Расчет бульдозера рыхлителя для работы с грунтом IV категории прочности

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 26 Октября 2012 в 17:06, дипломная работа

Описание работы

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;

Содержание работы

.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

Файлы: 1 файл

ДИПЛОМ 3.docx

— 2.64 Мб (Скачать файл)

Р=0,61∙√15000∙7,73=207,7Н

Р1мах=161700+207,7=140кН

 Действие  динамической силы р1д может быть оценено коэффициентом

динамичности  =161,9/161,7=1,001

При расчете на прочность элементов конструкции  бульдозера коэффициент динамичности может быть приближенно принят kd=l,0-2,5; меньшие значения соответствуют условиям стопорения отвала в грунте IV категории, большие - упору в препятствие в виде кирпичной кладки. Для бульдозеров с гидродинамической трансмиссией коэффициент динамичности kд имеет меньшие значения, что обусловлено снижением начальной скорости буксования Vнач по сравнению с номинальной скоростью VHOM .

Вертикальная  составляющая реакции препятствия  на отвал может быть выражена уравнением:

P2 = (P1–R1) • ctg(δ+φ1)–R2                                     (2.4.11)

                              P2 = (161,9–21,56) • ctg(65) – 21,56=42,9 кH

Из этого уравнения  видно, что максимальное значение силы Р2, направленной вниз, будет иметь место при R1=R2=0 и минимальном угле резания δ:

             (2.4.12)

                           P2max =161,9ctg(500+150)=74,47

Необходимо отметить, что действие силы Р2 при запертых гидроцилиндрах подъема, приводит к увеличению нормальной реакции грунта на движители машины, а следовательно, к увеличению максимальной силы тяги по сцеплению, что, в свою очередь, ведет к возрастанию реакции грунта на отвал.

Сила р, определяемая по формуле, с учетом формулу (2.3.9) будет в этом случае равна:

    (2.4.13)

подставляя значения в формулу, получим

P1=[(15000+2500)0,95]/(1-0,95∙0,466)=2,926∙105=292,6кН

Сила S на штоке гидроцилиндра может достигать значительной величины в положении резания при запертых гидроцилиндрах или в начале подъема отвала из положения резания в транспортное.

Силу S, возникающую в процессе резания, можно определить из уравнения моментов сил, действующих на рабочее оборудование бульдозера, относительно точки С (рис.6);


 

 

 

 

 

Рисунок 2.4.3 Схема к определению силы, развиваемой механизмом подъема

На рабочее  оборудование с поднимаемым грунтом  при выглублении отвала действуют следующие силы (рисунок 2.4.3): G - вес рабочего оборудования; Gг - вес поднимаемого грунта;

Q - сила сопротивления сдвигу грунта, поднимаемого с отвалом, относительно грунта, остающегося в призме;

P1 и P2 - горизонтальная и вертикальная составляющие реакции грунта, действующие на рассматриваемую систему;

Вес поднимаемого грунта определяется:

 0, 841∙4,00∙1,8∙9,81=5,851∙104=58,51кН

где Fn - площадь поперечного сечения грунта в отвале, Fn =0,841 м2 (условно рассчитаем как четверть окружности радиусом равным высоте отвала) ;

L - длина отвала;

γr - объемный вес грунта (примем равным γr =1,8 т/м3).  [1, стр.34]

Сила Q определяется из уравнения:

Q=μT+CF;    (2.4.15)

где F=Lh - поверхность, по которой происходит сдвиг (условно принимаем, что сдвиг происходит по вертикальной стенки, проходящей через острие ножа);

F=4,00 ∙ 0,181=0,71м2

С - сцепление грунта при сдвиге в кг/см2 [1, стр.38], С=0,6 кг/см2;

μ - коэффициент внутреннего трения грунта;

Т- сила тяги, приложенная к рабочему органу

Входящую в  это уравнение силу Т принимаем равной нулю, считая, что вся сила тяги уравновешивается реакцией pi (что является наиболее тяжелым случаем при определении силы подъема Sп). Тогда получим:

Q=0,6∙ 0,71 ∙ 104 ∙ 9,81=41,8кН.

