Рассчет рыхлителя тяжелого класса

 

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Южно-Уральский государственный  университет»

(национальный исследовательский  университет)

Факультет «Аэрокосмический»

Кафедра «Летательные аппараты и Автоматические установки»

 

 

 

Курсовой проект

 

 

 

 

 

                                                               Руководитель:

                                                                Панфилов А.В.

                                                                                  «___» ____________2013 г

 

                                                                   Автор проекта –

                                                                                Студент группы АК-506

                                                                                                  Суворов Д.С.

                                                                             

                                                        Проверил:

                                                                Панфилов А.В.

                                                                                  «___» ____________2013 г

 

 

Челябинск 2013 г.

ВВЕДЕНИЕ.

 

Рыхлитель – специальная  дорожная машина для проведения подготовительных работ.

Рыхлители применяют для  послойного рыхления плотных, мерзлых  грунтов, грунтов, пронизанных корневыми  системами, а также для грунтов  с включенными в них крупными камнями. Они взламывают дорожные покрытия при ремонте и реконструкции  дорог. Рыхлители обычно используют в комплекте с бульдозерами, скреперами, погрузчиками, экскаваторами; при разработке тяжелых грунтов рыхлители в 3 – 5 раз увеличивают производительность этих машин.

Главнейшими классификационными признаками для рыхлителей являются: мощность двигателя – тягача и  способ передвижения рыхлителя. По мощности двигателя – тягача рыхлители  разделяют на легкие (до 75 л. с.), средние (от 75 до 250 л. с.) и тяжелые (свыше 250 л. с.). По способу передвижения различают рыхлители навесные и прицепные. Рабочее оборудование навесного рыхлителя подвешивают к корпусу заднего моста и к раме трактора в трех или четырех точках. У прицепного рыхлителя рабочее оборудование монтируют на специальной одноосной колесной тележке, прицепляемой к трактору. Управление прицепного рыхлителя канатное; зубья погружаются в грунт только за счет силы веса опускаемых частей рыхлителя.

Навесные рыхлители имеют  преимущества перед прицепными не только в маневренности и в весе (менее металлоемки), но и в наличии гидропривода, обеспечивающего принудительное заглубление с передачей на зубья части веса трактора. Навесной рыхлитель, устанавливаемый на тракторе с бульдозерным оборудованием, позволяет более равномерно распределить нагрузку на опорные катки гусеничного хода трактора.

 

 

1. УСТРОЙСТВО, ХАРАКТЕРИСТИКИ, СХЕМЫ ПРИВОДА ДОРОЖНЫХ МАШИН  И ИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ 

1.1  ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ПАРАМЕТРЫ БАЗОВОГО ТРАКТОРА

 

Таблица 1.1 – Техническая  характеристика трактора Т-180

Номинальная мощность двигателя  Д-180, кВт (л.с.)	132,4 (175)
Частота вращения коленчатого  вала при номинальной мощности, об/мин	1100
Диаметр цилиндра, мм	145
Ход поршня, мм	205
Рабочий объем цилиндров, л	20,28
Степень сжатия	14
Удельный расход топлива  при номинальной мощности, г/кВт*ч (г/э. л.с.-ч)	238 (175)
G, кг	2600
Вместимость топливного бака, л	325
База, мм	3220
Колея, мм	2040
Дорожный просвет, мм	550
Радиус поворота, м	2,04
Ширина трака гусеницы, мм	580
Высота почвозацепов, мм	75
Давление на грунт, кПа	59
Габаритные размеры, мм	5420 Х 2740 Х 2825
Масса конструктивная, кг	14950
Марка насоса	НШ - 46
Наибольшее давление насоса, МПа	9,5
Производительность насоса л/мин	70
Диапазон тягового усилия:
передний ход	14400 - 2350
задний ход	11580 - 3960
Диапазон скоростей, м/с:
передний ход	0,8 – 3,3
задний ход	0,3 – 2,4

 

 

1.2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И РАЗМЕРНЫЕ ДАННЫЕ РЫХЛИТЕЛЯ ДП-22С /1, С. 27/:

 

1.Тип подвески                               

рыхлительного оборудования …………………………четырехзвенная

                                                                                        с креплением к     

                                                                                        лонжеронам рамы.

