Скрепер

Зміст
 
Вступ
1. Техніко-економічнеобгрунтування дипломного проекту
1.1 Аналізпатентно-технічних рішень підвищенню ефективності роботи скреперів
2 Визначення основнихрозрахункових пареметрів самохідного скрепера ДЗ-87
2.1 Геометрія робочихорганів модернізованого скрепера ДЗ-87.
2.2 Визначення центаратяжкості модернізірованого скрепера ДЗ-87
2.3 Тяговий розрахунокскрепера ДЗ-87.
3. Визначення зусиль увузлах самохідного скрепера ДЗ-87
3.1 Перше розрахунковеположення
3.2 Друге розрахунковеположення
3.3 Третє розрахунковеположення
3.4 Четвертерозрахункове положення
4. Розрахунокметалоконструкції арки-хобота скрепера ДЗ-87
4.1 Визначення основнихгеометричних характеристик перетинів арки-хобота
4.2 Визначеннянавантажень в перетинах арки — хобота скрепера
4.3 Розрахунок напруг вперетинах арки-хобота скрепера
4.4 Розрахунок наміцність кронштейна арки-хобота скрепера
5. Розрахунок наміцність тягової рами самохідного скрепера ДЗ-87
5.1 Визначеннянавантажень в перетинах тягової рами скрепера
5.2. Геометричніхаракрерістіки небезпечного перетину тяги тягової рами
5.3 Напруга внебезпечному перетині тяги тягової рами
5.4 Геометричніхарактеристики небезпечного перетину труби тягової рами
5.5 Приведені напруги внебезпечному перетині труби тягової рами
5.6 Розрахунок наміцність проушини тяги тягової рами
5.7 Розрахунок наміцність пальця упряжного шарніра
6. Розрахунок передньоїзаслінки ковша скрепера
6.1 Зусилля, діючі назаслінку
6.2. Зусилля вгідроциліндрі приводу заслінки визначимо з рівняння суми моментів одо шарніра А(см. Рис. 6.3.)
6.3. реакція в опорі А.
6.4 Розрахунок наміцність боковини заслінки
6.5 Розрахунок наміцність пальця кріплення заслінки з ковшом
6.6 Розрахунок наміцність труби тяги заслінки
6.7 Розрахунок наміцність проушини тяги заслінки
6.8 Розрахунок наміцність пальця кріплення тяги
7. Опис роботи схемигідроприводу скрепера
9. Безпекажиттєдіяльності і охорона праці
9.1 Охоронанавколишнього середовища
9.2 Охорона праці
10. Економічна частина
10.1 Виявленняпризначення і області застосування нової техніки
10.2 Вибір базовоговаріанту
10.3 Виявлення конструктівно-експлутационнихособливостей нової техніки
10.4 Опис програми«Ефект-М»
Висновок
Література
Вступ
Щорічно в нашійкраїні збільшуються обсяги будівельних робіт – споруджуються нові залізничнілінії і автомобільні дороги, зводяться нові заводи і фабрики, ростуть темпижитлового будівництва, будуються нові нафто — і газопроводи, велике значенняпридбаває сучасне сільськогосподарське будівництво, розвивається меліорація ііригація земель.
Інтенсивний розвиток народного господарства вимагає великого об'ємуземляних робіт механізованим способом, на виконання якого використовують великукількість скреперів.
У нашій країні вживаються заходи по поліпшенню техніко-економічнихпоказників будівельних машин і устаткування, підвищення одиничної потужності,надійності, ресурсу роботи машин, зокрема гідроприводу, зниженню трудомісткостітехнічного обслуговування і ремонту.
Скрепери є високопродуктивними землерийно-транспортними машинами. Вонирозробляють, переміщають і формують грунт і матеріали, транспортуючи їх напевну відстань.
Для цих цілей застосовують скрепери, які розробляють матеріали ріжучоюкромкою, збирають їх в ківш, після чого перевозять з високою швидкістю (10 м/с)на відстань до 5 км. І відсипають в насип або відвал.
Промисловість випускає самохідні скрепери з ковшом місткістю до 25 м3.Полегшенню роботи машиністів сприяє упровадженню гидромеханічеськіх іелектричних трансмісій, застосування автоматизованих систем при плануванні, якізводять до мінімуму витрати енергії для управління машиною і стомлюваністьмашиніста.
Підвищення надійності і терміну служби машин обумовлене якісною ісвоєчасною діагностикою, технічним обслуговуванням скреперів в експлуатації,дотриманням термінів проведення профілактичних робіт і дотримання вимогінструкцій з експлуатацій.
Строге виконання цих правил в експлуатації скорочує кількістьнесправностей машини, і підвищує готовність її до виконання робіт.
Скрепери повинні обслуговувати висококваліфіковані машиністи, що знаютьпристрій машин, правила технічного обслуговування і ремонту, володіючі високоюпрофесійною майстерністю.
1. Техніко-економічне обгрунтуваннядипломного проекту1.1 Аналіз патентно-технічних рішеньпідвищенню ефективності роботи скреперів
Ефективністьскреперних робіт забезпечується використовуванням енерго насичених агрегатів,збільшенням робочих і транспортних швидкостей, вдосконалення конструкцій ковшіві ножових систем, методів завантаження або вивантаження ковшів, появоюдосвідчених конструкцій реалізовуючих нові методи дії на грунт (рис. 1.1).
Рис 1.1.конструктивні схеми ковшів
а – традиційноїконструкції; б, в, г – з похилим боковими стінками; д – із зігнутим днищем; е –з направляючою грунтового потоку; ж – з рухомим днищем; з – з двох ножовоюсистемою копання; і – двосторонньої дії; до, л – телескопічної конструкції.
/>/>
Грунтопереміщаючий пристрій ковша скрепера у вигляді гребкового захвата 1, керованогоциліндрами 2, представляє найпростіший метод поліпшення просування грунту вківш (рис. 1.2 (а)).
Роторнийзавантажувальний пристрій 1 в комплекті з грунтопереміщаючим пристроєм увигляді шнека 2 інтенсифікує процес заповнення ковша грунтом. Такий пристрійдобре працює тільки на легких сипких грунтах. Робочі елементи і їх привідскладає 15-25% маси всього скрепера (рис. 1.2 (в)).
Для підвищення ефективності і зниження енергоємності процесунакопичення скреперних ковшів застосовуються двох — і трьох секційнітелескопічні ковши. Спочатку заповнюється місткість внутрішнього малого ковша1, потім він відсовується і йде заповнення середнього ковша 2, а потімзаповнюється ківш 3. Цей принцип використовується також в ковшах з рухомимднищем.
Рухоме днище 1встановлене на основному днищі 2 і переміщається спільно із задньоюзавантажувальною стінкою 3 (рис. 1.2 (д)) застосування рухомого днища впорівнянні з традиційним ковшом зменшує питому силу тяги на 15-25%. Проте призниженні зусилля наповнення ковша істотно збільшується довжина телескопічнихконструкцій і грузопереміщаючих пристроїв у вигляді рухомого днища, а такожметалоємність скрепера.
Широке застосування одержали елеваторні системи і пристрій заповнення(рис. 1.2 (е)). Похилий елеватор 1 захоплює шкрябаннями вирізуваний грунт іпереміщає його всередину ковша 2.
