Расчет бульдозера рыхлителя для работы с грунтом IV категории прочности

Министерство образования РФ

Санкт-Петербургский государственный  технический университет

 

 

Механико-машиностроительный факультет,

кафедра «Транспортные и технологические системы»

 

Работа  допущена к защите

Зав. Кафедрой д. т.н., проф.

                К.П.Манжула

«    »        2012г.

.

Бакалаврская  работа

по направлению 190100.62.03 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование»

 

 

Расчет  бульдозера рыхлителя для работы с грунтом IV категории прочности

 

 

 

 

Выполнил  студент группы 4045/10                                               К.В.Округина

 

 

Руководитель, д.т.н., проф.                                                        А. А. Шестопалов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012

Содержание:

1.Введение……………………………………………………………………………….…..3 

    1.1. Обзор и анализ существующих конструкций бульдозеров рыхлителей …………3

   1.2 Назначение……………………………………………............................................... ..9 

    1.3Конструкция…………………………………………………………………………....9 

    1.4 Рабочий процесс……………………………………………………………...............10

    1.5 История развития……………………………………………………………………..11

    1.6 Тенденции развития бульдозера в целом…………………………………………...13

    1.7  Тенденция развития отдельных узлов……………………………………………...17

    1.8. Мировые производители и марки бульдозеров…………………………………...26

2. Общий расчет бульдозера…………………………………………………………….….29

    2.1Подбор прототипа бульдозера………………………………………………………..29

    2.2Выбор параметров  отвала…………………………………………………………….29

    2.3Определение сопротивлений копания при перемещений грунта………………….31

    2.4Общая схема сил, действующая на бульдозер…………………………...................34

3.Прочностные расчеты…………………………………………………………………….44

    3.1Выбор расчетных  положений рамы бульдозера…………………………………….44

    3.2 Расчет рамы  бульдозера на прочность…………………………………...................46

4.Расчет рыхлительного оборудования…………………………………………………….53

    4.1 Выбор параметров………………………………………….………………………....53

    4.2. Определение реакций действующих на рыхлитель……………………………......61

    4.3. Расчет прочности зуба……………………………………………………………….65

5.Безопасность жизнедеятельности……………………………………….……………..…68

    5.1. Основные правила эксплуатации, технического обслуживания и ремонта……...68

    5.2 Техника безопасности при работе бульдозера………………………………………69

Список литературы…………………………………………………………………………..74

 

 

1.Введение

1.1 Обзор и анализ  существующих конструкций бульдозеров  рыхлителей 
Бульдозер — самоходная землеройная машина, представляющая собой гусеничный или колёсный трактор, тягач с навесным рабочим органом — криволинейным в сечении отвалом (щитом), расположенным вне базы ходовой части машины.                                             .                                       
Бульдозеры классифицируются:

• по назначению – общего назначения, приспособленные для выполнения разнообразных землеройно-планировочных и строительных работ в различных грунтовых условиях, и на бульдозеры специального назначения, которые предназначаются для выполнения определенных видов работ (например, для прокладки дорог, чистки снега, сгребания торфа и т.д.);
• в зависимости от тягового класса (номинальному тяговому усилию) базовых машин малогабаритные (класс до 0,9), легкие (класс 1,4…4), средние (класс 6…15), тяжелые (классов 25…35) и сверхтяжелые (класс свыше 35);
• по типу ходовому устройства – гусеничные и пневмоколесные;
• по конструкции рабочего органа – с неповоротным отвалом (постоянно расположенным перпендикулярно продольной оси базовой машины), с поворотным отвалом (который может устанавливаться перпендикулярно или под углом до 55 градусов в обе стороны к продольной оси машины. Поворотный отвал устанавливают только на гусеничных тракторах, так как колесные тягачи плохо воспринимают боковые нагрузки;
• по типу системы управления отвалом – с гидравлическим и механическим (канатно-блочным) управлением. По канатно-блочной системе управления подъем отвала осуществляется зубчато – фрикционной лебедкой через канатный полиспаст, опускание – под действием собственной силы тяжести отвала. При гидравлической системе управления подъем и опускания отвала осуществляется принудительно одним или двумя гидроцилиндрами двустороннего действия. Бульдозеры с механическим управлением в настоящее время промышленностью не выпускаются.

