Федеральноеагентство по образованию
Государственноеобразовательное учреждение профессионального высшего образования
Читинскийгосударственный университет
(ЧитГУ)
Курсовойпроект
Тема: Бульдозер
Выполнил: студент гр. СДМ
Руководитель: ст. преподаватель
Вараница Е.Н.
Чита 2008
Содержание
Введение
1. Конструкторская часть
1.1 Выбор прототипа
1.2 Назначениебульдозера, принцип его работы и выполняемые операции
1.3 Расчет основных параметров
1.4 Тяговый расчет
1.5 Расчет мощности привода базовоймашины
1.6 Проверка бульдозера наустойчивость
1.7 Расчет производительностибульдозера
1.8 Расчет на прочность
Охрана труда и окружающей среды
Заключение
Список литературы
Введение
Цельюданного курсового проекта является приобретение навыков в расчете и конструированииспецифических узлов, главным образом рабочих органов машин для земляных работ,а также выработка умения применять теоретических материал при решениипрактических задач.
Сейчасразрабатывают бульдозеры для работ на более твердых грунтах. Разрабатывают бульдозерыс повышенной единичной мощностью машин и оборудования. Добиваются сниженияматериала и энергоемкости машин, повышения ресурса и надежности, а также примененияновых материалов с лучшими физикомеханическими свойствами и характеристиками; повышениятребований к эргономике и технической эстетике машины на основе более полногоучета физических и финансовых возможностей человека оператора; автоматизациисистем управления, контроля, и обеспечения безопасности работы машины;повышения скоростей движения., что позволяет увеличить производительность;конструирования машин и оборудования из унифицированных блоков, что позволитсократить процесс создания машин и сократить время простоя ее в ремонте.
Все этинововведения позволят увеличить темпы развития других отраслей народногохозяйства, сократить сроки строительства различных агротехнических сооружений.
1.Конструкторская часть
1.1 Выбор прототипа
Выбираем параметры прототипа по [1, стр. 146-147], тяговому классубазовой машины, и эти параметры заносим в таблицу 1.
Таблица 1 Техническаяхарактеристика бульдозераНаименование показателей Показатели ТС – 10 Базовый трактор, Тип гусеничный Модель Т – 130 Мощность двигателя 132 Наибольшее тяговое усилие в кгс 15000 Эксплуатационная масса в кг 15000 Тип рамы внутренняя Расположение прямолинейное Крепление жесткое Управление гидравлическое Габаритные размеры с базовым трактором, мм, длина 5960 ширина 3240 высота 3090 Масса бульдозерного оборудования, кг 2050
1.2Назначение бульдозеров, принцип работы и выполняемые операции
Бульдозер представляет собой базовый тягач, оснащенный ножевымнавесным рабочим оборудованием, в которое входит отвал 3 с ножами 5, толкающиебрусья 6, подкосы 7 и гидроцилиндры 2 (см. рис.). Отвал изготовляют в видекоробчатой сварной конструкции с накладками жесткости, приваренными к тыльнойстороне. Толкающие коробчатые брусья 6 передними концами шарнирно соединяют спроушинами тыльной стороны отвала, а задними — с упряжными шарнирами 8, плитыкоторых приварены к балкам гусеничных тележек трактора. Подкосы соединяютверхнюю часть отвала с проушинами толкающих брусьев; перестановкой подкосовможно изменять угол резания в пределах 45—60°. Вследствие трудоемкости операцийпо перестановке подкосов их заменяют гидроцилиндрами.
Бульдозерным оборудованием иногда оснащают другиеземлеройно-транспортные машины (автогрейдеры, экскаваторы, погрузчики), укоторых это оборудование является вспомогательным. Бульдозеры могутразрабатывать талые и мерзлые предварительно взрыхленные грунты. В качестве базовыхмашин для бульдозеров чаще всего используют гусеничные тракторы мощностью от 55 до 650 кВт, реже — колесные тракторы или тягачимощностью 75—1200 кВт.
Для выполнения подготовительных работ на раму бульдозеранавешивают дополнительные виды рабочего оборудования: кусторезы, корчеватели, собирателии др. Бульдозеры нередко выпускают в комплекте с рыхлителями иканавокопателями, навешиваемыми сзади машины.
Бульдозер послойно срезает грунт и одновременно перемещает еговолоком по поверхности земли к месту укладки.
/>
Бульдозеры применяют для возведения насыпей из грунтов боковыхрезервов, разработки выемок, грубого планирования поверхностей земляныхсооружений, для засыпки рвов, траншей, обваловки сооружений, а также дляподготовительных работ— валки отдельных деревьев, срезки кустарника, корчеванияотдельных пней и камней.