Завантажувальнийпристрій (рис. 1.2 (ж)) у вигляді роторного метальника 1, розташованого уріжучого ножа 2. При роботі стружка грунту захоплює лопатками ротора і закидаєвсередину ковша. Елеваторні пристрої і роторні метальники дозволяють заповнитигрунтом ківш практично необмеженої довгі і місткості без застосування товкача.
Скрепер з інтенсифікаторами вибухової дії (рис. 1.2 (з)) обладнанийпристроєм для завантаження грунту у вигляді розташованої в задній частині ковшакамери згорання 1, сполученої розподільним механізмом 2 з вихлопною камерою 3,укріпленої на ножі 4 ковши 5.
Грунт,розташований над гратами вихлопної камери, підхоплюється потоком газу івідкидає в ківш. Щоб уникнути перельоту грунту через краї, ківш закритий зверхугратами 6.
Можливі схеми вдосконалення ріжучих ножів скреперів приведені на Рис.1.3. Застосування виступаючого середнього ножа прямокутної форми полегшуєвирізування грунту і покращує наповнення ковша скрепера грунтом. Ніж трикутноїформи вперед добре упроваджується в грунт. Застосування зігнутих ножів такожполегшує урізування ковша і заповнення його грунтом. При цьому ширина стружкизалежить від заглиблення ковша в грунт.
/>
Рис. 1.3 Схемиріжучих ножів
Ріжучі леза із зубами забезпечують попереднє різання грунту ідозволяють розробляти важчі грунти з наявністю кам'янистих включень;застосування їх на сипких грунтах малоефективне. Шарноє кріплення розпушуючихзубів ефективне при використовуванні на грунтах, що мають кам'янисті включення.Сукупні ножі використовують як змінне або стандартне ріжуче устаткування підкутом до напряму руху, дозволяють реалізовувати принцип косого різання.
Дамо докладніший патентний огляд вдосконалення ковшів скреперів.
Авторське свідоцтво № 619590.
Клас MKИ2 E02 А 3/64. Ківшскрепера.
Опубліковано 15.08.78. Автор винаходу В.А. Борісенков.
Заявник Воронежський инжинерно-будівельний інститут.
Відомий ківш скрепера, що поєднує використовування ефектів лобового ікосого різання гранту і що має ножову систему, що включає три ножі, середній зяких розташований під прямим кутом до напряму руху скрепера, а два бічні ножіпримикають у краям середнього ножа і розташовані під кутом до напряму рухускрепера.
На рис. 1.4 зображений пропонований ківш скрепера; на рис. 1.5 – виглядА рис. 1.4. Ківш скрепера включає бічні 1 і задню 2 стінки, днище 3 з ножами 4і заслінку 5.
Працює ківш таким чином.
При частковому опусканні ковша скрепер зрізає грунт тільки середньою поширині частиною ножів, і стружка має трикутний перетин. При повному опусканніковша скрепер зрізає стружку максимальної товщини, причому поверхня зрізупаралель поверхні земляного покриву. Поступове упровадження в грунт спочаткусередньої частини ножів, а потім всій площині дозволяє плавніше змінити зусиллярізання грунту, що зменшує динамічні навантаження на ходову частину тягачаскрепера.
Формула винаходу.
Ківш скрепера що містить бічні і задню стінки і днище з ножами,відрізняється тим, що з метою підвищення ефективності різання грунту і йогопереміщення при заповненні ковша, опір різанню і переміщенню, кромки ножів всередній частині розташовані під кутом.
/>
Рис. 1.4 Пропонований ківш скрепера
/>
Рис. 1.5 Вигляд А рис. 1.4
Джерело інформації.
1. Авторське свідоцтво СРСР №325307. кл. Е 02 А 3/64.1971.
2. Патент Франції № 1539520, Кл. Е 02 F, 1956.
Працює ківш такимчином.
При частковому опусканні ковша скрепер зрізає грунт тільки середньою поширині частиною ножів, і стружка має трикутний перетин. При повному опусканніковша скрепер зрізає стружку максимальної товщини, причому поверхня зрізу паралельповерхні земляного покриву. Поступове упровадження в грунт спочатку середньоїчастини ножів, а потім всій площині дозволяє плавніше змінити зусилля різаннягрунту, що зменшує динамічні навантаження на ходову частину тягача скрепера.
Авторськесвідоцтво № 618499.
Клас МКІ 2 Е 02 F 3/64. Ківшскрепера.
Опубліковано 5.08.78. Автор винаходу В. А. Борісенков і В.В.Кандалінцев. Заявник Воронежський инжинерно-технічний інститут.
/>
Рис. 1.6 Ківш скрепера
/>
Рис.1.7 Вид зверху
Винахід відноситься до скреперів. Відомий ківш скрепера, що міститькорпус і ножі, встановлені під кутом один до іншого з метою забезпечення косогорізання грунту. Відомий також ківш скрепера, що містить бічні і задню стінки,днище, що має ножі і заслінку. На рис. 1.6 представлений ківш скрепера; на рис.1.7 вид зверху.
Працює ківш таким чином.
Переміщають ківш по поверхні грунта. При цьому ножі 4 зрізають грунт,забезпечуючи косе різання, що знижує опір грунту різанню. Грунт в процесінабору переміщається у напрямі руху скрепера і одночасно до його подовжньоїосі. Такий рух стружки дає можливість значно збільшити її пробивну силу, щовельми важливе на останніх етапах наповнення ковша, коли стружка, заповнюєківш.
Формула винаходу.
Ківш скрепера, що містить бічні і задню стінки і днище з ножами,відрізняється тим, що з метою підвищення ефективності розробки грунтузнижується опір його різанню, передня частина днища і ножі имеютW – образнуформу.
Джерело інформації.
1. Авторське свідоцтво СРСР № 325307. кл. Е 02 А 3/64.1971.
2. Заявка № 2362435/03, кл. Е 02 F 3/64, 1976, по якійухвалено рішення про видачу авторського свідоцтва.
Авторське свідоцтво № 740908
Клас МКІ 2 Е 02 F 3/64. Ківш скрепера.
Опубліковано 15.06.80. Ківш скрепера. Автори винаходу Л.А. Хмара, ВВ.Мелашич, В.И. Баловнев, А.Б. Ермолов. Заявники Днепроперовськійинжинерно-будівельний інститут і Московський автомобільно-дорожній інститут.
Винахід відноситься до землерийних машин, вживаних в будівництві, асаме до скреперів з малою місткістю ковшів. Відомий ківш з двухщеглової системоюзавантаження, у якого ріжучі кромки розташовуються на різних рівнях. Такий ківшскрепера забезпечує зниження зусилля копання грунту при одночасному підвищеннікоефіцієнта наповнення ковша. Недолік вказаного ковша – складність поконструкції.
На рис. 1.8, зображений пропонований ківш скрепера; на рис. 1.9 –робоче положення.
Працює ківш таким чином.
При опусканні за допомогою гідроциліндра 10 ріжучих кромок 11 і 13відбувається урізування в масив грунту. Передня заслінка 4 гідроциліндром 9утримується при цьому у верхньому положенні. Далі при русі ковша примаксимальному його опусканні на максимальну товщину стружки передня ріжучакромка 13 вирізує смужку грунту, а задня кромка 11 – резерв, що залишився, збоків.
