ЗМІСТ
1. Опис застосування машини
2. Вихідні параметри
3. Визначення основних навантажень
4. Визначення параметріврозрахункового перерізу
5. Визначення показниківнизькочастотного навантаження
6. Визначення показниківвисокочастотного навантаження
7. Визначення довговічностіметалоконструкції
8. Визначення ресурсуметалоконструкції
Список літератури
1. ОПИСЗАСТОСУВАННЯ МАШИНИ
Бульдозер – машинациклічної дії, призначена для копання, переміщення та укладання ґрунту навідстань 10 – 150 м, іноді — до 200 м. Також він може виконувати планувальніроботи і застосовуватися в якості штовхачів у скреперних загонах при проведенніінших допоміжних робіт.
Бульдозер складаєтьсяз базового трактора (колісного або гусеничного), який агрегується робочимобладнанням у вигляді відвалу (поворотного чи неповоротного, прямого чиU-подібного) або причіпним обладнанням (корчувальником, кущорізом).
При виконанніоб’ємних земельних робіт робочий цикл бульдозера складається з зарізу та наборуґрунту, переміщення призми волочіння, розвантаження ґрунту та холостого ходу.
2. ВИХІДНІПАРАМЕТРИ
Таблиця1.1
Вихідні параметрибульдозера Dressta TP-20H STD з SU-відваломПараметри Позначення Значення параметрів 1 2 3 Марка машини Dressta TD-20H STD (SU-відвал) Тип бульдозера - Неповоротний
Параметри відвалу, м:
— довжина
— висота
В
Н
3,5
1,49 Кут різання, град б 55 Кут установки у плані, град г 90 Максимальне заглиблення, м
hз 0,439 Система керування робочим органом - Гідравлічна Швидкість підйому відвалу, м/с
vп 0,25 Маса бульдозерного обладнання, кг
mбо 3324 Марка базового трактора На власному шасі Тяговий клас трактора, кН
Тт 150 Потужність двигуна, кВт (к.с.)
Nдв 245 (333) Тип ходового обладнання - Гусеничний
Швидкість руху, м/с
— робоча (I передача)
— транспортна
— заднього ходу
vр
vтр
vзх
1,11
1,4
3,33 Маса машини, кг
mб 23740 Довжина машини, м
Lб 6,870 Ширина гусениці, м
lг 0,559
Таблиця2.1
Характеристикарозроблюваних ґрунтівПараметр, одиниця вимірювання Позначення Значення параметрів по категоріях ґрунтів II III IV 1 2 3 4 5 Тип ґрунту - суглинок глина м’яка
глина
важка Кількість ударів щільноміром ДорНДІ n 6 12 20
Щільність ґрунту у природному стані, кг/м3 д 1750 1950 2000 Кут внутрішнього тертя, град с 37 40 42 Кут природного уклону, град - - - - Кут зовнішнього тертя ґрунту по сталі, град ц 30 32 35
Питомий опір ґрунту різанню, кН/м2 k 90 122 180 Коефіцієнт розпушення
Кp 1,2 1,25 1,3 Коефіцієнт опору пересуванню f 0,1 0,09 0,08 Коефіцієнт зчеплення
цcц 0,9 1 1,1
Таблиця3.1
Характеристикаматеріалу робочого обладнанняПараметр Позначення Значення параметру 1 2 3 Марка сталі - 30 Тимчасовий опір, МПа
ув 500 Границя текучості, МПа
ут 260 Границя витривалості, МПа
у-1 165 Допустиме напруження при розтягненні, МПа [у] 176
3 ВИЗНАЧЕННЯОСНОВНИХ НАВАНТАЖЕНЬ
3.1 Визначення номінального тяговогозусилля
/>, (3.1)
де /> — швидкість машини наI-й передачі, м/с;
/> - ККД трансмісії, />
/>кН
Вага бульдозера
/>, (3.2)
де />м/с2 – прискореннявільного падіння
/>кН
3.2 Визначеннямаксимальної та мінімальної глибини різання
Максимальнаглибина різання
/>, (3.3)
де />,
/> — коефіцієнт опору руху,
/> - коефіцієнт, щовраховує вплив кута різання на питомий опір копанню ґрунту, для кута 55° />
/>м;
/>м;
/>м.
