Содержание
Введение 4
1 Основные сведения о бульдозерах-рыхлителях 5
1.1 Навесное рыхлительное оборудование 5
1.2 Бульдозеры-рыхлители 5
2. Расчет бульдозера-рыхлителя 9
2.1 Задание 9
2.2 Расчет нагрузок рыхлительного оборудования 9
2.3 Прочностной расчет зуба рыхлителя 12
2.4 Подбор силового оборудования управления рыхлителем 15
2.5 Расчет рамы рыхлителя 16
3 Техника безопасности при производстве рыхлительных работ 20
Список литературы 22
Спецификация 23
Введение
Наиболее эффективными машинами для разработки мерзлых и плотных грунтов и скальных трещиноватых пород больших объемов являются навесные рыхлители.
Основное назначение рыхлителей — отрывка котлованов, широких траншей, разработка россыпей полезных ископаемых, карьеров, выемок и других аналогичных видов.
/>
1 Основные сведения о бульдозерах-рыхлителях
1.1 Навесное рыхлительное оборудование
Наиболее эффективными машинами для разработки мерзлых и плотных грунтов и скальных трещиноватых пород больших объемов являются навесные рыхлители. Простота конструкции рабочего оборудования и достаточная надежность в работе способствовали широкому распространению рыхлителей.
Первые рыхлители были прицепными. Но из-за недостаточной мощности базовых машин, плохой маневренности и канатного управления их работа была малоэффективной.
Создание мощных тракторов способствовало появлению навесных рыхлителей. Навесные рыхлители имеют ряд преимуществ перед прицепными: возможность использования веса тягача для заглубления рабочего органа в грунт, улучшенная маневренность и меньшая металлоемкость. Научные исследования, проводившиеся в СССР и за рубежом, привели к созданию более совершенных конструкций рабочего оборудования навесных рыхлителей.
В зависимости от мощности базового тягача рыхлители классифицируются на легкие (до 120 кВт), средние (120-300 кВт) и тяжелые (свыше 300 кВт).
Основное назначение рыхлителей — отрывка котлованов, широких траншей, разработка россыпей полезных ископаемых, карьеров, выемок и других аналогичных видов
На вспомогательных работах рыхлители применяются преимущественно как планировщики.
1.2 Бульдозеры-рыхлители
Бульдозеры-рыхлители предназначены для предварительного рыхления грунтов повышенной прочности и мерзлых с последующей их разработкой и перемещением к месту укладки. Эти бульдозеры-рыхлители имеют бульдозерное и рыхлительное оборудование, смонтированное на тракторе.
Бульдозер-рыхлитель ДЗ-116АХЛ среднего типа создан на базе бульдозера ДЗ-ПОАХЛ путем установки на него рыхлительного оборудования ДП-26С. Управление осуществляется от гидросистемы трактора. При выдвижении штоков гидроцилиндров рабочая балка с зубом поднимаются, а при втягивании — опускаются. Наконечник выполнен съемным.
Наряду с бульдозерами-рыхлителями среднего типа, в строительстве используют бульдозеры этого же типа на базе тракторов тягового класса 15.
Бульдозеры-толкачи предназначены для ускорения набора грунта скреперами при разработке тяжелых грунтов. Их создают на базе бульдозеров, снабжают амортизаторами вместо раскосов и усиливают лобовую часть отвала накладкой в месте его контакта с буфером скрепера.
/>
Рис. 1.1 Бульдозер-рыхлитель ДЗ-116ЛХЛ:
1— бульдозер нос оборудование, 2 — трактор, 3 — опорная рама рыхлителя,
4 — верхняя тяга, 5— гидроцилиндр, 6 — балка, 7, 8- зуб, 9 — нижняя рама.
Аналогичную конструкцию имеют бульдозеры-рыхлители среднего типа на базе тракторов тяговых классов 6 и 10.
/>
Рис. 1.2. Бульдозер ДЗ-35С с рыхлительным оборудованием ДП-22С:
1 — бульдозерное оборудование, 2 — трактор, 3 — верхняя рама рыхлителя, 4 — верхняя тяга, 5 — гидроцилиндр, 6 — балка, 7 — поворотное устройство, 8 — зуб, 9 — нижняя рама
/>
Рис. 1.3. Бульдозер ДЗ-34С с рыхлительным оборудованием ДП-9С:
1 — бульдозерное оборудование, 2 — трактор, 3 — верхняя рама рыхлителя, 4 — верхняя тяга,
5 — гидроцилиндр, 6 — балка, 7 —поворотное устройство, 8 — зуб, 9 — нижняя рама
/>
Рис. 4. Бульдозер-рыхлитель ДЗ-94С:
1 — бульдозерное оборудование, 2 — трактор, 3 — верхняя тяга, 4 -гидроцилиндр,
5 — поворотное устройство, 6 — зуб, 7 — нижняя рама.