При цьому одночасне заповнення ковша грунтом. Розвантаження грунту зковша виробляється шляхом висунення вперед задньої стінки 2. Заслінка 4 прицьому повинна бути піднята гидроцилінтром 9. Грунт вивантажується в проміжкахміж передньою вузькою ріжучою кромкою 13 і задньою суцільною кромкою 14.
Формула винаходу.
Ківш скрепера, включаючий бічні і задню стінки, днище із задньоюріжучою кромкою, передню заслінку і передню ріжучу кромку, виконану по довжиніменшої ширини ковша, відмінної тим, що з метою спрощення технології виконанняковша, передня ріжуча кромка розміщена усередині траєкторії переміщеннянижнього краю заслінки і прикріплена до бічних стінок за допомогою жорсткихпоперечних зв'язків.
Джерело інформації.
1. Хмара Л.А., В.В. Мелашич В.В., Баловнев В.І.Тенденція розвитку і оцінка нових конструктивних рішень будівельних і дорожніхмашин. М., ІНІЦТЕстроймаш 1973, з 72-73, Рис. 22.
2. Авторське свідоцтво СРСР по заявці № 2147932,. кл.Е 02 А 3/64. 1975.
Авторське свідоцтво №603731
Клас МКІ 2 Е 02 F 3/64. Ківш скрепера.
Опубліковано 25.04.78. Автори винаходу Л.А. Хмара, ВВ. Мелашич, В.И.Баловнев, А.Б. Ермолов. Заявники Московський автомобільно-дорожній інститут,Всесоюзний науководослідницький інститут будівельного і дорожньогомашинобудування і Челябінський завод машин.
Винахід відноситься до області землерийно-транспортних машинам, зокремадо скреперів. Відомі ковшові робочі органи землерийних машин з ріжучимиступінчастими ножами, що забезпечують одночасне різання грунту. Основнимнедоліком вказаної конструкції є відносно високе зусилля копання грунту приодночасній взаємодії з грунтом переднього і заднього ріжучих ножів. На рис.1.10 показаний загальний вид скрепера в розрізі; на рис. 1.11 – вид скреперазверху.
Скрепер включає тягову раму 1, заслінку 2 з гідроциліндром управління3, бічні стінки 4 і задню стінку 5 ковша, ходову частину 6, упор 7 для тягача,гідроциліндр 8 управління задньою стінкою, заднє днище 9 ковша згідроциліндрами 10 і ріжучим ножем 11 і переднє днище 12 ковша з ріжучим ножем13, виконаним з виступом у вертикальній площині. Гідроциліндри 10 шарнірнозакріплені на задньому днищі 9 за допомогою провушини 14 і пальців 15.
На тильній частині заднього ножа 11 жорстко закріплені кронштейни 17,шарнірно сполучені за допомогою пальців 18. змонтованими на задньому днищі 9.За допомогою провушин 19 і пальців 20 кронштейни 16 шарнірно сполучені зштоками гидроциліндрів 10. На задньому днищі 9 жорстко закріплені упори 21 длярозвантаження гідроциліндрів 10 при установці ножа 11 в робоче положення.Довжина переднього ножа 13 складає 0,25-0,35 довгі заднього ножа 11. Зусиллякопання грунту зменшується в середньому на 20 % при істотному збільшеннікоефіцієнта наповнення ковша.
Формула винаходу.
1. Скрепер, що включає тягову раму, ходову частину,двох щеглової ківш із заслінкою, жорстким переднім і шикарно закріпленим заднімріжучими ножами і гідроциліндром управління відрізняються тим, що з метоюзбільшення копання грунту, передній ніж виконаний з виступом у вертикальнійплощині.
2. Скрепер по п. 1 відмінний тим, що довга виступурівна 0,25-0,35 ширини ковша.
Джерелоінформації.
1. Авторське свідоцтво № 444859 кл. Е 02 А 3/64. 1974.
Патент США №31003555 кл 37-126 опублік. 1962./прототип/.
Авторське свідоцтво №1578269
Клас МКІ 2 Е 02 F 3/64. Ківш скрепера.
Опубликовано15.07.86. Автори винаходу А.И. Деміденко, В.Ф. Амельченко іін.
Заявники Сибірський автомобільно-дорожній інститут ним. В.В. Куйбишеваі Бердянський завод дорожніх машин.
Ізобрітеніє відноситься до землерийно-транспортних машин. А саме доскреперів.
Мета винаходу – підвищення продуктивності скрепера за рахунок зниженняопору наповненню, збільшення об'єму грунту, набіоаємого в ківш.
На рис. 1.14 зображений скрепер в процесі копання; на рис. 1.15 – схемарозташування валу ротора лопатевого механізму. Скрепер містить ківш 1 з бічнимистінками 2, днищем, перехідним в задню стінку 3, і підножовою плитою з ножем 4.Усередині ковша розташований поперечний горизонтальний вал 5 лопатями 6. Валзакріплений в подшипниках ковзання, встановлених на бічних стінках 2. Вісь валурозташована на площині, що проходить через лінію стику днища і підножової плитиі розташованій під кутом 25-30 до вертикальної площини. На кінцях валузакріплені важелі 7 з установленимі на них пальцями 8, до яких приєднані штокигідроциліндрів 9 приводу валу 5. Гідроциліндри 9 за допомогою кронштейнів 10приєднані до ковша 1. До бічних стінок 2 ковши 1 за допомогою шарнірівприєднана передня заслінка 11, сполучена через тягу 12, важіль 13 згідроциліндром 14 підйому заслінки.
Шарніри передньої заслінки 11 зміщені по ходу руху скрепера завертикальну площину, що проходить через лінію стику днища і підножової плити.Ківш 1 за допомогою тягової рами 15 і фартуха 16 з'єднується з тягачем.
Скрепер працює таким чином.
Скрепер під’їзжає до місця набору грунту, опускається ковш 1,октриваєтся передня заслінка 11. ніж 4 зрізає стружку грунту, яка поступає вківш, заповнюючи частину ковша, ограніченую заслінку 11 і двома лопотями 6,одна з яких обмежує довжину ковша, інша – висоту. За рахунок розташування осівалу на площині, перехідній через лінію стику підножової плити і днища підкутом до вертикальної площини 25-30 (тобто розташування нижньої вертикальноїлопаті за задньою площиною зрушення поступающейго грунту), опір надходженнюгрунту мінімальне. Після заповнення цієї частини за допомогою гідроциліндрів 9і важелів 7 відбувається поворот валу 5 з лопостямі 6 на кут, рівний куту міждвома лопостямі. При цьому за рахунок наявності простору між любовим листомпередньої заслінки і кінцями лопатей грунт, що зрізається, у момент поворотулопаті проходить з мінімальним опором. Після завершення повороту грунт, щозрізається, заповнює площину між іншими вертикальною і горизонтальноюлопостямі. Потім грунт знов переміщається лопатями.
Так відбувається до тих пір, поки все сектори механізму і ковша небудуть заповнені грунтом.
Після набору ківш підіймається, заслінка закривається і скрепертранспортується до місця завантаження, розвантаження здійснюється таким чином.Відкривається заслінка 11 і максимальний зів, при цьому частина грунту, щознаходиться в заслінці, висипається. За допомогою гідроциліндрів і важеліввідбувається поворот механізму на 360, і грунт висипаєтся з ковша іразравнімаєтся ножем.