Бульдозеры используют также для распределения грунтовых отваловпри работе экскаваторов и землевозов, образования штабелей сыпучих материалов(песка, щебня) и их подачи к перерабатывающим агрегатам, для снегоочистки,формирования террас на косогорах, производства вскрышных работ в карьерах.
1.3Расчёт основных параметров отвала бульдозера
Основнымипараметрами отвала бульдозера являются: ширина и высота отвала; угол зарезания;угол заострения ножа; задний угол; угол захвата т.е. угол поворота отвала вплане; угол зарезания, т.е. угол поперечного перекоса отвала (угол междурежущей кромкой ножа и горизонталью). При проектировании отвала необходимоопределить также параметры профиля отвала: длину прямолинейного участка внижней части поверхности отвала; радиус криволинейного участка поверхностиотвала; угол опрокидывания отвала; высоту козырька и угол его наклона; уголнаклона отвала.
Длявыполнения этих расчётов используем следующую литературу: [1, стр. 189 – 202]
Углы установки отвала бульдозераТип бульдозера Углы установки отвала, град захвата X зарезания В резания a С неповоротным отвалом 90 60 0 0 50 – 60 С поворотным отвалом 90 60 3 8 50 – 0 универсальный 90 50—60
Высоту козырька Нк по вертикали принимают 0,1 — 0,25 отвысоты отвала.
Основные параметры поперечных профилей отвалов бульдозеров приведеныв табл.
Параметры отвалов Отвал Параметры неповоротный поворотный (универсальный) Угол резания а, град 50—60 50—60 Угол наклона отвала е, град 75 75
Угол опрокидывания ф0, град 70—75 60—75 Угол установки козырька фк, град Задний угол v, град 90—100 10—15 90—100 10—15 Радиус цилиндрической поверхности отвала, мм — (0,8-0,9)
Основным рабочим органом бульдозера является отвал.Производительность и потребная величина тягового усилия зависят от выборапараметров отвала.
/>
Геометрическими параметрами отвалов являются показанные на рис. уголрезания />, угол наклона отвала />, угол опрокидывания />, угол установки козырька />, задний угол />, высота отвала />, высота козырька />, радиус кривизны отвала />, ширина отвала />, длина прямой частиотвальной поверхности а. Высоту отвала определяют в зависимости от расчетнойноминальной силы тяги Ртм и грунтовых условий, для которыхпредназначают проектируемый бульдозер. Ее можно найти для бульдозера снеповоротным отвалом по формуле.
1.4Тяговый расчет
Задачейтягового расчета бульдозера является определение силы тяги, необходимой дляпреодоления суммарного сопротивления. Условие тягового расчета определяетсянеравенством:
/>, (1)
где: /> -, кН;
/> –, кН;
/> –, кН.
/> -
/>, (2)
где: /> – толщина снимаемойстружки = 0,1 м;
/>– ширина отвала, м;
/> - угол установки отвала в плане = 90 град;
/>;
/>; (3)
где: Н –высота отвала, м;
/>– ширина отвала, м;
/> - характеристика грунта, кг/м;
/> — уклон = 0,5;
j — = 0.1,
/>
/>; (4)
где: /> - = 0,5.
/>
/>; (5)
где: />;
/>
/>
/>/>; (6)
где: N – мощность двигателя, кВт;
/> - скорость на 1 передаче, м/с.
/>
/>; (7)
/>
/>; (8)
/>
/>; (9)
/>(10)
/> (11)/>
/>
1.5Расчет мощности привода базовой машины
Мощностьпривода базовой машины определяется по формуле N, к Вт:
/>, (12)
где ν – скорость движения машины, км/ч;
η =(0,8 ÷0,9) – механический КПД машины, принимаем равным = 0,9.
/>
1.7Расчет производительности бульдозера
Производительностьбульдозера при резании и перемещении грунта, определяется по формуле:
/> м3/ч, (13)
где: /> - объём грунта (в плотномтеле) перед отвалом, м3;
/> м3, (14)
где Кпр– коэффициент, зависящий от характера грунта (связности, коэффициента рыхления)и от отношения Н/L, Кпр= 0,40;
L – длина отвала =3,18, м;
Н – высотаотвала = 1,35, м;
/> - коэффициент использования машины по времени = 0,8;
/> - коэффициент разрыхления грунта = 1,25;
/> - коэффициент, учитывающий влияние уклона местностина производительность бульдозера = 1.
/> м3
/> м3/ч
/> - длительность рабочего цикла, с.
