Разработка бульдозерного оборудования повышенной накопительной способности. Бульдозер ДЗ-35 на базе трактора 15 тягового класса – Т-180

После определения точек 3 и 5 из точек 4 и 6 проводят дуги радиусом l₁ и l₂ . Точка 7 пересечения дуг определяет координату места закрепления гидроцилиндров подъема, опускания отвала. 

Замечания :

• радиус  l₂ является  длиной гидроцилиндра с выдвинутым штоком с учетом проушин для закрепления; l₂=2000  (мм)
• радиус  l₁ является  длиной гидроцилиндра с втянутым штоком с учетом проушин для закрепления;   (мм)
• при максимально опущенном отвале корпус гидроцилиндра не должен касаться ходовых траков, в противном случае следует изменить длину толкающих брусьев;
• предварительные размеры гидроцилиндра выбираются из источников

Ход поршня  L=1000(мм).

После выполнения соответствующих  построений определяем ход поршня и расстояние от точки 7 до точки 8.

Положение центра тяжести бульдозера а принимаем из конструкторской документации прототипов либо определяем приближенно, пользуясь известной массой прототипа, полагая, что масса ходовой части составляет 50% от общей массы бульдозера масса двигателя 40%, масса толкающих брусьев 4,5%, масса отвала 4,5% масса гидроцилиндров подъема и опускания отвала 1% .

(т);  (т);  (т);  (т);  (т);

Рис. 2.8. Схема к расчету центра тяжести бульдозера.

Значения а определим, воспользовавшись     известной     формулой   из расчетной схемы:

      (2.23)

(мм)

2.2.5. Расчет бульдозера на устойчивость

Для расчета устойчивости бульдозера рассмотрим следующее  условие: на отвал  бульдозера, кроме статических сил, направленных горизонтально, действует еще  и  вертикальная   составляющая , направленная вверх   и препятствующая его вертикальному заглублению.

При определенных усилиях, развиваемых  гидравлической системой, трактор может  опрокинуться вокруг точки  , вывешиваясь на отвале.

В этом случае величина горизонтальной статической силы, развиваемой тягачом, уменьшается:

   (2.24)

где - вертикальная составляющая результирующей сил сопротивления на отвал; 

          n - угол наклона результирующей, при копании плотного грунта вниз равен 17° , а при копании рыхлого грунта и перемещении его в траншее равен нулю;

;  следовательно   (кН);

Так как   бульдозер   часто   работает  на   косогорах,  то   коэффициент

устойчивости  для бульдозера принимается значительно выше                  ( = 1,5), чем для кранов, экскаваторов и других строительных машин.

Помимо коэффициента устойчивости необходимо определить усилия, развиваемые  гидроцилиндром, при которых имеет  место отрыв тягача в точке Б. Эти условия   для   бульдозера   являются   исходными   при    расчете     на устойчивость.

Коэффициент устойчивости может быть определен из следующей зависимости:

     (2.25)

где и - силы, действующие на трактор в местах крепления рамы к трактору.

Эти силы равны по величине реакциям толкающих балок на трактор  с обратным знаком.

Чтобы определить реакции  в толкающих балках и определим величины реакций из условий равновесия.

Сумма проекций на ось у и ось z будет равна

;    ;

.   .

;  ;

.

  и      

Отсюда

; 

Чтобы определить, какое  усилие может развивать гидравлический цилиндр, подставим указанные значения в формулу для определения , получим:

;    (2.26)

откуда

   (2.27)

(кН)

     (2.28)

кН;

Определяем усилие , необходимое для подъема отвала. Наиболее тяжелыми условиями при подъеме отвала являются усилия, когда нож начинает выглубляться и при этом трактор продолжает двигаться.

При подъеме отвала необходимо преодолеть моменты сопротивления от следующих  сил: силы тяжести рабочего органа силы тяжести грунта , горизонтальной силы ,  вертикальной составляющей силы резания .