Формула винаходу.
Ківш скрепера, включаючий днище з ріжучим ножем на підножовій плиті,задню стінку циліндрової форми, передню заслінку, шарнірно сполучену з бічнимистінками ковша, і механізм завантаження у виді прівідного лопатевого ротора,горизонтальний вал якого встановлений на бічних стінках, відмінний тим, що, зметою підвищення продуктивності, геометрична вісь горизонтального валулопатевого ротора розташована на площині, що проходить через лінію перенесенняднища з підножовою плитою і розташованій з нахилом у бік задньої стінки щодопоперочної вертикальною плостокості під кутом 25-30, а ширина повороту передньоїзаслінки розташовані перед вертикальною площиною, що проходить через лініюперетину днища з підножовою плитою.
/>
Рис. 1.14 Скрепер в процесі копання
Аналіз патентнихрішень.
Проведений патентний огляд показав, що існує велика різноманітність ковшівскреперів. Вдосконалення їх конструкцій направлене головним чином на розширеннятехнологічних можливостей обладнання, на підвищення продуктивності скреперів.Проте аналіз патентів і винаходів показав, що існує ряд недоліків, що обмежуютьзастосування відомих конструкцій. До таких недоліків відносяться:
Робочі елементи і їх привід складає 15-25% маси всього скрепера ( Рис.1.19.) При зниженні зусилля наповнення ковша істотно збільшується довгателескопічних конструкцій і грунтоперемещающих пристроїв у вигляді рухомогоднища, а також металоємність скрепера (Рис. Д). Недолік ковша – складність поконструкції (Авторське свідоцтво № 740908). Недолік вказаної конструкції євідносно високе зусилля копання грунту при одночасній взаємодії з грунтомпереднього і заднього ріжучих ножів (авторське свідоцтво № 603731).Необхідність установки спеціального приводу регулювання ширинизавантажувального вікна і закриття його в процесі транспортування (Авторськесвідоцтво № 777158).
Недоліком даного ковша є те, що на завершальній стадії і в процесікопання неможливо управляти грунтовим потоком, що приводить до нерівномірногозаповнення всієї місткості ковша (Авторське свідоцтво № 1023037).
Указаниє недоліки пропонуються усунути шляхом вдосконалення робочогооргану – ковша скрепера.
Пропоноване удосконалення.
Пропоноване удосконалення складається з того, що змінюючи кривизнубічних стінок ковша – збільшується місткість. З цього виходить, що пропозиційробочий орган скрепера істотно дозволить змінити і підвищити ефективність роботискреперів, понизити експлуатаційні витрати.
2 Визначення основних розрахунковихпареметрів самохідного скрепера ДЗ-872.1 Геометрія робочих органівмодернізованого скрепера ДЗ-87.
Для визначеннягеометричних параметрів робочих органів проектованого скрепера розглянемозгідно роботі (1) схему заповнення матеріалом ковша традиційного типу, якапоказана на Рис. 2 .1: де – 1 – заслінка; 2 – ківш; 3 задня стінка; 4 мателіал.
Об'єм матеріалу в ковші представляє складну фігуру згідно вибранимрозмірам, розбиваємо цю фігуру на елементарні (1,2,3,4 і т.д.) знайшовши об'ємкожної простої фігури (1,2,3,4 і т.д.), просуміруєм і визначаємо об'єм всьогоматеріалу, який рівний 5 м, що відповідає паспортним даним самохідного скрепераДЗ-87 (2,3,4). Згідно запропонованому технічному рішенню на основі патентногоогляду і врахувавши конструктивні особливості кріплення рами тяговоїсамохідного скрепера у ковшу (Рис. 2.2) пропонується залишити нижню частинуковша (до висоти 650 мм від рівня верху днища ковша) без зміни, а верхнюзробити згідно Рис. 2.3., де величину х знаходимо з наступних міркувань.
А) визначаємо об'єм нижньої частини ковша скрепера, рівний об'ємунєїзмегняємой частини фігури матеріалу:
/>/>
Б). Визначаємо об'єм ізменной частини фігури матеріалу в ковшіскрепера:
/>
Де V = 5.25 м 3 – необхідний об'єм матеріалу вковші скрепера.
В). Визначаємоневідому ширину Х у верхній частині модернізованого ковша скрепера.
З умов рівності об'ємів маємо:
/>
/>
Звідки Х =2754 м.2.2 Визначення центара тяжкостімодернізірованого скрепера ДЗ-87
В результаті прийнятої конструкції ковша визначаємо вагу всіх елементівскрепера і користуючись формулами:
/>              />                   (1)
Знаходимо центр тяжкості машини (рис 2.4)
У формулах (1): Q I – вага i – того елементу машини; />/> - розташування центру тяжкості i того елементу машини відповідно відвибраних осей ох і оу.
Координати центрутяжкості рівні:
Скрепер порожній х=2,227 м; у = 1,186 м.
Скрепер завантажений х=1,948 м; у = 1,129 м.
Всі розрахункові положення зводимо в таблицю 2.1.
Таблиця 2.1
№
Поз. Вузол
Q
kH
x
м
у
м
qx
кНм
qy
кНм 1 З’єднувально-зчіпний пристрій з рукавами 7,13 5 1,6 35,6 11,4 2 Рама з коромислом, з гідроциліндрами ковша і трубопроводами 9,86 3,33 1,71 32,8 16,9 3 Заслінка з гідроциліндром 4,2 2,5 1,05 10,5 1,41 4 Ківш з гідроциліндром задньої стінки і електропневмосистемами 15,11 1,5 1 22,66 15,11 5 Задня стінка 4,48 0,85 1,05 3,8 4,7 6 З’єднання колеса 6,52 0,55 3,59
/> 47,3 105,36 56,11 7 Грунт в ковші 89,25 1,8 1,1 160,65 98,17
/> 136,22 266,01 154,28 /> /> /> /> /> /> /> /> 2.3 Тяговий розрахунок скрепераДЗ-87.
Величину сопртівленію копанню в кінці заповнення ковша при роботіскрепера на різних категоріях грунтів визначимо з формули запропонованоїПерерсоном:
/>
Де Р – тягове зусилля;
Q = 49 кН – сила тяжіння скрепера;
V – об'єм грунту в ковші;
/> - об'ємнавага рихлого грунту;
f – коефіцієнт опору котінню;
b — ширина ножів;
H – висота грунту в ковші;
y — коефіцієнт призми волочіння перед заслінкою;
u — коефіцієнт тертя призми волочіння об грунт;
х – коефіцієнт, харакрерізуючий грунт;
до – коефіцієнт опору грунту різанню;
h — товщина стружки;
F — площа поперечного перетину стружки.
Для ступінчастих ножів (Рис. 2.5.)
/>Де b=2.43 м; />=1,26м;
/> = 0,054 м –різниця вісот середнього і крайніх ножів в процесі різання.
Значення остальніх величин, що входять у формулу (2) представляємо увигляді таблиці 2.2., згідно їх физико-механічних властивостей (4).
Для визначенняпотрібного тягового зусилля при копанні грунтів I категорії, при об'ємі грунтув ковші V = 5.25 /> і вісоте наповнення Н = 1,2 м, припустимо, що середній ніж зрізаєстружку завтовшки h = 0.07 м:
/>
Що відповідаєтяговому зусиллю /> трактора Т-150К на I передачі.