/> с; (15)
где: /> - длина пути резания = 7 м;
/> - длина пути перемещения, 25м;
/> - скорость движения бульдозера при копании грунта,=0,4м/с;
/> - скорость движения бульдозера при перемещениигрунта, =0,9 м/с;
/> - скорость холостого хода бульдозера, = 1,1 м/с;
/> - время, необходимое на разворот, = 10 с;
/> - время на опускание отвала, = 2 с;
/> - время на переключение передач, = 4 с.
/> с.
1.8Расчет на прочность
Общие положения при расчете на прочность
Нагрузки действующие на элементы конструкции бульдозеров, делятсяна нормальные, случайные и аварийные.
Под нормальными понимаются нагрузки, действующие в процессе работымашины в условиях нормальной ее эксплуатации. Эти нагрузки являются основнымидля расчета элементов конструкции машины на долговечность.
Случайные нагрузки представляют собой совокупность одновременнодействующих нагрузок в самом неблагоприятном их сочетании, которая может иметьместо в условиях нормальной эксплуатации машины как во время рабочего цикла,так и при некоторых специальных режимах. Случайные нагрузки являются основойдля счета элементов конструкции машины на прочность.
К аварийным относятся нагрузки, которые возникают при некоторыхредко встречающихся обстоятельствах, но действие их приводит конструкцию внеработоспособное состояние. Расчет конструкции на аварийные нагрузкипроводится с целью создания действенных предохранительных устройств и блокировок.
Расчет на прочность элементов конструкции бульдозеров ведется методами,принятыми для расчета деталей машин и металлоконструкций он то о назначения.Для этого к рассматриваемому элементу прикладывают силы, соответствующиепринятому расчетному положению и определяемые с учетом динамики нагружениямашины. Зачем определяются опасные сечения и вычисляются максимальныенапряжения в точках этих сечений. Получаемые напряжения сравниваются сдопускаемыми. Допускаемые напряжения определяются исходя из выбранногопредельного состояния. В качестве основного предельного состояния обычнопринимают потерю несущей способности. При определении расчетных действующих сили проведении расчета на прочность необходимо предварительно выяснить, и какихположениях и при каких условиях работы элементы конструкции машины могу г испытыватьнаибольшие нагрузки, г.е, наметить расчетные положения и расчетные условия.Выбор расчетных положений может быть произведен на основании анализа общейсхемы действующих сил и характера их изменений во время работы машины.
Расчет на прочность бульдозерного оборудования
Для расчета узлов и деталей бульдозера на прочность исходнымиявляются случайные нагрузки, действующие на металлоконструкцию машины. Зарасчетные принимают такие положения бульдозера в процессе его работы, прикоторых в деталях возникают наибольшие напряжения. Расчетным условиямсоответствуют наиболее неблагоприятные сочетания активных сил, действующих наотвал бульдозера. Такие нагрузки возникают сравнительно редко, однако узлы идетали конструкции бульдозера должны 'воспринимать эти нагрузки безвозникновения пластических деформаций. При расчете бульдозеров принимают пятьрасчетных положений.
Расчетное положение 1 (см. рис.). Внезапный упор в препятствие среднейточкой отвала при движении по горизонтальной поверхности; механизм подъема вположении закрыто. принимают, что в средней точке на кромку отвала действуетусилие:
/>, Н (16)
где Тр — максимальное (расчетное) тяговое усилиебульдозера по сцеплению;
/>, Н (17)
/> - вес трактора с бульдозерным оборудованием, кг;
/> - коэффициент сцепления, = 0,9;
/> - динамическое усилие, Н
/>, (18)
где: /> - скорость бульдозера вмомент встречи с препятствием, (номинальная скорость на 1 передаче), м/с =0,67;
g – ускорениесвободного падения = 9,8 м/с;
С –приведенная жесткость препятствия и системы навесного оборудования, кН/м;
/>, (19)
где: С1– жесткое препятствие;
С2 –жесткость навесного оборудования.
/>, (20)
где: /> - коэффициент жесткостинавесного оборудования на 1 кг массы трактора, = 0,9;
/> - вес бульдозерного оборудования, кг.
/>
Схемысил, действующие на нож отвала при расчёте на прочность
Расчетное положение II (см.рис.). В процессе заглубления отвала приодновременном движении вперед по горизонтальной поверхности тракторвывешивается на средней точке отвала, при этом гидроцилиндры развивают усилие,достаточное для опрокидывания трактора относительно точки А.
Принимаем, что на кромку ножа (точка О) действуют вертикальное игоризонтальное усилия Вертикальное усилие:
/>, Н (21)
где: /> - линейные размеры, мм.