    Сила  может быть определена из условий равновесия системы

;

                                               (2.29)

кН

Так как  > , то по последней формуле находим фактическое значение

2.2.6. Определение нагрузок на оборудование бульдозера.

Величина действующего на отвал бульдозера максимального  горизонтального усилия во время  движения определяется как сумма тягового усилия по сцеплению и динамического усилия (силы инерции) с учетом сопротивления передвижению базовой машины, определяется по формуле:

Р

=189+5,28-73=121,28 кН

Величина динамического усилия определяется по формуле

Р_дин=(0,794

)/1000= 5,28 кН,

Величина приведенной  жесткости определяется зависимостью

А_пр= =2480,5 кН    (2.30)

Жесткость препятствия  (кН/м) принимается как массив мерзлого грунта 2500 кН/м

Жесткость металлоконструкции навесного оборудования бульдозера:

(кН/м)

где - коэффициент жесткости навесного оборудования бульдозерного оборудования на 1 кг массы трактора, равен 0,9…1,0 кН/(м×кг);

=1×17,85=17,85(кН)

Максимальная нагрузка действующая на крепления шарниров толкающих брусьев

   (2.31)

где М_о – масса отвала (т)

 кН

Рис. 2.9. Схема к расчету определение нагрузок в шарнирах  рабочего органа.

Из суммы моментов максимальная нагрузка в шарнирах гидроцилиндров

      (2.32)

(кН)

2.2.7. Определение  номинального давления в гидросистеме.

Номинальное давление, р_н (МПа), в гидросистеме выбирается из нормального ряда согласно ГОСТ 12445-80.

Выбираем номинальное  давление в гидросистеме р_н = 16 Мпа, и проверяем правильность его выбора на гидроцилиндрах, зная, что диаметр гидроцилиндра равен: D₂ = 63 мм,  а усилие на штоке равно:

R₂ = 36,12 кН

Т. к. R₂’ > R₂ – значит, давление обеспечит работу гидроцилиндров.

Выбор гидроцилиндра  с диаметром именно 100 мм и диаметром штока             60 мм обосновывается конструктивными и экономическими соображениями. Это максимальный диаметр стандартного гидроцилиндра с ходом                    поршня 400 мм.

Рис. 2.10. Гидроцилиндр.

2.2.8. Выбор  рабочей жидкости

В зависимости от температурных  условий, режима работы гидропривода и  номинального рабочего давления выбирается рабочая жидкость. Номинальной температурой рабочей жидкости при номинальном  давлении выше 10 Мпа считается температура 50-60°С.

Учитывая, что данный гидропривод предназначен для работы при положительной и отрицательной температуре, выбираем рабочую жидкость ВМГЗ, ее параметры указаны в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Параметры рабочей жидкости

Удельный вес при 50°С, кг/м3	Кинематическая вязкость при 50°С, мм2/с	Температурный интервал применения, °С
860	10	-40…+65

2.2.9. Расчет параметров гидродвигателей

Диаметр гидроцилиндра  с однобоким штоком определяется в зависимости от схемы его  включения и направления действия нагрузки.

При подаче жидкости в поршневую полость диаметр определяется по формуле:

;                                                    (2.33)

При подаче жидкости в  штоковую полость диаметр определяется по формуле:

;                                                 (2.34)

где R - нагрузка на штоке, Н;

      Dр_ц - перепад давления на гидроцилиндре, Па;

      h_гмц - гидромеханический коэффициент полезного действия гидроцилиндра, h_гмц = 0,93-0,97;

    j = 1,25 – отношение площадей поршневой и штоковой полости.

Перепад давления на гидроцилиндре  предварительно можно принять:

Определяем диаметры гидроцилиндров при подаче рабочей жидкости в  поршневую полость:

Определяем диаметр гидроцилиндров при подаче рабочей жидкости в штоковую полость:

Полученные значения диаметров гидроцилиндро округляют  до стандартного (ближайшего большего) согласно ОСТ 22-1417-79. Принимаем диаметры гидроцилиндров равными:

D₁ = 140 мм; D₂ = 100 мм.