2. Число зубьев ………………………………………………………   ….  3

3. Максимальное заглубление  зубьев, м……………………..……...  0,5

4. Ширина наконечника  зуба, м ……………………………………….  0,086

5. Угол рыхления при  наибольшем заглублении …………….……  45

6.Габаритная ширина, м ……………………………….……………..  3,64

7. Масса, кг ………………………………………………………………  3280

8. Расстояние между зубьями,……………………...……………….   0,8

2. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ  РЫХЛИТЕЛЯ С ТРЕМЯ ЗУБЬЯМИ

 

2.1 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА

           Принципиальная схема рабочего оборудования рыхлителя, может быть следующей:

1.  Расположение и размещение  оборудования на тракторе Т-180.

2.  Рабочий орган рыхлителя  представляет собой прочную сварную  раму, в которую вставляют стойки  зубья /см. рисунок 1/.

3.  Зубья рыхлителей  на раме укрепляют или жестко, или же с помощью шарнирного  крепления. Шарниры позволяют  откидываться стойкам-зубьям при  проходе через валун или какое-либо  другое крупное препятствие. 

4.  Вылет стоек-зубьев  должен быть на 100-300 мм больше  максимальной глубины рыхлителя,  для обеспечения прохода рам  рыхлителя над разрыхляемым материалом.

5 . Для получения разной  глубины рыхления конструкция  крепления стоек позволяет изменять  их вылет, а в стойках-зубьях  для этой же цели делают  дополнительные отверстия.

 

Рисунок  2.1 – Рабочий  орган рыхлителя

1 – рама, 2 – стойка  – зуб, 3 – тяга, 4 – шарнир, 5 –  гидроцилиндр

2.2 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ  РЫХЛИТЕЛЯ С ТРЕМЯ ЗУБЬЯМИ 

 

2.2.1 Параметры рыхлителя  берем стандартные. Зубья рыхлителя  должны так располагаться относительно  гусениц трактора, чтобы разрыхленный  грунт не волочился перед зубьями.  Для этого по рекомендации /2, с.53/ удаляем зубья от гусениц трактора  на расстояние

 

                                                                                      (2.1)

 

где H-максимальное заглубление зубьев.

Подставив численные значения в формулу (2.1) получим

 

 

 

Принимаем l=0,87м.

Число зубьев по задания 3, шаг  зубьев 0,8м.

Стойки-зубья выполняем  изогнутыми с узкими съемными наконечниками, отлитыми из марганцевой стали и  имеют угол заострения 30⁰.

Угол рыхления 45⁰.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

 

Для выполнения дорожной машиной  заданных функций обеспечиваемое силовой  установкой тяговое усилие Р_т должно быть не менее суммарных сил сопротивления дорожной машине Р_т ≥ W_c. Тяговое усилие можно определить исходя из выражения/1, с. 5/

 

                                  

                                           (3.1)

 

где N- мощность силового оборудования, кВт; Р_т – тяговое усилие дорожной машины, Н; V  - скорость перемещения дорожной машины при выполнении рассматриваемых видов работ, м/с.

С учетом буксования/1, с.5/

 

                          

                                       (3.2)

 

где η – КПД механической трансмиссии, 0,75 ... 0,9; δ – коэффициент буксования, для гусеничных тракторов 0,07; для колесных 0,20.

Расчет по формуле 3.2 дает:

 

 

Суммарные силы сопротивления  рассчитываются дифференцированно  для различных групп дорожных машин. Так, для рыхлителя

 

_{Wc=W1 + W2}

где W₁, W₂, - силы сопротивления соответственно резанию, перемещению самой машины.