Розрахунок потрібного тягового зусилля для грунтів I і III категорійаналогічний.
Результати розрахунку представлені в таблиці 2.2.
Аналізуючи результати розрахунку, приходимо до висновку, що необхіднаумова для забезпечення набору грунту скрепером дотримується для різних типівгрунту.
Таблиця 2.2. Значенняопору копання.Категорії грунту Тягове зусилля трактора, Т, кН V
/> f у x u До H h
/> P
/>
Н//>
кН//> м м м кН I 60 5,25 15 0,1 0,5 0,48 0,5 60 1,2 0,07 0,02 59,27 II 60 5,25 16 0,04 0,5 0,37 0,4 80 1,2 0,11 0,06 57,43 III 60 5,25 17 0,04 0,5 0,25 0,4 120 1,2 0,1 0,05 57,5
Встановленняграничних кутів підйому подоланних самохідним скрепером. Сумарний вага трактораі скрепера з грунтом:
/>,
Де /> = 76 кН –вага трактора Т-150К (2), />=47,3 кН – вага скрепера.
Тоді кут ухилу, подоланний навантаженим скрепером:
/>
Де Т=60кН – тягове зусилля трактора; А – коефіцієнт опору перекочуванняшин: на твердому покритті (f=0,05)
/>
На рихлих грунтах (f=0.1)
/>.
При завантаженні на провідні трактори 123,3 кН (з урахуваннямдовантаження від скрепера) і реалізації всієї ваги одержимо наступні значеннясили тяги:
Для твердого покриття
Т=123,3*0,7=86,3 кН
Для рихлих грунтів
Т=123,3*0,5=61,65 кН
Тоді кути, подоланного підйому приймуть соответствуюшие значення:
На твердому грунті
/>
На рихлих грунтах
/>.
3. Визначення зусиль у вузлахсамохідного скрепера ДЗ-87
Аналіз і практикароботи скреперів дозволяють встановити розрахункові положення, при яких діютьмаксимально можливі навантаження.
Для розрахунку прийняті наступні початкові дані:
/> = 76 кН –сила тяжіння навантаженого скрепера;
/>=136,55 кН –сила тяжіння навантаженого ковша;
/>=129,42 кН –сила тяжіння навантаженого скрепера без сідельно-зчіпного пристрою (ССУ);
Т=80 кН – максимальна сила тяги трактора Т-150К;
f=коэффициент опори каченію;
ع=0,58-коефіцієнт вертикальної складової опору копанню, і їїгоризонтальної складової;
Р=140 Н/см — />товщинастружки, що зрізається.3.1 Перше розрахункове положення
 
Скреперпереміщається рівномірно по горизонтальній поверхні. Ківш наповнений грунтом зшапкою, що відповідає кінцевому етапу заповнення.
/>
Рис. 3.1. Схемасил діючих на агрегат трактор-скрепер при копанні
/>
Рис. 3.2. Схемасил, діючих на трактор
3.1.1. Розглянеморівновагу агрегату трактор-скрепер і напишемо рівняння сум проекцій сил, діючихна нього на осі х і у (рис.3.1.):
/>
Де /> - відповідногоризонтальна вертикальна утворюючи опору копанню;
/>, — реакціїна передній, задній міст трактора, міст скрепера.
З другого управління маємо:
/>
Підставляємо останній вираз в перший з урахуванням того, що
/>
/>
Звідки маємо:
/>
3.1.2. Расчисляємагрегат на скрепер і трактор разом їх зв'язку за допомогою тяги ССУ
(Рис. 3.2. і рис.3.3.) і роздивимось рівновагу скрепера. У місці з’єднання на скрепер з бокутрактора діють сили, />напрям по тязі. Невідомими є реакції />іреакції на міст скрепера .
Проте для цілейнаших розрахунків доцільно спочатку визначати на /> і/>, а проекції сум цим сил наосі х і у. Тому невідомі реакції /> і /> замінюємо з еквівалентнимисилами />і/>, прикладеними в крапціРіттера L.
Складаємо рівняння сум моментів сил, діючих на скрепер, щодо крапки L.(Рис. 3.3):
/>
Де у=188 мм – відстань від крапки L до опорної поверхні трактора;
h=440 мм – відстань від крапки L до осі задніх коліс трактора, змірянепо горизонталі. /> = 3028 мм; /> = 3244 мм; />=5184 мм –розміри, вказані на Рис. 3.3. З півученого рівняння визначаємо:
/>
На Рис. 3.1. іРис. 3.3. показані позитивні напрями/>, вона вважається позитивною, якщо направлена вгору.
3.1.3. Визначаємостановлячі реакції />і/>,
Діючі із сторони трактори на скрепер.
Складова рівняння сум проекцій сил, діючих на скрепер щодо осей х і у
/>
Звідки
/>
/>
З.1.4. Розглянеморівновагу ковша скрепера (Рис. 3.4)
/>
Рис. 3 .4. Схема сил, діючих на ківш
Складаємо рівновага суми моментів сил, діючих на ківш щодо упряжногошарніра E:
/>/>
Де S – сумарне зусилля на гідроциліндрах приводу ковша кН;
/>/>/> - відстаньвід центру задніх коліс трактора до центру тяжкості ковша, зміряне погоризонталі.
/>=2329 мм –плече зусилля на гідроциліндрах приводу ковша М відносно упряжного шарніра,звідки:
/>
Складаємо рівняння суми проекцій сил, діючий на ківш:
/>
/>
Де /> - — 5,69 –догод нахилу осі гідроциліндра до вертикалі.
На Рис. 3.4.вказаний позитивний напрям кута />. Звідки
/>
/>
/>, — складовісумарних реакцій доводяться на два упряжні шарніри. Через симетрію, становлячіреакції на кожен упряжний шарнір поділяться навпіл.
3.1.5. Розкладаючирезультуючі зусилля в упряжному шарнірі на становлячі, подовжні і поперечні осітяги тягової рами одержимо
/>
Де />=8,25 – кутнахилу рами до горизонталі.
/>
3.1.6. Результуючареакція на упражном шарнірі
/>
3.1.7. Реакції впідп'ятниках кріплення арки-хобота з ССУ
Складаємо рівняння суми моментів щодо крапки До сил, діючих на ківш зтяговою рамою (Рис. 3.5.)
/>
де: />=-88 м — відстань від нижньої цапфи кріплення арки-хобота з ССУ (крапкиДо) до осі заднього моста трактора. Знак мінус указує, що крапка Дознаходиться правіше за вісь заднього моста трактора. /> = 3399 мм – відстань відзаднього моста трактора до центру тяжкості ковша з тяговою рамою. />=2424мм — відстань віднижньої цапфи кріплення арки-хобота з ССУ (точки К) до ріжучої кромки ножа(зміряне по вертикалі).
/> - реакція наверхній цапфі кріплення арки – хобота з ССУ.
З останнього рівняння знаходимо:
/>
Складаємо рівняння сум проекцій на осі X і У сил, діючих на ківш зтяговою рамою:
/>
/>
/> - становлячіреакції на нижній підп'ятник кріплення арки хобота з ССУ (Рис. 3.5 вказанийпозитивний нахил кута />
З останніх рівнянь маємо:
/>
/>/>
/>
3.1.8. Зусилля втязі ССУ
Вважатимемо, що зважаючи на симетрію зусилля в лівій і правій тязі ССУоднакові.