Горизонтальноусилие:
/>, Н (22)
где: />
Расчетное положение III (см.рис.2, в). В процессе заглубления отвала приодновременном движении вперед по горизонтальной поверхности тракторвывешивается на крайней точке(О~) отвала, при этом развивается усилие,достаточное для опрокидывания трактора относительно точки А.
Кроме вертикального и горизонтального усилий, определяемых как идля расчетного положения П. на нож отвала действует боковое усилие:
/>, (24)
где: В –ширина отвала, мм.
Расчетное положение IV (см.рис.2.в) В процессе выглубления отвала приодновременном движении вперед по горизонтальной поверхности тракторвывешивается на средней точке отвала, при этом развивается усилие, достаточноедля опрокидывания фактора относительно точки В.
/>
Расчетная схема положения бульдозера при опирании на кромку ножаотвала
Принимаемчто на кромку ножа действует вертикальное горизонтальное усилие.
Вертикальноеусилие:
/>, Н (25)
Горизонтальноеусилие:
/>, Н (26)
Выбран расчетные положения и наметив расчетные условия, приступаютк определению сил. действующих на машину и ее части.
На рабочее оборудование бульдозера по время работы действую;следующие силы (рис.4): результирующая сил сопротивления копанию Ро; сила,тяжести навесного оборудования/>; силасо стороны механизма подъемного отвала 8 (усилие на штоке гидроцилиндра);реакция в упряжном шарнире О.
Направление действия силы Ро зависит от угла резания, от вида исостояния грунта. При угле резания 50° и заглублении на 10-.12 см сила, /> приложена на высоте />При нормальной работебульдозера
/>
однако при выявлении максимальных усилий следует принять;
/>
Спроектирован вес силы на горизонтальную ось, можно найтигоризонтальную составляющую реакции в упряжном шарнире />
/>
Вертикальная реакция К;. найдется из уравненияравновесия относительно точки В (точки приложения силы Ро).
/>
/> • линейные размеры (см.рис.4) мм.
Вертикальная составляющая сил сопротивления копанию определяетсяпо формуле/>
Сила со стороны механизма подъема определяется из условияравновесия относительно точки О (см. рис.)
/>
/>
Схемасил действующих на бульдозер
/>
/>
/>Изуровня моментов относительно точки А (∑MA= 0), выразим силу внедрения
/> (22)
/>
Второе расчетноеположение – определение условий выглубления зуба при максимальном егозаглублении. В этом случае силу выглубления />,кН, рисунок 4б, определяем из условийопрокидывания рыхлителя относительно точки В.
Из уравнения моментовотносительно точки В (∑Мб = 0), выразим силу выглубления />, кН:
/> (23)
/>
Наибольшим являетсяусилие выглубления, />, и поэтомурасчет на прочность ведем из условия опрокидывания трактора назад.
В процессе работырыхлителя на него также действуют динамические нагрузки, которые значительнопревышают тяговые и весовые показатели машины. Учитывая динамические нагрузкиусилие выглубления определяется [1]:
/>, (24)
где /> = 1,5 – коэффициентдинамичности вертикальных усилий,
/>
Схема четырехточечнойпараллелограммной подвески рыхлителя и действующих на него сил для второгорасчетного положения показана на рисунке.
Определим усилия,действующие в элементах подвески. Усилия, направленное вдоль элемента ДС,определяется из суммы моментов относительно точки В (∑Мв=0):
/> (25)
Горизонтальнуюсоставляющую усилия Rвх, действующую в элементе АВ,определяем, составив сумму моментов проекции на ось Х (∑х=0):
Rвх=Rc * cosα1 — Tmax, (26)
где Tmax– максамальная сила тяги, кН;
Rвх = 447,6*cos 15о – 162,81 = 269,5 кН
Вертикальную составляющуюRву определяет из суммы проекций всехсил на ось Y:
Rву=Rc* sin α1 — Gpo+ RZBo, (27)
Rву= 269,5*sin 15о – 20,1+181,2=230,8 кН.
Усилия Ro в гидроцилиндре (элемент ДВ)определяем из уравнения моментов сил действующих в узле относительно точки А (∑МА=0):
/>(28)
/>
Повторный расчет производимдля случая, когда на оборудование рыхлителя действуют максимальные нагрузки.Они могут возникать в случае упора зуба рыхлителя в препятствие примаксимальной глубине рыхления.
Производим проверкустойки зуба на изгиб.