Сопротивление грунта резанию  W₁ определяют по формуле

 

                                          _{W1=К^.b^.h^.sin φ, Н                                           (3.3)}

 

где К - удельное сопротивление резанию (150000 Н/м² по рекомендации /1, с.6/); b и h - ширина и толщина стружки, м; φ - угол захвата, град(90⁰).

Расчет по формуле (3.3) дает

 

W₁ = 150000∙^.0,086^.∙0,5∙sin 90 = 6370,6 Н,

 

Так как рыхлитель имеет  три зуба, то значение W₁ увеличиваем в 3 раза W₁ = 6370,6∙3 = 19111,8 Н. 

 

Сопротивление перемещению  самой дорожной машины

 

                                    _{W2 = 9,81^.Gдм^.(f ± i)     Н,                                     (3.4)}

 

где G_дм – масса дорожной машины, кг; f – удельное сопротивление перемещению дорожной машины:

для гусеничных: f = 0,08...0,15; для колёсных 0,05...0,12, в зависимости от вида и состояния грунта.

 

Расчет по формуле 3.4 дает

 

W₂ = 9,81^.∙14950∙0,09 = 13199,4 Н.

Необходимая мощность для  преодоления всех сил сопротивлений

 

N = 132,4 кВт,132,4>32,3, то есть N > Nw_c, дорожная машина преодолевает все силы сопротивления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ  МАШИНЫ

 

Производительность машины рассчитывается по формуле 

                                                      (4.1)

 

где  - расчетная скорость движения рыхлителя, км/ч;

  здесь -скорость движения тягача рыхлителя на  

первой передаче, км/ч;

- ширина полосы рыхления  с учетом перекрытия соседней  полосы, м;

- Расчетная глубина рыхления; ; здесь H –  

      максимальное  заглубление зубьев рыхлителя,  м;

- коэффициент, учитывающий  характер проходов; =1 при 

параллельных резах; =1 при перекрестных резах;

- число проходов по  одному месту (n = 1-3);

  - число поворотов за час работы;

- время, затрачиваемое  на один поворот ();

   - коэффициент использования рабочего времени ().

Принимаем =2,5 км/ч; B=1,6 м; =0,4 м; =1; =1;  =2; =

=1,5 мин; =0,85 мин.

Подставив числовые значения в формулу (4.1) получим

 

 

 

 

 

 

5. СИЛОВОЙ РАСЧЕТ РЫХЛИТЕЛЯ.

 

5.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ  НА ОБОРУДОВАНИЕ РЫХЛИТЕЛЯ

 

В данной конструкции рыхлителя  необходимо выполнить расчет зуба на прочность и подобрать гидроцилиндры  для привода рабочего оборудования.

Расчетное положение зуба: рыхление мерзлых грунтов на максимальную глубину, внезапный наезд на камень одним зубом, гидроцилиндры заперты. Схема сил, действующих на оборудование рыхлителя, показана на рисунке 5.1.

 

 

Рисунок 5.1 – Расчетное  положение при резании грунта

 

Сила P_x имеет максимальное значение и определяется тяговыми возможностями трактора с учетом динамического характера приложения нагрузки.

 

                                                                              (5.1)

 

где k_T- коэффициент использования тягового усилия, k_T=0,8 /12, с.150/;

    - коэффициент динамичности, /12, с.154/.

Расчет по формуле (5.1) дает

 

 

 

Вертикальная составляющая реакции грунта может быть определена из расчетной схемы (5.1) по формуле

 

                                                                           (5.2)

 

где - угол наклона силы Р к поверхности рыхления, принимаем /15, с.224/;

   P’_x- горизонтальная составляющая реакции грунта без учета  

коэффициента динамичности;

  - коэффициент динамичности в вертикальном направлении,

Подставив численные значения в формулу (5.2) получим

 

 

 

В точке С возникает внутренняя реакция с ее составляющими и . Их значения определяются из равновесия системы зубья-рама, из уравнений и .