/>
Рис. 3.6. Схема сил на тягу ССУ
У З.1.3. сумазусиль на передній і задній тязі />і /> були заміненіеквівалентними їм зусиллями />і />. Знаючи зусилля />і />., знаходимо />і />. На рис 3.6. показанасхема сил на тязі ССУ. Складаючи рівняння сум проекції на осі Х і У маємо:
_/>
Дозволяючиотриману систему рівнянь відносно />і/>, знаходимо:
/>
Де /> - кутинахилу передньої і задньої тяги ССУ і вертикалі.
/>/>
Звідки одержуємо:
/>
3.1.9. Зусилля впідп'ятниках гребеня
Щоб визначитиреакції на нижніх попятниках гребеня, складаємо рівняння суми моментів сил, діючихна гребінь щодо крапки N (Рис. 3.7), а також рівняння сум проекцій сил нагоризонтальні і вертикальні осі.
/>
/>
/>
Де />=1250 мм, />=160 мм, />=275 мм, /> = 507 мм,
Звідки
/>
3.1.10. Реакції напередній і задній мости трактора визначаємо з рівняння суми моментів сил,діючий на трактор, щодо крапки L (Рис. 3.2.) і з рівняння сум проекцій навертикальну вісь
/>
/>
Звідки />/>
 3.2 Друге розрахункове положення
Режим копання звивішеним задніми колесами скрепера. Скрепер при русі спирається на ріжучукромку – ножа, розглядається кінець процесу копання, коли ківш скрепера наповненийз шапкою.
/>
Рис. 3.8. Схема сил, діючим на агрегат трактор скрепер при копанні
/>
Рис. 3.9. Схема сил, діючих на скрепер
3.2.1.Горизонтальна і вертикальна складові супротиву копанню
Перепишемо формули3.1.1. і 3.1.2., вважаючи в них/>, оскільки задні колеса скрепера вивішені.
/>
/>
З першого ідругого рівняння маємо:
/>
Підставляємоодержане рівняння в третє:
GCK(X2+X) — Eb(X1+X) — T(y+h)+(GT+GCK)•f(y+h) — Eb•f(y+h)=0
Вирішуємо одержанерівняння щодо Еb:
/>,
Е2=Т-(GT+GCK-Eb)f=80-(76+136,55-139)•0,1=72,6 кН.
3.2.2 Становлячіреакції, діючі, з боку скрепера на трактор, одержимо з 3.1.3, вважаючи R3=0
XL=E2=72,6кН;
YL=GCK-Eb=136,55-139=-2,45 кН.

3.2.3 Сумарне зусилляна гідроциліндрах приводу ковша і вертикальна і горизонтальна складова сумарноїреакції на упряжні шарніри визначаються по формулах 3.1.4, вважаючи, що в них R3=0
S=[-GK(X5-X4) — Eb(Xy-X1)+E2•Yo]/H6=[-133,04•(3516-4264)- 139•(4264-3028)+72,6•567]/2329=-35,7 кН;
YE=GK-Eb-Scosб0=113,04-139-(-35,7)•cos(-5,69°)=9,56 кН;
XE=E2-Ssinб0=73,6-(-35,7)sin(-5,69°)=69 кН.
Розрахунки зусиль в решті вузлів виробляються по формулах 3.1.5…3.1.10.
3.2.4 Становлячіреакції на одному упряжному шарнірі, паралельні і перпендикулярні осі тягитягової рами
NE=(XEcosδ1+YEsinδ1) /2=(69•cos8,25°-9,56•sin8,25°) /2=0,22 кН;
QE=(XEsinδ1+YEcosδ1) /2=(69•sin8,25°-9,56•cos8,25°) /2=0,22 кН.
3.2.5 Результуючареакція на упряжному шарнірі
/>.
3.2.6 Реакції впідп'ятниках кріплення арки-хобота з ССУ
Р8=[G’CK(X8+X6)- E2•H2-Eb(X8+X1)]/H1=
=[129,42•(-88+3399)- 72,6•2424-139(-88+3028)]/456=-342,4 кН;
Р7=E2cosβ0+(Eb-G’CK)sinβ0-P8=
=72,6cos(-3,39°)+(139-129,42)sin(-3,39°) — (-342,4)=414,3 кН;
Р6=(G’CK-Eb)cosβ0+E2sinβ0=(129,42-139)cos(-3,39°)+72,6sin(-3,39°)=-13,84 кН.
3.2.7 Зусилля втязі ССУ
/>
/>.
3.2.8 Зусилля впідп'ятниках гребеня
S5=[P6C6-P7(C1-H1)- P8C1]/C4=
=[-13,84•160-414,3•(1250-456)- (-342,4) •1250]/507=190,99 кН;
S4=P6-S5=-13,84-190,99=-204,83 кН;
S3=P7+P8=414,3-342,4=71,9 кН.
3.2.9 Реакції напередній і задній мости трактора
R1=[GT•1830+YLX-XLY]/2860=[76•1830+72,6•440-(-2,45)∙188]/2860=59,95 кН;
R2=GT+YL-R1=76+72,6-59,95=88,65кН.3.3 Третє розрахункове положення
 
Скрепер переміщається рівномірно по горизонтальній поверхні, ківшнаповнений з шапкою, відбувається виглубління ножа, гідроциліндр приводу ковшарозвиває максимальне зусилля, трактор – максимальну силу тяги.
3.3.1 Максимальнесумарне зусилля на гідроциліндрах приводу ковша при його заглибленні
S=p•2•(π/4) •(D4-d2)=140•2•(3,14/4)•(104-52)=16,5 кН,
Де D=10 см, d=5 см – діаметри поршня і штока гідроциліндра.
3.3.2 Запишемоумову, при якому сумарне зусилля на гідроциліндрах приводу ковша повністюреалізується на преодоління опорів заглибленню ножа, для чого перепишемо першийвираз з 3.1.4
∑М[E]=R3(x3-x4)-Eb(x+x1) — E2•y0+R3•f•y0-S•H6+GK(x4-x5)=0.
Звідки
/>;
Прирівнявши праві частини останніх виразів, знаходимо:
Eb•K0=E2•K1+K2.
де
/>
Звідки
Eb=K3•E2+Ey=0,2818•E2+72,6;
K3=K1/K0=0,5296;
К4=К2/К0=-36,9/1,879=-19,64.
3.3.3Горизонтальна складова опору копанню
З 3.1.1 маємо E2=T-f(GT+GCK)+f•Eb.
Підставляємо останній вираз в 3.3.2:
E2=T-f(GT+GCK)+f(K3•E2-K4).
Вирішуємо одержанерівняння щодо Е2:
/>
3.3.4 Вертикальнускладову опору копанню визначаємо по останній формулі 3.3.2
Eb=K3E2+K4=0,2818•58,4+(-19,64)=38,76 кН.
3.3.5 Реакцію назадні колеса скрепера визначаємо по формулі 3.1.2
/>
3.3.6 Горизонтальнуі вертикальну складові сумарних реакцій, що доводяться, на два упряжні шарніривизначаємо, по формулах 3.1.4
XE=E2+R3f-Ssinб0=58,4+62,2•0,1-16,5sin(-5,69°)=66,2 кН;
YE=GK-Eb-R3-Scosб0=113,04-38,76-62,2-16,5cos(-5,69°)=-4кН.