Отечественная промышленность выпускает два типа бульдозера-тягача ДЗ-120 и ДЗ-121. Первый из них создан на базе бульдозера ДЗ-110А, а второй — на базе бульдозера ДЗ-118. Общий вид бульдозера-тягач ДЗ-120 показан на рис. 5.
Амортизаторы, предназначенные для смягчения ударных нагрузок при толкании скреперов, представляют собой пакет резинометаллических упругих элементов, помещенных в корпус, который взаимодействует с
гильзой одной проушиной. Амортизатор одним концом соединен с отвалом, а другим — с толкающим брусом.
Масса бульдозера-тягача ДЗ-120 составляет 17939 кг, а ДЗ-121 — 40886 кг. Габаритные размеры (длина, высота, ширина) первого из них 6500 X 3087 X Х3220, а второго 8925x3215x4310 мм.
/>
Рис. 5. Бульдозер- рыхлитель ДЗ-120:
а) — общий вид, б) — амортизатор; 1 — отвал, 2 — амортизатор, 3 — плавающий брус, 4 — трактор. 5 — резинометаллический элемент, 6 — кор, 7 — упор, 8 — стакан, 9 — гильза, 10 — планка, 11 — проушина.
2. Расчет бульдозера-рыхлителя
2.1 Задание
Спроектировать рабочее оборудование навесного рыхлителя плотных и мерзлых грунтов на промышленном образце бульдозера ДЗ-35С, с навесным бульдозерным оборудованием.
Исходные данные:
Номинальное тяговое усилие бульдозера Тн = 180 кН;
Наибольшая высота подъема зубьев рыхлителя 500 мм;
Количество зубьев 1-3 шт.;
Ширина полосы рыхления 86-1680 мм;
Управление гидравлическое.
Расстояние между зубьями рыхлителя 800 мм.
Разработать раму и управление ее подъемом — опусканием.
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 перестановку пальца в отверстиях. Рама из листовой стали δ имеет проушины для соединения с трактором, гидроцилиндрами управления и для крепления зубьев. Для жесткости между проушинами приваривают трубы диаметром D. К раме трактора прикрепляют два кронштейна, к которым шарнирно присоединяются гидроцилиндры.
2.2 Расчет нагрузок рыхлительного оборудования
В процессе работы на зуб рыхлителя (без толкача) действуют следующие нагрузки:
горизонтальная составляющая сопротивления грунта Rx:
/>,
/>кН,
где Кt — коэффициент использования тягового усилия (Кt = 0,8);
Кд — коэффициент динамичности (Кд = 2,5);
вертикальная составляющая Rz, действующая вверх или боковая составляющая, равная:
/>,
/>кН,
или с учетом Кд =1,2:
/>,
/>кН.
Усилие заглубления Rz определим из условия вывешивания задней части бульдозера на зубе рыхлителя:
Gб = 29,4 кН — вес бульдозерного оборудования; Gтр =119,49 кН — вес бульдозера; Gр=31,4 кН — вес рыхлителя (рис 2.1).
/>,
где l1, l2, l3, l4 — расстояние от оси опор до точки приложения сил от Gт,, Gб, Gр, Rz; L — расстояние между осями опор ходового оборудования.
/>кН.
С учетом коэффициента динамичности Rz = 55,3∙1,5=83 кН
/>
Рис. 2.1. Схема заглубления рыхлителя
Определим усиления выглубления рыхлителя R'z (рис 2.2).
/>,
где l5, l7 — расстояние от точки R'zи точки опоры В до оси опоры ходового оборудования.
/>кН.
С учетом коэффициента динамичности R'z = 71,45∙1,5 = 107,17 кН.
/>
Рис. 2.2. Схема выглубления рыхлителя
Определим опорные реакции в шарнирах крепления зуба (рис. 6). Принимаем, что нагрузки приложены на конце зуба; на центральный зуб при максимальной глубине рыхления действуют максимальные величины Rx, Ry и половина от максимального значения Rz.
Сила 0,5∙Rz воспринимается опорой В, что обеспечено посадкой пальца в отверстии.
В плоскости XOZ ∑Ма = 0, тогда:
/>,
где L' — расстояние от верхнего шарнира до острия зуба;
L'1 — расстояние от верхней точки крепления зуба до шарнира крепления к рам трактора;
L'4 — расстояние от верхней точки крепления стойки зуба до острия зуба.