Обсяг призмиволочіння
/>, (3.4)
/>м3;
/>м3;
/>м3.
Мінімальнаглибина різання
/>, (3.5)
/>м;
/>м;
/>м.
Середня глибинарізання
/>,
/>м;
/>м;
/>м.
3.3 Визначенняскладових загального опору копанню
/>, (3.6)
де /> - опір переміщеннюмашини з врахуванням уклону;
/> - опір ґрунту різанню;
/> - опір переміщенняґрунту;
/> - опір переміщеннястружки ґрунту по відвалу.
/>кН;
/>кН;
/>кН.
3.4 Визначеннядинамічного навантаження
Зведенажорсткість
/>, (3.7)
де /> - інтенсивністьзростання опорів копанню, Н/м;
/>, (3.8)
де /> - інтенсивністьзростання опору різанню, Н/м;
/> - складоваінтенсивності зростання опорів копанню, що характеризує нагромадження ґрунтуперед відвалом, Н/м.
Для процесупримусового заглиблення ножа інтенсивність зростання опору різанню
/>, (3.9)
де /> - поправковийкоефіцієнт, який враховує вплив роду ґрунту та конструкції ходових частинбульдозера на нахил траєкторії заглиблення робочого органу;
/> — ширина ножа, м;
/> - швидкість проникненняножу у ґрунт, для машин з гідравлічним керуванням робочим органом дорівнюєшвидкості підйому відвалу />, м/с;
/> - швидкість бульдозерав момент зустрічі з перешкодою, що дорівнює швидкості руху машини в процесікопання ґрунту (I робоча передача) />, м/с.
/>кН/м;
/>кН/м;
/>кН/м.
Складоваінтенсивності зростання опорів для випадку заглиблення ножа
/>, (3.10)
/>кН/м;
/>кН/м;
/>кН/м.
Тодіінтенсивність зростання опорів копанню для ґрунтів II – IV категорії дорівнює
/>кН/м;
/>кН/м;
/>кН/м.
Жорсткістьметалоконструкції машини:
/>, (3.11)
бульдозер навантаженнядовговічність ресурс
де /> — коефіцієнт жорсткості причіпногообладнання бульдозера на 1 кг маси трактора, />кН/(м·кг);
/> - маса базової машини:
/>кг,
/>Н/м.
Тоді зведенажорсткість дорівнюватиме:
/>Н/м
/>Н/м;
/>Н/м.
Динамічнезусилля:
/>, (3.12)
/>Н;
/>Н;
/>Н.
3.5 Визначеннягоризонтального зусилля
Горизонтальнезусилля
/>, (3.13)
/>Н;
/>Н;
/>Н.
4. ВИЗНАЧЕННЯПАРАМЕТРІВ РОЗРАХУНКОВОГО ПЕРЕРІЗУ
Схему длявизначення розрахункових навантажень на устаткуванні бульдозера показано нарис.1 (гідроциліндри керування робочим органом встановлені під кутом до штовхальнихбрусів)
/>
Рис. 1 – Схемадля визначення розрахункових навантажень на обладнання бульдозера
4.1 Визначимопараметри розрахункового перерізу штовхального брусу бульдозера
/>
Рис. 2 –Поперечний переріз штовхального брусу
Розглядаючибульдозерне обладнання як плоску балку, за допомогою звичайних методів статикизнайдемо реакції, що виникають у шарнірах. Схему для розрахунку поперечногоперерізу брусу бульдозера наведено на рис. 2.
Необхідні данідля розрахунку приймемо з додатку 3 [3, с .22] для трактора 15 т·с:
/> ; /> м; /> м; /> мм.
/>м;
/>м;
/>м;
/> м.
4.3 Знаходимоплощу й момент перерізу штовхального брусу:
/>, (4.1)
/>м2
/>, (4.2)
/>м3
4.4 Визначаємовертикальну складову зусилля на ножі:
/>, (4.3)
де />
/>Н;
/>Н;
/>Н.
