Расчет бульдозера рыхлителя для работы с грунтом IV категории прочности

;     (3.15)

 

 

Рисунок 3.2.2 Сечение универсальной рамы.

 

После нахождения значений по формулам (3.14) и (3.15) составляем условия  прочности. Это условие означает что наибольшее действительное напряжение должно быть не больше допускаемого.

где [σ] – допускаемое напряжение.

  , где n (n=1…1,5) – коэффициент запаса прочности (учитывая тяжесть условий работы возьмем n=1,4)

для стали 20 σ_в =500 МПа. Получим МПа

 Подставляя в формулу  (3.15) параметры коробчатого сечения получим:

м³.

Найдем напряжение в опасном  сечении (рис.10):

МПа ≤[σ]

Что удовлетворяет пределу  прочности.

 

 

4. Расчет рыхлительного оборудования

4.1 Выбор параметров

 
Выбираем трехзвенчатую подвеску, она отличается простой конструкцией, но не обеспечивает постоянного угла рыхления при подъеме и заглублении зуба.                                                                                                                          .

Для определения максимальных усилий, действующих при работе машины, исходной величиной является максимальная сила тяги по сцеплению Т_φ:

 

G_сц — сцепной вес рыхлителя в рабочем состоянии (по эксплуатационному  весу   рыхлителя); φ — коэффициент сцепления. Сцепной вес рыхлителя G_сц определяют: при навешивании на базовую машину только рыхлителя

 

 

при навешивании на базовую  машину спереди бульдозерного сзади  рыхлительного  оборудования

 

Количество зубьев, шт	3
Расстояние между зубьями, мм	1050
Масса, кг	2240
Вылет, мм	1300
Наибольшая  глубина   рыхления  от опорной поверхности , мм	700

G_бм — эксплуатационный вес базовой машины без навесного оборудования; G_р.0 и G_б .₀ — соответственно   эксплуатационные   веса рыхли-

тельного   и   бульдозерного   оборудования.

                               G_сц=12500+2500+2240=19740кг 
 
Основными параметрами рыхлителя являются: максимальная глубина рыхления; эксплуатационный вес рыхлителя; основные рабочие скорости; среднее статическое давление и смещение центра давления; удельное напорное усилие и удельное вертикальное давление на режущей кромке наконечника зуба, определяющие мощность разработки рыхлителем грунтов и пород с различным сопротивлением рыхлению.

Глубина рыхления рыхлителей общего назначения зависит от минимального тягового усилия.

Скорость рабочего хода рыхлителя  при отсутствии автоматизированного  управления оборудованием и трактором  выбирается в пределах 2,5—3,0 км/ч. Скорость маневрирования, а также обратного хода (при невозможности разворотов рыхлителя) выбирается с учетом типа подвески ходовой части базового трактора и расположения центра тяжести машины.

Вследствие значительных продольных и поперечных колебаний  эти скорости при полужесткой и балансирной подвеске гусениц, не могут быть более 6 — 7 км/ч, а при эластичной и балансирно-звеньевой — более 8 — 15 км/ч. Для колесных машин они составляют 10 — 20 км/ч.

Среднее статическое удельное давление гусениц трактора на грунт

 

 

 

где    G_р — вес рыхлителя;

L_оп — длина опорной поверхности гусениц; b — ширина гусеницы.

 

p=17240∙9,8\2∙3050∙250=0,11

 

Для рыхлителей общего назначения среднее удельное давление может  превышать такой же показатель базовой  машины в 1,15 — 1,25 раза.

Координата центра давления рыхлителя определяется по формуле(рисунок  4.1.1, а),:

где    d₁— расстояние   от   центра   тяжести   рыхлителя   до   оси

ведущей звездочки; Р₁ — горизонтальная  составляющая  результирующей  сил сопротивления рыхлению; h_max — наибольшая глубина рыхления;

Р₂ — вертикальная составляющая результирующей сил сопротивления рыхлению; d₂ — расстояние от точки приложения результирующей сил сопротивления рыхлению до оси ведущей звездочки; Т_р._т — расчетное толкающее усилие толкача; h_т — плечо действия сил Т_рт.