3.3.7 Становлячіреакції на одному упряжному шарнірі, паралельні і перпендикулярні осі тягитягової рами
NE=(XEcosб1+YEsinб1)/2=(66,2cos8,25°-4sin8,25°) /2=32,5 кН;
QE=(XEsinб1-YEcosб1)/2=(66,2sin8,25°+4cos8,25°) /26,7 кН.
3.3.8 Результуючареакція на упряжному шарнірі
/>
3.3.9 Реакції впідп'ятниках кріплення арки-хобота з ССУ
P8=[G’CK(X8+X6) — R3(X8+X3)- fR3H2-E2H2-Eb(X8+X1)]/H1=[129,42•(-88+3399)-
-62,2•(-88+3399) — 0,1•62,2•2424-58,4•2424-38,76•(-88+3028)]/456=-348,8кН;
P7=(E2+R3f)cosβ0+(Eb+R3-GCK)sinβ0-P8=(58,4+62,2•0,1)cos(-3,39°)+
+(38,76+62,2-129,42)sin(-3,39°)-(-348,8)=415 кН;
P6=(G’CK-Eb-R3)cosβ0+(E2+R3f) sinв0=(129,42-38,76-62,2)cos(-3,39°)+
+(58,4+62,2•0,1)sin(-3,39°)=24,6кН.
3.3.10 Становлячіреакції, діючі з боку скрепера на трактор
XL=E2+R3f=58,4+62,2•0,1=64,62кН;
YL=GCK-Eb-R3=136,55-38,76-33,59кН.
3.3.11 Зусилля втязі ССУ
/>
3.3.12 Зусилля впідп'ятниках гребеня
S5=(P6∙C3-P7(C1-H1)- P8C1) /C4=(24,6•160-415(1250-456) — (-348,8)•1250) /507=217 кН;
S4=P6-S5=4,2-217=-212,8 кН;
S3=P7+P8=415+(-348,8)=66,2 кН.
3.3.13 Реакци на предній і задній мости трактора
R1=(GT∙1830+yLx-xLy) /2860=(76∙1830+35,59∙440-64,62∙188) /2860=49,85 кН;
R2=GT+yL-R1=76+35,59-49,85=61,74кН.
 3.4 Четверте розрахункове положення
Транспортний режим, прямолінійний рух навантаженого скрепера. Скреперрухається по горизонтальній поверхні, ківш наповнений з шапкою, коефіцієнтдинаміки, одержаний за наслідками випробувань в НДІ Стройдормаш КД=2.
3.4.1 Реакція назадні колеса скрепера
/>
де х=654 мм; у=312мм; h=0; x2=3202 мм, на Рис. 3.10.
Слід зазначити, щоці розміри не співпадають з їх значеннями, визначеними для режиму копання.

/>
3.4.2 Потрібнетягове зусилля трактора необхідне для руху агрегату в транспортному режимі
Т=fR3=0,1•180,5=18,05 кН.
3.4.3 Відповідніреакції, діючі з боку скрепера на трактор
XL=R3f=180,5•0,1=18,05кН;
YL=KgGCK-R3=2•136,55-180,5=92,6 кН.
3.4.4 Сумарнезусилля на гідроциліндрах приводу ковша
S=(R3(x3-x4)+R3fy0-GK(x5-x4)Kg) /H6;
де х4=4243 мм,х5=3479 мм, у0=744 мм, Н6=2295 мм.
Розміри, вказані на рис.3.4, описані в 3.1.4.
S=(180,5•(4243-3479)+180,5•0,1•744-113,04•(3479-4243)•2)/2295=141,2кН.
3.4.5Горизонтальна і вертикальна складові сумарних реакцій, що доводяться на дваупряжні шарніри
XE=R3•f-S•sinб0;
YE=K3•GK•R3-S•cosб0,
де α0=0 — кут,позначений на Рис. 3.4.
звідки
XE=180.5*0,1=18.05кН;
YE=2*113,04-180,5-141,2.
3.4.6. Становлячіреакції на одному упряжному шарнірі, пералельниє і перпендикулярні осі тяговоїрами.
NE=(X3 cosα1+YEsinб1) /2=18.5cos120+(-95.6) sin120)/2=1.11 kH;
QE=(X3 sinα1+ YEcosб1) /2=18.5sin120+(-95.6) cos120)/2=48.6 kH,
де α1=12 – кут нахилуосі тягової рами і горизонталі.
3.4.7. Результуючареакція на упряжному шарнірі.
/>
3.4.8. Реакція впідп'ятниках кріплення арки-хобота в ССУ.
/>
Де X8=33мм, X3=3362 мм, H2=2354 мм
Розміри вказані наРис. 3.5., пояснення до них дане в 3.1.7.
P7=R3•f•cosв0+(R3-KgGCK)sinβ0-P8=180.5*0.1*cos(-0.080)+(180.5-2*129.42)sin(-0.080) — (216.5) =234.66 kH;
P6=(KgGCK-R3) cosβ0+R3•f•sinβ0=(2*129.42-180.5) cos(-0.080) +180.5*0.1*sin(-0.080)=78.3 kH;
де cosβ0=0,080 – кут, показаний на рис 3.5., і поясненний в 3.1.7.
3.4.9. Зусилля втязі ССУ.
/>
Де β1=15,350, β2=40,080-σγλϋ указаниє наРис. 3.6. і пояснення в 3.1.8.
3.4.10. Зусилля впідп'ятниках гребеня.
/>S4=P6-S5=78,3-191=-112.3кН
S3=P7-S8=234,66+(-216,5)=18,16кН
3.4.11. Реакції напередній і задній мості трактори.
/>
Результати розрахунку по всіх розрахункових положеннях заносимо втаблицю 3.1.

Таблиця 3.1.Зусилля, kH Розрахункові положення 1 2 3 4
E2 62,36 72,6 58,4
Eb 36,17 139 38,76
R3 63,6 62,2 180,5
XL 68,72 72,6 64,62 18,05
YL 36,78 -2,45 35,59 92,6 S 43,83 -35,7 16,5 141,2
XE 73 9,56 66,22 18,05
YE -30,3 69 -4 -95,6
NE 67,9 34,8 32,5 -1,11
QE 40,46 0,22 6,7 48,6
RE 79 34,8 33,2 48,61
P8 -369,5 -342,4 -348,8 -216,5
P7 440,4 414,3 415 234,66
P6 25,54 -13,84 24,6 78,3
S1 85,9 40,64 81,4 87,7
S2 -79,2 -4,43 -74,6 -50
S3 70,2 71,9 66,2 18,16
S4 -203,46 -204,83 -212,8 -112,3
S5 229 190,99 217 191
R1 49,77 59,95 49,85 67,8
R2 63,01 88,65 61,74 76,8
4. Розрахунок металоконструкціїарки-хобота скрепера ДЗ-87
 4.1 Визначення основних геометричниххарактеристик перетинів арки-хобота
 
Виробимо розрахунок нормальних напруг для п'яти перетинів арки-хобота,вказаних на рис.4.1 для чого спочатку визначимо геометричні характеристики цихперетинів.
Оскільки перетини арки-хобота є симетричними і складені зпрямокутників, по формулі для визначення геометричних характеристик маютьвигляд.