4.4 Напруга, щовиникає у небезпечному перерізі штовхального брусу (рис. 3)
/>, (4.4)
/>
Рис. 3 –Розрахункова схема штовхального брусу
Приймемо кутнахилу гідроциліндру />. З рівняння суми моментів силвідносно точки О кріплення штовхального брусу до базової машини, знайдемо величинузусилля, що діє у гідроциліндрах керування робочим органом (рис. 1):
/>
/>, (4.5)
/>Н;
/>Н;
/>Н.
З рівнянняпроекції сил на вісь Х знаходимо горизонтальну реакцію у шарнірі:
/>
/> (4.6)
/>,
/>Н;
/>Н;
/>Н.
З рівняння проекціїсил на вісь Y знаходимо вертикальнуреакцію у шарнірі:
/>
/>, (4.7)
/>Н;
/>Н;
/>Н.
Тоді напруга унебезпечному перерізі штовхального брусу:
/>МПа;
/>МПа;
/>МПа.
Обчисленірозрахункові значення />відрізняються від допустимогозначення напружень /> МПа (/> — мінімальний коефіцієнт запасуміцності металоконструкції) [1, с. 169,170] менше, ніж на 5 %, тому залишаємоприйняті геометричні розміри штовхального брусу бульдозера.
5. ВИЗНАЧЕННЯПОКАЗНИКІВ НИЗЬКОЧАСТОТНОГО НАВАНТАЖЕННЯ
У процесі копанняґрунту навантаження на робоче обладнання постійно змінюється. Коливання цьогонавантаження складається з двох складових:
— низькочастотної(НЧ), що визначається усім циклом копання;
— високочастотної(ВЧ), що визначається відколами окремих елементів ґрунту.
5.1 У якостімаксимального значення НЧ-навантаження приймемо номінальну величину тяговогозусилля:
/>Н.
5.2 Визначенняамплітуди напруг НЧ навантаження
Для подальшихрозрахунків будемо вважати, що />
/> Н.
З рівняння сумимоментів відносно точки О знайдемо вертикальну складову НЧ навантаження
/>
/>, (5.1)
/> Н.
Зусилля угідроциліндрах:
/>, (5.2)
/> Н.
З рівнянняпроекції сил на вісь Х знаходимо горизонтальну реакцію у шарнірі:
/>
/>, (5.3)
/>Н.
З рівнянняпроекції сил на вісь Y знаходимо вертикальну реакцію ушарнірі:
/>
/>, (5.4)
/>Н.
Амплітуда напругНЧ навантаження:
/>, (5.5)
/>МПа.
5.3 Визначеннячасу різання
/>, (5.6)
де /> — шлях набору ґрунту для бульдозера,м;
/> — швидкість бульдозерапри різанні ґрунту, м/с.
Шлях наборупризми ґрунту:
/>, (5.7)
де /> — обсяг призми ґрунту, м3.
/>м;
/>м;
/>м.
Тоді час різання:
/>с;
/>с;
/>с.
5.4 Визначеннячастоти НЧ навантаження:
/>, (5.8)
/>Гц,
/>Гц,
/>Гц.
6. ВИЗНАЧЕННЯПОКАЗНИКІВ ВИСОКОЧАСТОТНОГО НАВАНТАЖЕННЯ
6.1 Визначеннясили зсуву
Максимальна силазсуву елемента ґрунту:
/>, (6.1)
де /> - опір пересуваннюґрунту по робочому органу, Н;
/> - коефіцієнт зчепленняґрунту, Па;
/> - кут зсуву ґрунту,град.
Коефіцієнтзчеплення ґрунту:
/>, (6.2)
де /> - число ударівударником ДорНДІ
/>Па;
/>Па;
/>Па.
Кут зсуву
/>, (6.3)
/>;
/>;
/>.
Тоді
/>Н;
/>Н;
/>Н.
При рівномірномурозподілі моментів зсуву по усій довжині ножа мінімальна сила зсуву знаходитьсяз формули
/>, (6.4)
/>Н;
/>Н;
/>Н.