Отвалы бульдозера представляют собой жесткую сварочную металлическую  конструкцию с лобовым листом криволинейного профиля. Поворотный отвал  длиннее неповоротного, так как  в неповоротном положении он должен перекрывать ширину базовой машины. Применяют поворотный отвал для  планировочных работ с перемещением грунта в сторону (грунт при этом сходит с отстающим концом отвала в виде бокового валика), для засыпки  траншеи, разравнивания валов и  других работ при непрерывном  движении машины вдоль фронта работ.

Сферические отвалы, состоящие  из трех или пяти секций, которые  установлены под углом 10…15 градусов одна к другой, набирают грунт на 15…20 процентов больше, чем прямые отвалы. Сферические отвалы применяются  для работ с кусковыми и  сыпучими материалами при мощности базовых машин более 130 кВт. Совковый отвал имеет увеличенные боковые  щитки и применяются при перемещении сыпучих и слабопрочных материалов на большие расстояния (до 150 м). Отвал рыхлящими боковыми зубьями применяются в крепких каменистых и мерзлых грунтах на гусеничных бульдозерах мощностью не менее 50 кВт и на колесных бульдозерах мощностью не менее 220 кВт. Короткий прямой отвал снабжен амортизатором и предназначен для установки на толкачах, помогающих загружать скреперы.

 

Рисунок 1.1.1. Основные типы бульдозерных отвалов: 1 – прямой поворотный; 2 – прямой неповоротный; 3 – полусферический; 4 – сферический; 5 – сферический для сыпучих материалов; 6 – с толкающей плитой.

Рисунок 1.1.2. Профиль отвала и схема его установки в плане

   Основными параметрами (Рисунок 1.1.2) являются: угол резания δ=40-75° ; угол опрокидывания Y=30-80°; угол наклона ε0=70-90°; угол установки козырька Р радиус кривизны отвальной поверхности R; высота отвала В; высота отвала с козырьком Вк; длина прямой части отвальной поверхности а; длина отвала L.

Параметры отвала оказывают  значительное влияние на сопротивление  грунта копанию и волочению. При  правильно выбранных параметрах сформированная при резании стружка  грунта должна двигаться вверх по поверхности овала и обрушиваться по направлению его движения, т.е. вперед. При неправильном профиле  отвала могут иметь место случаи, когда грунт будет двигаться  не по отвалу, а выпирать сквозь призму волочения, что значительно повысит  необходимое тяговое усилие.

 

Для расширения области применения бульдозеров, отвалы оборудуют специальными приспособлениями – окрылками, уширителями, выступающими средними ножами, грузовыми вилами, траверсами, подъемными крюками и др.

Рыхлители наиболее часто агрегатируют с гусеничным бульдозером, так как они позволяют разрабатывать более прочные грунты, скальные породы, смерзшиеся материалы. В этом случае предварительно рыхлят породы, а затем транспортируют их отвалом. Рыхлители, используют при: отрывке котлованов, траншей, устройстве выемок, гидротехнических сооружений, при подготовке основания дорожного полотна, разработке полезных ископаемых открытым способом (угля, руды, золотоносных, россыпей) вскрышных работах.

Различают однозубые и  многозубые рыхлители, (рис. 1) Однозубый рыхлитель снабжен одной стойкой в результате чего сила тяги, сосредоточена на одном рабочем органе. Благодаря этому он может разрушать более прочные породы. Кроме того, однозубые рыхлитель обладает меньшей металлоемкостью, чем многозубый.

В зубе выполнено до трех отверстий. Поэтому его устанавливают  в раме на различной, высоте, обеспечивая  ступенчатое изменение глубины  рыхления в зависимости от прочности разрабатываемого материала,

Трёхзубый рыхлитель снабжен тремя съемными стойками, размещенными на раме на одинаковом расстоянии одна от другой. Два боковых зуба можно снимать. Трехзубые рыхлители отличаются большей материалоемкостью и предназначены для paботы на более легких породах и смерзшихся грунтах.

По системе подвески рыхлителей на тракторе наиболее распространены трехзвенная, параллелограммная, параллелограммная с изменяемым звеном.