Силы P1 и P2 находятся из уравнений (2.4.5) и (2.4.12). Сила Sп определяется из уравнения моментов сил, действующих на рабочее оборудование, относительно точки С:   тогда,

При некоторых (критических) значениях усилия подъема и недостаточной  устойчивости машины может произойти ее опрокидывание относительно передней кромки гусениц (точка А на рисунке 2.4.3). Из условия равновесия системы относительно этой точки критическое значение силы подъема:  
                                                                                     (2.4.16)

где Gт — сила тяжести трактора, r1 – расстояние от точки опрокидывания (т.А) до линии действия Sп

Sкр=147,15∙3,22/1,08=438,7кН

Очевидно, что  выглубление отвала становится возможным при соблюдении следующего неравенства:

Sп ﮐ Sкр

Наибольшее, т. е. расчетное значение силы подъема, может  быть определено по мощности двигателя трактора. На эту силу следует рассчитывать гидроцилиндр и детали рамы бульдозера.

Бульдозер с гидравлическим управлением осуществляет принудительное заглубление отвала. Максимальная сила, действующая по штокам гидроцилиндров, определяется из условия опрокидывания бульдозера относительно точки В (рисунок 2.4.3). Значение этой критической силы заглубления можно найти из условия равновесия системы относительно этой точки. По найденной таким образом критической силе рассчитывается система гидравлического управления, а рабочее оборудование бульдозера проверяется на прочность.

Реакция pc в шарнире С, определяется из уравнений равновесия сил, действующих на рабочее оборудование:

Xc=P1+S • cosθ,    (2.4.17)

Zc=S • sinθ – P2 – G,    (2.4.18)

Где θ- угол наклона гидроцилиндров механизма подъема по отношению к горизонтали.                   Xc=292,6+431,9 • cos48°=577,6 кH

Zс=431,9 • sin48° – 42,9 – 24,5=253,6 кH

Максимальные  усилия в шарнирах возникают при  внезапном упоре отвала в препятствие.

Определение сил, действующих на бульдозер с поворотным отвалом, имеют некоторые особенности, обусловленные установкой отвала. На универсальный отвал действует реакция грунта Р, которая дает кроме составляющих Рi и Р2, боковую горизонтальную составляющую рз.

Максимальное  значение составляющей рз следует проверить по условиям сцепления ходового оборудования трактора с грунтом.

Р3 • 1<Мр,

где Мр- суммарный момент горизонтальных реакций грунта на ходовое оборудование. Для гусеничных бульдозеров:

                                    (2.4.19)

где μ-приведенный коэффициент сопротивления гусениц повороту, μ=0,7-1,0; Gr - вес приходящийся на гусеницы трактора, при нейтральном положении механизма подъема Gr= Gт=147,15 кН.

Мр=1∙147,15∙3,05/4=112,2 кН∙м

Тогда,         Р3р/l=112,2/4,25=26,4 кН,

где l – расстояние от центра гусениц до линии действия Р3 (l=4,25 м)

Таким образом найдены  все три составляющие реакции  грунта Р1, Р2, Р3 .

3. Прочностные расчеты

3.1  Выбор расчетных положений рамы  бульдозера 

 

Рассмотрев действие внешних сил, можно сделать выводы в отношении положений и условий работы бульдозера, наиболее опасных с точки зрения его прочности.

Силы pi и Хс достигают предельных значений при рабочем движении бульдозера с использованием полной толкающей силы трактора и действии сил инерции. Осуществление этих условий возможно, например, при упоре отвала бульдозера в препятствие.

Реакция Р2, а также сила напряжения S механизма подъема могут достигать наибольших величин в том же положении при запертом гидроцилиндре или в случае подъема отвала с грунтом при условии использования полной мощности двигателя.

Точкой приложения сил Р1 и Р2 может являться любая точка на поверхности отвала, что следует учитывать при расчете отдельных частей.

Исходя из этого, выбираем данное расчетное положение: когда бульдозер наезжает серединой отвала на непреодолимое препятствие.

Расчетное положение: Упор отвала в препятствие средней точкой в процессе резания при запертом положении механизма подъема.

1)  бульдозер движется по горизонтальной поверхности, начальная скорость движения равна номинальной скорости на I передаче;

2)  при упоре в препятствие используется  максимальная  по  сцеплению 
толкающая сила; kg = 2,5,

3)  угол захвата при расчете бульдозера с поворотным отвалом принимается 
минимальным.

 

 

 

Расчет  на прочность. Выбрав расчетные положения и наметив расчетные условия, приступают к определению сил, действующих на машину и ее части. Для этого составляют расчетные схемы машины применительно к каждому из намеченных положений.