Середнє значеннясили зсуву:
/>, (6.5)
/>Н;
/>Н;
/>Н.
6.2 Визначенняамплітуди напруг ВЧ навантаження
Горизонтальненавантаження:
/>, (6.6)
/>Н;
/>Н;
/>Н.
Вертикальненавантаження:
/>, (6.7)
/>Н;
/>Н;
/>Н.
Зусилля угідроциліндрах керування відвалом:
/>, (6.8)
/>Н;
/>Н;
/>Н.
Горизонтальнезусилля у шарнірах:
/>, (6.9)
/>Н;
/>Н;
/>Н.
Вертикальнезусилля у шарнірах:
/>, (6.10)
/>Н;
/>Н;
/>Н.
Амплітуда напругВЧ навантаження:
/>, (6.11)
/>МПа,
/>МПа,
/>МПа.
6.3 Визначенняшляху зсуву елемента ґрунту
Шлях зсувуелемента ґрунту:
/>, (6.12)
де /> — коефіцієнт деформаціїґрунту, МН/м;
/> - показник деформуванняґрунту.
Показникдеформування ґрунту /> на практиці незначновідрізняється від одиниці, тому можна прийняти />.
/>м;
/>м;
/>м.
6.4 Визначеннячастоти ВЧ навантаження
Зсуви елементівґрунту відбуваються по усій довжині ножа. При цьому результуюча сила копаннянавантаження на ножі буде мінімальною у випадку одночасного зсуву по усійдовжині ножа а максимальною – при рівномірному розподілі моментів зсуву. Длятакого випадку справедлива залежність:
/>, (6.13)
Мінімальначастота ВЧ навантаження визначається шляхом сколювання та швидкістю машини умомент різання ґрунту:
/>, (6.14)
/>Гц;
/>Гц;
/>Гц.
Тоді максимальначастота ВЧ навантаження:
/>Гц;
/>Гц;
/>Гц.
Середня частотаВЧ навантаження:
/>, (6.15)
/>Гц;
/>Гц;
/>Гц.
7. ВИЗНАЧЕННЯДОВГОВІЧНОСТІ МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЇ
Довговічністьметалоконструкції у циклах навантаження
/>, (7.1)
де /> – база випробувань, />;
/> – показник кривоївтоми, для більшості машинобудівних сталей />;
/> – коефіцієнтдовговічності, що залежить від фізико-механічних властивостей сталі, />.
/>циклів;
/>циклів;
/>циклів.
8. ВИЗНАЧЕННЯ РЕСУРСУМЕТАЛОКОНСТРУКЦІЇ
8.1 Визначеннячасу циклу процесу навантаження
Цикл ЗТМскладається з таких операцій: набір призми ґрунту, транспортування ґрунту,повернення машини до забою, маневрування, керування робочими органами. Взалежності від вибраної технології проведення робіт деякі елементи можутьвиключатися з циклу.
Загальний часциклу:
/>,
де /> – тривалість окремих операцій циклу,с
/>, (8.1)
де /> – довжина шляхурізання, переміщення ґрунту та зворотного ходу відповідно, м;
/> – швидкості бульдозерапід час різання ґрунту, переміщення та зворотного ходу, м/с (табл. 1.1 [1, с. 18-19]);
/> – час на перемиканняпередач, здійснення повороту бульдозера, опускання відвалу, с.
/>с;
/>с;
/>с.
Ресурсметалоконструкції:
/>, (8.2)
де /> – коефіцієнт використання машини зачасом, />.
/>год;
/>год;
/>год.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Проектирование машин для земляныхработ / Под ред. А.М. Холодова – Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. Ун-те,1986 – 272 с.
2. Холодов А.М. и др.Землеройно-транспортные машины. – Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк.Ун-те,1982 – 192 с.
3. Методичні вказівки до виконаннякурсової роботи з дисципліни «Якість дорожніх машин». Укладачі: В.В. Нічке,О.А. Єрамкова, І.В. Рибалко, О. І. Жинжера, — Харків ХНАДУ 2002.