/>кН.
/>,
где L'2 — расстояние от острия зуба шарнира крепления рамы;
L'3 — расстояние от зуба до изгиба стойки.
/>кН.
В плокости YOZ:
/>,
/>кН.
/>
Рис 2.3 Расчетная схема зуба рыхлителя
2.3 Прочностной расчет зуба рыхлителя
На центральный зуб при максимальной глубине рыхления действуют максимальные величины Rx, Ry(см. рис. 6) и максимальное значение R'z, которое учитывается неполностью в связи с тем, что при значении вертикальных нагрузок на зуб, близких к максимальным, значительно уменьшаются тяговосцепные качества базового трактора.
Геометрическая характеристика сечения 1 — 1 (рис 2.3):
/>,
где δ = 0,09 м — толщина пластины;
Н = 0,4 м — длина пластины;
d = 0,1 м диаметр отверстия под шарнир.
/>м3,
/>,
/>м3.
Изгибающий момент в сечении в плоскости ZOX (рис 2.3):
/>,
где l'2 = 1,2 м, l'3 = 0,69 м — расстояние от острия ножа до оси проушины крепления и до изгиба стойки:
/>кН∙м.
Напряжение в сечении:
/>,
/>Н/м2.
Изгибающий момент в сечении плоскости YOZ:
/>,
/>кН∙м.
Напряжение в сечении:
/>,
/>Н/м2.
Суммарное напряжение:
/>,
/>Н/м2.
Зуб изготовляется из марганцовомолибденовой стали с пределом прочности порядка 14∙108 — 18∙108 Н/м2.
Рассмотрим сечение II — II.
Моменты сопротивления определятся (рис 2.3):
/>, />,
где В = 0,09 м, Н =0,19 м — толщина и длина пластины стойки зуба:
/>м3, />м3,
Площадь сечения пластины стойки, м2:
/>м2.
Изгибающий момент в плоскости YOZ:
/>,
где λ = 250 — угол наклона зуба к горизонту,
l'5 = 0,41 м — половина длины наклонной части зуба.
/>Н∙м.
Изгибающий момент в плоскости YOZ:
/>Н∙м.
Сжимающая нагрузка, Н:
/>,
/>Н
Напряжение в сечении II — II, Н/м2:
/>,
/>Н/м2.
Решение удовлетворяет условию прочности:
/>Н/м2.
2.4 Подбор силового оборудования управления рыхлителем
Выбор гидроцилиндров и насоса. Наибольшее усилие создается при действии на зуб максимальной составляющей Rx (рис 2.1).
Предполагаем плечо приложения этого наибольшего усилия при работе в мерзлых грунтах Нм = 1,0 м. Большее плечо приложения горизонтального усилия возможно при рыхлении на большую глубину, что возможно в немерзлых грунтах, где величина динамической нагрузки будет значительно меньше.
Таким образом, по соотношению плеч действия сил Рц = Rx =720 кН (на два цилиндра). По справочнику [4] выбираем цилиндры с креплением на проушине с демпфированием, шифр гидроцилиндра 1-220×125 (диаметр D = 220 мм, ход = 125 мм, максимальное расчетное усилие на штоке 380 кН). Объем масла, поступающего в цилиндр при заглублении, м3.
/>,
где h — ход штока.
/>м3.
Ввиду значительного объема масла, подаваемого в один цилиндр, подбираем насос производительностью Q = 410 л/мин (марки УРС-10 аксиально-плунжерный, установленный на тракторе Т-180Г с рыхлителем).
Время полного опускания зуба с помощью двух цилиндров, при величине объемного к. п. д. ≈ 0,95, равно:
/>,
где Q = 0,0068 м3/с.
/>с.
2.5 Расчет рамы рыхлителя
Определим необходимую толщину δ стальных листов, из которых сварена рама. Проведем расчет опасного сечения II—II проушины (кронштейна рамы) на изгиб от наибольшей силы Рц (рис. 2.4).
Принимая это нагружение за случайное, берем значение коэффициента запаса nзп= 1,4. Материал Ст. 3, допустимое напряжение при σт = 2,2∙108 Н/м2.
/>,
/>Н/м2.
Изгибающий момент от силы Рц (рис 2.4):
/>,
где Pц=Rx;
h= 0,5 м — расстояние от опоры кронштейна до оси подвеса:
/>Н∙м.
Необходимый момент сопротивления, м3:
/>,
/>м3.