При трехзвенной подвеске (рис.1) к опорной раме 1 шарнирно крепят раму 6 с рабочей балкой 3. В балку  установлен зуб 4, на конце которого укреплен съемный наконечник 5. Трехзвенная  подвеска отличается простой конструкцией, но не обеспечивает постоянного угла рыхления при подъеме и заглублении  зуба.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При параллелограммной подвеске рыхлитель установлен на четырехзвеннике и сохраняет постоянный угол рыхления в процессе работы. На опорной раме 1 шарнирно установлены рама 6 и верхняя тяга 7, к которым на пальцах подвешена рабочая балка 3. В нее вставлена стойка зуба, удерживаемая поперечным пальцем.

При параллелограммной подвеске с изменяемым звеном вместо верхней тяги установлены гидроцилиндры. Они увеличивают или уменьшают расстояние между верхними шарнирами опорной рамы 1 и балки

3 и таким образом изменяют  угол рыхления. Этот тип подвески  повышает производительность рыхлителя,  облегчает выглубление оборудования и уменьшает нагрузки на трактор.

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 рис. 2 показаны четыре оптимальные схемы рыхления: продольно-кольцевая, спиральная, челночная со смещением, продольно-поперечная.

 

 

Выбор схемы рыхления зависит  от прочности и природы разрабатываемых  пород.

Характеристики:

• длина отвала — до 5,550мм
• масса отвала — до 10т
• размеры отвала: ширина — до 6100 мм, высота — до 2200мм
• высота с козырьком — 2300мм
• подъем отвала — 1780мм
• заглубление отвала — 800мм
• расстояние перемещения породы — до 200 м
• мощность двигателя — до 386кВт
• масса — до 58т/

Бульдозеры-рыхлители оснащаются одно- и трезубым навесным рыхлительным оборудованием заднего расположения с гидравлическим управлением. Рыхлительное оборудование навешивают на гусеничные бульдозеры с тягачами классов 10, 25, 35, 50 и 75 мощностью 118...636 кВт.

Главным параметром бульдозеров-рыхлителей является тяговый класс базового трактора.

Крепление рыхлителей осуществляется к остову базового трактора или к  корпусу его заднего моста. Технические  характеристики бульдозеров-рыхлителей приведены в таблицах 1 и 2.

1.2. Назначение

Бульдозеры-рыхлители применяют  для предварительного послойного рыхления и перемещения плотных каменистых, мерзлых и скальных грунтов при  устройстве строительных площадок, рытье  котлованов и широких траншеи, а  также для взламывания дорожных покрытий.

1.3. Конструктивная схема

Рисунок 1.3.1. Бульдозер-рыхлитель

Бульдозер-рыхлитель (Рисунок  1.3.1) состоит из базового трактора 2, бульдозерного оборудования с отвалом 1 и рыхлительным оборудованием. Рыхлительное оборудование состоит из опорной рамы 3, жестко прикрепленной к заднем мосту базового трактора, тяги 4, рабочей балки 6 с жестко закрепленным сменным зубом 7, нижней рамы 8 и двух гидроцилиндров 5 управления рыхлителем. Зуб состоит из стойки, сменного литого наконечника 9 с износостойкой накладкой. В стойке имеются отверстия, позволяющие изменять вылет зуба относительно рабочей балки при изменении глубины рыхления. На зуб могут быть установлены уширители. Гидроцилиндры управления рыхлителем работают с гидросистемы базового трактора и обеспечивают опускание, принудительно заглубление и фиксацию зуба в определенном рабочем положении, а также его подъем при переводе в транспортное положение.

1.4. Рабочий процесс

Рабочий цикл: опускание  зубьев и их заглубление в грунт, рыхление грунта, выглубление зубьев рыхлителя и возвращение рыхлителя в исходное положение (холостой ход).

Разрушение грунтов и  пород происходит при поступательном движении машины и одновременном  принудительном заглублении зубьев рабочего органа до заданной отметки. В процессе рыхления массив грунта разделяется на куски (глыбы) таких  размеров, которые удобны для последующей  их эффективной разработки, погрузки и транспортирования другими  машинами.

Рыхление производят параллельными  резами по двум технологическим схемам: без разворотов у края площадки с  возвратом машины в исходное положение  задним ходом (челночная схема) и  с поворотом рыхлителя в конце  каждого прохода (продольно-поворотная схема). Челночная схема наиболее рациональна при малых объемах  работ в стесненных условиях, продольно-поворотная - на участках большой протяженности. Максимальные величины глубины и  ширины захвата рыхления, рабочих  скоростей движения и число зубьев рыхлителя определятся тяговым  классом базовой машины.