Определяем диаметры штоков гидроцилиндров по формуле:

;                                                        (2.35)

где D – диаметр гидроцилиндра;

      j = 1,25 – отношение площадей поршневой и штоковой полости.

Диаметры штоков гидроцилиндров также  округляюем до стандартных значений. Принимаем диаметры штоков равными:

d₁ = 80 мм;     d₂ = 70 мм.

Расход рабочей жидкости гидроцилиндрами определяется исходя из необходимых скоростей по формуле:

;                                                         (2.36)

где S – площадь соответствующей рабочей полости гидроцилиндра, м²;

      u_п – скорость перемещения поршня, м/с.

      h_оц – объёмный КПД гидроцилиндра, h_оц = 0,98…0,99;

Площадь поршневой полости гидроцилиндров определяется по формуле:

;                                                            (2.37)

;

.

Площадь штоковой полости  гидроцилиндров определяется по формуле:

;                                                (2.38)

;

.

Определяем расход рабочей жидкости гидроцилиндрами при подаче в  поршневую полость:

;              ;

Определяем расход рабочей жидкости гидроцилиндрами при подаче в  штоковую полость:

     

Потери давления в  гидроцилиндре зависят от схемы  его включения.

;                                                      (2.39)

Потери давления при  подаче жидкости в поршневую полость:

;

.

Потери давления при подаче жидкости в штоковую полость:

;

 т. к. при работе штоковой  полости гидроцилиндров привода  среднего ножа усилие на штоки  равно нулю.

Полная мощность гидроцилиндров определяется по формуле:

;                                                            (2.40)

где h_ц - полный КПД гидроцилиндра, что можно принять равным: h_ц = 0,9.

Мощность, развиваемая  гидроцилиндрами при подъеме  отвала:

Мощность, развиваемая  гидроцилиндрами при внедрении  отвала в грунт:

Результаты расчета параметров гидродвигателей сводим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

Результаты  расчета гидродвигателей

Гидро-двига-тель	Усилие на штоке R, кН	Скорость поршня V, м/с	Диаметр гидроцилиндра/штока, мм	Расход гидроцилиндра Q, л/с	Перепад давления в гидро-цилиндрах Dр, МПа	Полная мощность гидроци-линдров N, кВт
Ц1, Ц2	29,28 23,22	0,2	140/80	0,002 0,0016	6,23 6,17	13,01 10,32

 

2.2.10. Выбор гидросхемы.

Определив выше приведенным  расчетом гидроцилиндры и зная основные габаритные размеры и массовые характеристики прототипа выберем гидросхему, которая должна содержать следующие приспособления:

- гидроцилиндры управления  бульдозерным оборудованием в количестве 2 шт, имеющие следующие характеристики: D=140 мм; D_ш=80 мм,            H_ш – 1000 мм т.е (140-80×1000);

- гидроцилиндр перекоса  отвала: 100-70×400;

- остальные приспособления  согласно паспортных данных бульдозера.

Примем гидросхему обозначения которой  приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Обозначения гидросхемы.

2.3. Расчет производительности бульдозера

Производительность бульдозеров  в значительной степени зависит  от способа работы. Если бульдозер  работает под уклон, то значительно  повышается сила тяги, уменьшается сопротивление перемещению грунта, увеличивается объем грунта, перемещаемого отвалом. При работе на подъем происходят обратные явления. При 10%-ном подъеме производительность, например, уменьшается на 40 - 50%.

Рис. 2.11. Схема заглубления отвала при снятии стружки.

По мере срезания слоя грунта и увеличения призмы волочения  возрастает сопротивление перемещению  бульдозера. Чтобы полностью использовать силу тяги бульдозера, не рекомендуется  врезаться на постоянную глубину                     (рис. 2.11, а), целесообразнее в начале работы заглублять отвал на большую глубину, чем в конце цикла срезания (рис. 2.11, б, в), т. е. толщина стружки должна быть переменной.