Соответственно, момент инерции, м4:
/>, />м4.
Сечение II—IIкоробчатое равностенное, размеры показаны на рис. 2.4.
Момент инерции:
/>
Тогда толщина листа стенки:
/>,
/>м.
Принимаем δ = 20 мм.
/>
Рис. 2.4 Схема кронштейна рамы рыхлителя
Проверим сечение I — I:
На срез:
/>,
где F — площадь сечения коробчатого кронштейна рамы без учета наваренных шайб, м2:
/>, />м2,
/>Н/м2.
На смятие:
/>,
где d, δ — диаметр отверстия и толщина пластин, м.
/>Н/м2.
Из условий наибольшего возможного нагружения металла на смятие в нижнем отверстии крепления зуба определим диаметр этого отверстия dп (диаметр пальца).
Допустимое напряжение [σ] принимаем при Rзп = 1,15:
/>, />Н/м2.
В месте крепления пальца щеки проушин усилены приваренным стальным листом (δ = 30 мм). Таким образом, суммарная толщина металла в отверстии δ∑ = 50 мм.
Определим dп:
/>, />м
Принимаем dп =90 мм. Проверим напряжение τ на срез в металле пальца, Н/м2:
/>, />Н/м2.
Напряжение на изгиб при расстоянии между опорами (парными проушинами), равном b, м, определится, Н/м2.
/>,
где b = 100 мм.
/>Н/м2.
Предел текучести металла пальца должен быть не меньше:
/>Н/м2.
Выбираем материал пальца сталь 40Х с пределом текучести σт = 85∙107, Н/м2.
3 Техника безопасности при производстве рыхлительных работ
Незнание правил техники безопасности или пренебрежительное отношение к ним приводит неизбежно к авариям и несчастным случаям. Нарушение правил безопасности работ не только не ускоряет их темп, а наоборот, часто бывает причиной невыполнения задания.
При проведении рыхлительных работ необходимо соблюдать следующие основные правила:
— к работе допускаются лица, имеющие права вождения трактора и работы на бульдозере; они должны хорошо знать правила управления, технического ухода и эксплуатации этих машин;
— перед началом работ бульдозерист обязан выяснить, имеются ли на участке работ кабели высокого напряжения, трубопроводы или подземные телефонные провода;
— прежде чем начать работу, бульдозерист должен провести наружный осмотр бульдозера;
— запрещается работать на неисправном бульдозере;
— нельзя исправлять, смазывать или регулировать машину, находящуюся в движении; эти работы разрешается выполнять, когда бульдозер остановлен и отвал опущен на грунт;
— запрещается находиться под трактором с работающим двигателем;
— категорически запрещается осматривать отвал снизу, если он прочно не опирается на надежные подкладки;
— расчет бульдозера должен иметь на время работы спецодежду и защитные очки от пыли;
— категорически запрещается становиться на толкающие балки рамы бульдозера или на отвал во время работы машины;
— во избежание сползания бульдозера запрещается выдвигать его отвал за край откоса при сбрасывании грунта под откос насыпи или при засыпке глубоких рвов и траншей;
— нельзя делать резкие повороты во время работы на крутых косогорах и высоких насыпях;
— нельзя оставлять без присмотра машину с работающим двигателем;
— во время ночных работ необходимо иметь надежное освещение машины и места работ;
— во время заправки бульдозера горючим машинисту и лицам, находящимся вблизи, не разрешается курить и пользоваться огнем. После заправки машину необходимо вытереть от подтеков топлива и смазки, а замасленную обтирочную ветошь положить в металлический закрывающийся ящик. Разведение огня на расстоянии менее 50 м от места работы или стоянки машины не допускается;
— в холодное время года запрещается пользоваться открытым огнем для подогрева двигателя;
— при работе бульдозера в местах проведения взрывных работ перед каждым взрывом грунта бульдозер следует удалить на безопасное расстояние, указанное руководителем. Возвращение бульдозера к месту производства работ после взрыва разрешается только после соответствующего сигнала.
Список литературы
1) Проектирование ЗТМ. Бульдозер. Методическое указание.
2) Радько Ю.М. Конструкции и рабочие процессы землеройно-транспортных машин./ Ю.М.Радько.- Тамбов.: «Издательство ТГТУ», 2004.
3) Басов И.Г. Атлас конструкций машин для земляных работ./ И.Г. Басов.- Томск, 2001.
4) Гоберман Л.А. Атлас конструкций.Строительные и дорожные машины./ Л.А.Гоберман.- М,: «Машиностроение» 1985.