 

Горизонтальная   составляющая   результирующей   сил   сопротивления рыхлению

где Т_н — номинальное тяговое усилие рыхлителя;

k_г — коэффициент использования   тягового   усилия   рыхлителя, k_т = 0,8.

 

P₁=17240∙0,8=13792 Н 

Вертикальная составляющая результирующей сил сопротивления

где v — угол наклона результирующей сил сопротивления рыхлению,  его  принимают равным при рыхлении:

немерзлых грунтов — 0°;

мерзлых грунтов — 20°  вниз и вверх;

скальных пород — 30°  вниз и вверх.

 

P₂=13792∙0,36=4965 Н

 
Расчетное  толкающее   усилие  толкача

где    k_m — коэффициент использования тягового усилия толкача; Т_н-т — номинальное тяговое усилие толкача.

 

 

Рисунок 4.1.1 Схема сил, действующих на рыхлитель, для определения:

a - смещения  центра  давления;   б — вертикального усилия на зубе при выглублении; то же при заглублении; г — нагрузок при выглублении с центральным нагруженном; то же при заглублении; е — нагрузок при выглублении с боковым нагружением; ж — то же при заглублении

 

 

Смещение центра давления от середины опорной поверхности  гусениц, определяемое в соответствии со значением х, не должно превышать ^х/₆ от длины опорной поверхности гусениц.

При определении положения  центра давления с учетом работы под  уклон принимают значения угла наклона, близкие к такому показателю по базовому трактору, но не менее 15°.

Для колесных рыхлителей определяют нагрузки на передние и задние колеса, которые сопоставляют с нагрузочными характеристиками шин.

Удельное горизонтальное усилие на режущей кромке наконечников зубьев

где b — ширина наконечника; п — количество зубьев.

 

P_г=17240/8,3∙3=692,37 Н

 

Удельное вертикальное давление на режущей кромке наконечников зубьев

где Р_2mах — вертикальная сила на режущих кромках наконечников, направленная вниз, наибольшая по условиям опрокидывания базовой машины относительно задних кромок опорных поверхностей гусениц или задних колес (рисунок  4.1.1, в),

L_оп — длина опорной поверхности гусениц; F — опорная площадь режущей кромки наконечника.

    Площадь F и удельное вертикальное давление р_в определяют для различной степени износа наконечников.

   Величины р_г и р_в определяют для разного количества зубьев и сопоставляют с прочностными характеристиками грунтов и других материалов, подлежащих рыхлению.

   К основным конструктивным параметрам рыхлителя относятся: количество, шаг и вылет зубьев, высота и скорость их подъема, угол рыхления, угол заострения наконечников, расстояние от зубьев до ходовой части трактора и др.

Вылет зубьев определяется в зависимости от наибольшей глубины рыхления и области применения:

где h_mах — наибольшая глубина рыхления.

    Высота подъема зубьев обеспечивает задний угол въезда, который должен быть не менее 20°. Наибольший подъем на легких рыхлителях составляет 300 — 500 мм, средних 600 — 900 мм, а тяжелых — свыше 900 мм.

    Угол рыхления зубьями при максимальном заглублении выбирают в пределах 30—40° для изогнутых зубьев и 40 — 50° для прямых.

При трехточечной подвеске в начале заглубления угол рыхления может составлять 70 — 80⁰, а при четырехточечной — 35—50⁰.

    Угол отгиба наконечника для разработки мерзлых грунтов на 15⁰ - 20° больше угла рыхления.

    Угол заострения наконечников зубьев выбирают таким образом, чтобы при любом заглублении задний угол был бы не меньше — 7° при рыхлении грунтов и скальных пород и 8 — 10° при рыхлении мерзлых грунтов.

Толщину зубьев и наконечников выбирают минимальной по условиям прочности. Толщина наконечников должна как можно меньше превышать толщину зубьев.