Условия прочности наизгиб:
/>, (29)
где /> — напряжение,воздействующее в стойке зуба, МПа,
[δu]-допускаемоенапряжение на изгиб. Мпа,
Ми — изгибающиймомент
Wx– момент сопротивления сечения.
Согласно рисунка,изгибающий момент определяется относительно точки С.
Ми= Ro*b2– Tmax* (H+h4) – Gpo*m1 (30)
Ми=458500*1092-162810*(700+600)-20100*430=280386*103 Н мм
Момент сопротивлениясечения Wx, мм3, определяем поформуле:
/>, (31)
где b – толщина стойки, мм;
h – ширина стойки, мм:
/>=2535*102, мм3
/>
/> МПа ‹ /> МПа
Пальцевое соединение насмятие прочно.
Основнуюметаллоконструкцию изготавливаем из стали 15ХСНД.
Охранатруда и окружающей среды
С цельюпредотвращения аварий и несчастных случаев, постоянно совершенствуютсяконструкции машин, улучшаются условия труда оператора, разработаны специальныетребования и правила безопасности, которые должен знать и выполнять оператор.
Нарабочей площадке должны быть приняты меры, предотвращающие опрокидывания илисползания машины. Откосы и косогоры, на которых предстоит работать машине, недолжны превышать значений, допускаемых техническим паспортом машины.
В случаерасположения рабочей площадки около ЛЭП, необходимо учитывать требованияэлектробезопасности.
Во времяработы рыхлителя с заглубленными зубьями, запрещается делать повороты машины.При заднем ходе рыхлителя оборудование должно быть поднято. Во время движениязапрещается становиться на подвеску рыхлительного оборудования.
Чтобыобеспечить максимальную безопасность эксплуатации проектируемой машины, ееоборудуют необходимыми приборами и устройствами безопасности.
Большоевнимание должно быть уделено охране природной среде в процессе земляных работ.При подготовке трассы, сооружении необходимо очищать ее от леса и кустарника смаксимально возможным сохранением лесного массива. Деревья ценных пород должныбыть пересажены.
Приэксплуатации машин необходимо соблюдать следующие правила. Гусеничные машины,во время транспортирования своим ходом, должны перемещаться по обочинам дорог,а в случае пересечения асфальтированных покрытий, следует использоватьвременные настилы. Запрещается работа на машинах с повышенной дымностью, приутечках топлива, масел, рабочих жидкостей. Попадая в грунт, эти материалы отрицательновлияют на окружающую среду. Категорически запрещается сливать отработанныенефтепродукты на землю, в водоемы и канализационную сеть. Эти материалы следуетсобирать и сдавать на нефтебазы или уничтожать методами, согласованными сГоссанинспекцией.
Заключение
В данномкурсовом проекте спроектировано рыхлительное оборудование на базе трактора Т – 180 Г., с тяговым классом ТС – 15. Тяговое усилие трактора Тн = 162,8 кН.
Впроцессе проектирования были определены основные параметры рыхлителя.
Впроекте проведены тяговый расчет и расчет на устойчивость. условия этихрасчетов выполняются. В результате расчета на прочность определена марка сталидля изготовления зубьев рыхлителя – 40ХН2МА.
Вэкономической части проекта определяются основные технико-экономическиепоказатели спроектированной машины. Кроме того, в результате экономическогорасчета был определен годовой экономический эффект от внедренияспроектированной машины, он составляет 280594 руб/год.
Списоклитературы
1. Бородочев И.П. Справочникконструктора дорожных машин – М.: Машиностроение, 1973 – 504 с.
2. Васильев А.А. Дорожные машины — М.: Машиностроение, 1979 – 448 с.
3. Методические указания Машины дляземляных работ – Чита:
Чит ГТУ, 1997 – 41 с.
4. Холодов А.М. Проектирование машиндля земляных работ – Х.: Вища шк., 1986 – 272 с.
Формат зона поз Обозначение Наименование кол Прим
Документация А1 КП МЗР 190205 08 69 0200СБ Сборочный чертеж 1 А4 КП МЗР 190205 08 69 0000 ПЗ Пояснительная записка 1 24 стр.
Детали 1 08 001 Отвал 1 2 08 002 Толкающий брус 2 3 08 003 Раскос винтовой 2 А3 4 08 004 Палец 1 5 08 005 Шайба 6 А3 6 08 006 Палец 2 7 08 007 Втулка 4 8 08 008 Шплинт 4 9 08 009 Палец 2 10 08 010 Палец 2 А3 11 08 011 Проушина 2 А3 12 08 012 Захват 2
Стандартные изделия 13 08 013 Гидроцилиндр ГОСТ-1417-79 2