Расчетные схемы  выполняют в виде схематического чертежа машины, на котором   проводятся  координатные  оси,  показываются  контуры   основных частей,   способ   их   соединения    и   взаимодействия   между   собой    и   с разрабатываемым    грунтом,    наносятся    точки    приложения    внешних    и внутренних сил и показываются силы, действующие на машину. Если задача не может быть сведена к определению сил, действующих в одной плоскости, то расчетная схема выполняется в двух проекциях или в аксонометрии. Построив расчетную схему для рассматриваемого положения, определяют значения активных сил, действующих на машину: сил тяжести и толкающей силы.

Из условий  равновесия машины и отдельных ее частей определяют неизвестные внешние  силы, а также силы взаимодействия между частями машины, необходимые  для расчета на прочность. Затем  вычисляют напряжения, действующие  в опасных сечениях. Сравнивая  вычисленные значения напряжений с допускаемыми, производят проверку на прочность.

3.2 Расчет  рамы бульдозера на прочность

      В расчетном положении действию опасных нагрузок подвергается отвал бульдозера. Расчет отвала производится в следующем порядке. Построив расчетную схему бульдозера (рисунок 2.4.1), находим действующие на него внешние силы G, Р2, P1, Sр. Силу тяжести рабочего оборудования и положение центра тяжести определяем исходя из данных эскизного проекта или по подобию с существующими моделями.

    На отвал, кроме сил Р1, Р2 и Sр, действует сила тяжести отвала G0  и реакции в шарнирах ХА1, ZA1, ХА2  и ZA2 и в подкосах РВ1 РВ2 (рисунок 3.2.1, а).

    Рассматриваем отвал как балку, шарнирно закрепленную точках А1 и А2 (рисунок 3.2.1, б), пренебрегая при этом моментами горизонтальной плоскости, действующими на отвал со стороны толкающих брусьев при изгибе системы, что ведет к незначительному увеличению запаса прочности.

Рисунок 3.2.1 Расчетные  схемы 

     Допускаем,  что размеры и формы сечения отвала постоянны по его длине и соответствуют опасному сечению.           . 
Усилия, возникающие в опасном сечении аа (рисунок 3.2.1, е) под 
действием    внешних   нагрузок,    находим    следующим    образом: 
определив положение центра тяжести сечения О и направление 
главных осей инерции сечения х и z, приводим силы Р1, Р2 и Sр 
точке О и раскладываем их на составляющие по осям х и z. 
В сумме эти составляющие образуют силы Qх и Qz.

Qх= - P1+Sp· cosβ = - 292,6+432,97·0,7=10,47кН

Qz=- P2+Sp· sin(90-β) =- 42,9+432,97·0,7=260,17кН

Силу тяжести вала рассматриваем как равномерно распределенную нагрузку:

                                  q=G0/L                q=147000/4=36,75кН                          .  
которую также разложим на составляющие qx и qz. 
     При  предварительных  расчетах  действием силы  тяжести  отвала можно пренебречь. 
    Под действием внешних сил в сечении аа возникают следующие 
усилия: изгибающие моменты М' в плоскости хОу и М" в плоскости уОz и крутящий момент Мк/2.                   . 
Изгибающие моменты М1 и М" определяют по формулам 
         (3.2.1)                    (3.2.2)

М’= (10,47·4/4)-(36,75· 42/8)=-63кН         M”= (260,17·4/4)-(36,75· 42/8)=187кН              

Крутящий момент Мк/2 определяется как половина суммы моментов сил Р1, Р2, Sр и G0 относительно центра жесткости (центра изгиба) сечения. Координаты центра жесткости приближенно определяют по формулам

                    (3.2.3)

 

 

 

 
 

(3.2.4)


 

 

Для проверки прочности материала  балки по отношению к нормальным напряжениям необходимо найти наиболее напряженные площадки, т.е. такие  на которых М=Ммах

Тогда для наибольшего  нормального напряжения получаем:

;      (3.14)

где Ммах – наибольшее значение момента.

      W – осевой момент сопротивления.

При симметричном относительно нейтральной оси сечении, например коробчатое сечение, расстояние до крайних  растянутых и сжатых волокон одинаково  и такое сечение имеет одно определенное значение момента сопротивления  относительно оси у (рис. 10а).

Информация о работе Расчет бульдозера рыхлителя для работы с грунтом IV категории прочности