Расстояние между зубьями  и гусеницами или колесами базового трактора (вынос зубьев) у рыхлителей общего назначения должно превышать максимальную глубину рыхления не меньше чем в 1,3 - 2 раза, а у специальных рыхлителей в 1,1 — 1,5 раза.

     Скорость подъема зубьев выбирают в пределах 0,3 — 0,5 м/сек.

При этом скорость опускания зубьев с учетом действия собственного

веса рыхлительного оборудования будет в пределах 0,4 — 1,0 м/сек,

без учета (при обычном  расположении гидроцилиндров штокам вниз) — несколько   меньше,   чем  скорость  подъема.

    Усилия подъема и заглубления зубьев навесных рыхлителей определяются из расчета опрокидывания базового трактора вперед назад в статическом положении.

Вертикальная сила, действующая  на зуб, равна:

при выглублении рыхлителя (рис. 93, б)

при заглублении рыхлителя (рис.  93, в)

    Вес ходовой части современных гусеничных тракторов составляет 25—50% общего конструктивного веса тракторов.

    Учитывая необходимость точного управления рыхлителем при наличии динамических нагрузок, а также при работе с толкачом, усилия выглубления и заглубления зубьев должны быть больше полученных статическим расчетом.

    Наибольшим является усилие Р₂, действующее вниз, а поэтому диаметр гидроцилиндров определяется из условия опрокидывания тракторов назад. Коэффициент динамичности при этом принимается

   По полученному вертикальному усилию с учетом необходимой скорости подъема зубьев, конструктивной схемы рыхлителя и возможного давления в гидросистеме определяют усилия и скорость движения поршня, а также диаметр гидроцилиндров.

     При определенных размерах разрыхляемого участка, возможности разворота на его концах и работе без поперечных проходов эксплуатационная производительность рыхлителя определяется выражением

 

4.2. Определение реакций действующих на рыхлитель

Спроектируем рабочее  оборудование навесного рыхлителя грунтов IV категории на образце трактора Т-170М1.

Исходные данные: 
          - номинальное тяговое усилие трактора ;

- наибольшая глубина рыхления 0,7 м;

- расстояние между зубьями 1050мм;

- количество зубьев 3 шт. ;

- рабочая скорость 2,38 км/ч;

- управление гидравлическое.

Разработаем раму и механизмы  ее управления.

Подвеску рамы выбираем трехшарнирную (трехточечную) ввиду ее простоты конструкции. Раму конструируем для установки на ней от одного до трех зубьев. Для укрепления зуба под нужным углом к плоскости рамы, в зависимости от глубины рыхления, предусматриваем переустановку пальца в отверстиях. Рама имеет проушины для соединения с трактором, гидроцилиндрами управления и для крепления зубьев. К раме трактора прикрепляют два кронштейна, к которым шарнирно присоединяются гидроцилиндры.

В процессе работы на зуб  рыхлителя (без толкача) действуют  следующие нагрузки:

горизонтальная составляющая сопротивления грунта

;

где - коэффициент использования тягового усилия;

- коэффициент динамичности;

вертикальная составляющая , действующая вверх или вниз (заглубление или выглубление), определяемая с учетом ;

боковая составляющая, равна 

или с учетом      .

Усилие заглубления  (рисунок 4.2.1) определим из условия вывешивания задней части трактора на зубе рыхлителя:

– вес отвала; – вес трактора;

 – вес рыхлителя.

Рисунок 4.2.1 Схема заглубления рыхлителя

 

 

 

, по этому соотношению

С учетом коэффициента динамичности

Определим усилие выглубления рыхлителя (рис. 4).

Рисунок 4.2.2 Схема выглубления рыхлителя

По уравнению  находим

с учетом коэффициента динамичности

Определим опорные реакции в шарнирах крепления зуба (рисунок 4.2.3). Принимаем, что нагрузки приложены в конце зуба; на центральный зуб при максимальной глубине рыхления действуют максимальные величины , и половина от максимального значения .