учитывающего влияние

уклона (подъема) местности на производительность бульдозеров

Уклон (подъем), %	К у
Подъем: 0...5 5...10 10.1.5	I…0,67 0,67...0,5 0,5...0,4
Уклон: 0...5 5...10 10.. 15 15...20	1,0...I.33 ^: 1,33.. 1,94 1,94...2,25 2,25...2,68

Продолжительность одного рабочего цикла

3,6 S _р 3,6 S _х

Т_ц = ———— + ———— + t _о + 2 t _п ,

υ _р υ _х

где S _р и S _х - длина рабочего и холостого ходов, м;υ _р и υ _х - средние скорости рабочего и холостого ходов, км/ч; t _о - суммарное время остановок трактора для переключения пе­редач и маневра отвалом (табл.5); t _п - время на разворот бульдо­зера в конце участка (при продольно-поворотном способе работы t _п ≈ 10 с).

Таблица 5. Затраты времени на остановку трактора для переключения

передач и маневра отвалом

Вид трансмиссии	t о , с
С механической трансмиссией и реверсом   С гидромеханической трансмиссией при наличии быстродействующего реверса	6...10

Среднюю скорость рабочего хода υ _р для гусеничных бульдозе­ров обычно принимают равной 2,5...3 км/ч, а холостого υ _х - 9...10 км/ч. Более точные значения этих параметров принимаются по технической характеристике базового трактора.

4.2. Определение себестоимости единицы разрабатываемого грунта

Себестоимость единицы разрабатываемого грунта - один из наиболее важных показателей, определяющих эффективность работы землеройно-транспортных машин вообще и бульдозеров в частности.

Себестоимость разработки I м³ грунта

С _м.см

С = ————,

П _э

где С _м.см - себестоимость машино-смены, тенге; П _э - сменная эксплуатационная производительность (см. подразд. 4.1), м ³.

Себестоимость машино-смены определяется через себестои­мость машино-часа:

С _м.см = С _м.ч Т _см ,

где С _м.см - длительность одной смены, ч; С _м.ч - себестоимость машино-часа.

Планово-расчетная себестоимость машино-часа определяется по следующей формуле [9]:

С_м.ч = М А / Т _чд β + (М _д + Т_р) / Т_ч + Р + В + Э + С + З,

где М - расчетная стоимость машины, тенге.; А - аморти­зационные отчисления, %; Р - затраты на техническое обслу­живание и текущий ремонт, тенге; В - затраты на замену и ремонт сменной оснастки, тенге; Э - затраты на энергоматериалы, тенге; С- затраты на смазочные материалы, тенге; З - заработная плата машиниста, руб.; Т _чд - число дней работы машины в году; β - число смен работы машины в течение су­ток; М _д, - стоимость одного монтажа и демонтажа, тенге; Т _р - стоимость транспортирования машины на данный объект с прежнего места работы, тенге; Т _ч - число часов работы машины на данном объекте.

Значения параметров, входящих в приведенную формулу, могут быть приняты из [10, стр. 467-484].

Приложение

Расчетные схемы по определению основных параметров бульдозеров (компоновка листа "Расчетные схемы")

Перечень расчетных схем, помещенных на листе

"Расчетные схемы":

а - схема к определению сопротивления грунта копанию при максималь­ных

толщине вырезаемой стружки и объеме призмы волочения;

б - схема к определению сопротивления грунта копанию при работе бульдо-

зера на подъеме;

в - схема к определению положения центра давления бульдозера в транспорт-

ртном положении;

г - схема к определению положения центра давления бульдозера при копании

грунта на горизонтальной площадке;

д - схема к определению центра давления бульдозера при транспорти­ровке в траншее максимальной призмы волочения грунта;

е - схема к определению максимальных нагрузок на элементы рабочего оборудования бульдозера при внезапном упоре в непреодолимое препятствие средней точкой отвала;

ж - схема к определению нагрузок на элементы рабочего оборудования буль-

дозера при максимальном объеме призмы волочения и вывешивании ма- шины на средней точке отвала;

а - схема к определению нагрузок на элементы рабочего оборудования буль -

дозера при максимальном объеме призмы волочения и вывешива­нии зад- ней части трактора;

и - схема к определению поперечной устойчивости бульдозера.

Примечание: расчетные схемы вычерчиваются в произвольном, но удобном для работы масштабе и дополняются необходимыми векторами сил с указанием буквенных или цифровых координат мест их приложения.

Библиографический список

1.Баловнев В.И., Хмара Л.А. Интенсификация земляных работ в дорожном строительстве. – М.: Транспорт, 1983.- 183 с.

2. Баловнев В.И., Хмара Л.А. Повышение производительности машин для земляных работ. – К.: Будивэльнык, 1988. - 152 с.

3. Бульдозеры и рыхлители /Б.З. Захарчук, В.Д.Телушкин, Г.А. Шлойдо, А.А. Яркин. – М.: Машиностроение, 1987. - 240 с.

4. Гальперин М.И., Домбровский Н.Г. Строительные машины.- М.: Высш. шк., 1988. - 344 с.

5. Дорожные машины. Теория, конструкция и расчет. Под общ. ред.

Н.Я. Хархуты. – Л.: Машиностроение, 1976. – 472 с.

6. Домбровский Н.Г., Картвелишвили ЮЛ., Гальперин М.И. Строительные машины.- М.:Машиностроение, 1976. - 391 с.

7. Машины для земляных работ / Ю.А. Ветров, А,А. Кархов, А.С. Кондра, В.П. Станевский. - К.: Выща школа, 1981. - 383 с.

8. Плешков Д.И., Хейфец М.И., Яркин А.А. Бульдозеры, скреперы, грейдеры. – М.: Высшая школа, 1980. - 271 с.

9. Рейш А.К., Борисов С.М и др. Машины для земляных работ.- М.: Стройиздат, 1981. - 352 с.

10. Строительные машины. Справочник в 2 томах. Под ред. Э.Н. Кузина– М.: Машиностроение, Т. I, 1991. - 496 с.

Содержание

1. Объем и содержание проекта ……………………………………….. 3

1.1 Состав проекта …………………………………………………… 3

1.2 Объем проекта ……………………………………………………. 3

1.3 Содержание проекта …………………………………………….. 3

2. Общий расчет бульдозера …………………………………………... 4

2.1 Общие указания …………………………………………………. 4

2.2 Определение размеров отвала бульдозера ……………………. 6

2.3 Тяговый расчет бульдозера …………………………………….. 7

2.4 Статический расчет бульдозера ……………………………….. 11

3. Определение нагрузок на оборудование бульдозера …………….. 15

4. Определение технико-экономических показателей

работы бульдозера …………………………………………………. 19

4.1 Определение производительности бульдозера ………………….. 19

4.2 Определение себестоимости единицы

разрабатываемого грунта …………………………………………. 21

Библиографический список ……………………………………….. 25

Дата добавления: 2015-10-21