4.1.1 Площаперетину
/>
де n – кількість прямокутників, що становлятьперетин;
bi, hi –відповідно довжина і висота прямокутника, що має і–тий номер, см.
4.1.2 ПриймаємоДекартову систему координат – таким чином, що вісь Z проходить через вісь симетрії перетину, а вісь У через нижній поясарки-хобота. Тоді координати центру тяжкості перетину розраховуються по формулах\
/>
де Zi – амплітуда центру тяжкості і — тогопрямокутника щодо вибраної системи координат, см.
4.1.3 Осьовімоменти інерції перетину
/>
4.1.4 Моментиопору вигину на нижньому і верхньому поясах арки-хобота
/>
де Z1, Z2 – відповідно растоянія від центрутяжкості перетину до нижнього і верхнього поясів, см.
4.1.5 Момент опорувигину перетину щодо осі симметрі
WZ=2•yz/bmax,
де bmax– максимальний габаритний розмір перетину по горизонталі.
4.1.6 Радіуснейтрального шару в криволінійних ділянках арки-хобота розраховується поформулі:
/>
де F – площа перетину, см2;
R1i, R2i – відповідно радіуси верхнього і нижнього шару i – того прямокутникаперетину
R1i=Rmin+ri+0,5hi;
R2i=Rmin+ri-0,5hi.
4.1.7 Статичний момент перетину щодо нейтрального шару
S=F(R0-R), см3,
де R0=Rmin-Z0–радіус шаруючи, на якому знаходиться центр тяжкості.
4.1.8 При рассчете на міцність кривих брусів необхідно знати величину:
/>,
де ρ=Rmin– для нижнього поясу;
ρ=Rmax – для верхнього поясу.
На малюнках 4.2 показані перетини, для яких слід визначити геометричніхарактеристики. Перетин ІІІ-ІІІ не показано, оскільки воно таке ж, що і перетинІІ-ІІ. На полицях виносних ліній вказані номери прямокутників, що становлятьперетин, а в таблиці 4.1 представлені значення bi, Hi, Zi, yiзалежно від номера прямокутника для вищезгаданихперетинів.
4.1.8.1 Площа перетину ІІ-ІІ
F25•1+1•30,3+1•30,3+25•1+1•29,3+2,5•2,5+2,5•2,5=152,4 см2.
4.1.8.2 Аплікати центру тяжкості перетину ІІ-ІІ
Z0=(0,5•1•25+16,15•1•30,3+16,15•1•30,3+31,8•25•1+15,65•1•29,3+2,25•2,5+2,25•2,5•2,5)/152,4=14,91см.
Таблиця 4.1
Значення R, H, Z,у залежно від центру прямокутника.І-І ІІ-ІІ(ІІІ-ІІІ) і В Н Z y i B H Z Y 1 25 1 0,5 1 25 1 0,5 2 1 30,3 30,3 -10,5 2 1 30,3 16,15 -10,5 3 1 30,3 30,3 10,5 3 1 30,3 16,15 10,5 4 25 1 1 4 25 1 31,8 5 1 29,3 15,65 6 2,5 2,5 2,25 -1,75 7 2,5 2,5 2,25 1,75 IV-IV V-V і В Н Z y i B H Z Y 1 37,5 1 0,15 1 52,5 1 0,5 2 25 1 1,5 2 25 1 1,5 3 1 30,3 17,15 -10,5 3 1 30,3 17,15 -10,5 4 1 30,3 17,15 10,5 4 1 30,3 17,15 10,5 5 25 1 32,8 5 25 1 32,8 6 0,8 25 13,5 -15,10 6 0,8 27 14,5 -23,1 7 0,8 25 13,5 15,10 7 0,8 27 14,5 23,1 8 3,7 0,8 25,6 -12,85 8 21,7 0,8 27,6 -21,85 9 3,7 0,8 25,6 12,85 9 21,7 0,8 27,6 21,85
4.1.8.4 Осьовімоменти інерції перетину ІІ-ІІ
Jy=25∙13/12+25∙1∙(0,5-14,91)2+1∙30,33/12+1∙30,3∙(16,15-14,91)2+1∙30,33/12+
+1∙30,3∙(16,15-14,91)2+25∙13/12+25∙1∙(31,8-14,91)2+1∙29∙33+1∙29,3∙(15,65-14,91)2+2,5∙2,53/12+2,5∙(2,25-14,91)2+2,5∙2,53/12+2,5∙2,5∙(2,25-14,91)2=
=21178,7 см4.
JZ=253∙1/12+25∙1∙02+13∙30,3/12+1∙30,3∙10,52+13∙30,3/12+1∙30,3∙10,5+253∙1/12+
+25∙1∙02+13∙29,3/12+1∙29,3∙02+2,53∙2,5/12+2,5∙2,5∙1,752+2,53∙2,5/12+2,5∙2,5∙1,752=9337,6см4.
4.1.8.4 Моментиопору вигину на нижньому і верхньому поясах перетину ІІ-ІІ
Wy1=21178,7/14,91=1420,1 см3,
Wy2=21178,7/(32,3-14,91)=1218,1 см3.
4.1.8.5 Момент опору вигину перетину ІІ-ІІ щодо осі симетрії
WZ=2•9337,6/25=747см3.
4.1.8.6 Радіуснейтрального шару перетину ІІ-ІІ
/>
4.1.8.7 Статичний момент перетину II-II щодо нейтрального шару
S=152,4•(77+14,91-90,42)=227,3 см3.
4.1.8.8 Для верхнього поясу перетину
/>
Геометричні характеристики решти перетинів розраховуються аналогічно поформулах 4.1.8.1…4.1.8.8, використовуючи дані таблиці 4.1.
Результати розрахунку представлені в таблиці 4.2.
Таблиця 4.2 Геометричні характеристики перетинів арки-хобота.Геометричні характеристики Перетин арки-хобота I-I II-II III-III IV-IV V-V Відстань від центру перетину до нижнього поясу, см 16,15 14,91 14,91 13,44 14,55 Площа перетину, см 110,6 152,4 152,4 194 241 Момент інерції перетину щодо осі Z, см4 9290,4 9337,6 9337,6 23791,7 62341,8 Момент інерції перетину щодо осі У, см4 16886,6 21178,8 21178,8 27650,4 36541,6 Момент опору перетину вигину На верхньому поясі 1045,6 1218,1 1218,1 1392,1 1949,3 На нижньому поясі 1045,6 1420,1 1420,1 2057,7 2511 Момент опору перетину вигину щодо осі симетрії 743,2 747 747 1268,8 1906,5 Радіус нейтрального шару перетину, см - 90,42 90,42 87,6 88,6 Статичний момент перетину щодо нейтрального шару - 227,3 227,3 297,8 399,7 Sρ/Z на верхньому поясі - -1315,9 -1315,9 -1517 -2135,2 Sρ/Z на нижньому поясі - 1303,7 1303,7 1894,1 2346,5 /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
 
4.2 Визначення навантажень вперетинах арки — хобота скрепера
Згинаючий момент, подовжні і поперечні зусилля в перетинах арки-хоботарозраховуються відповідно по формулах:
Мизг=Р6d5-P8d4-P7(d4-H1), кНм;
N=(P8+P7)cosα8+P6sinα8, кН;
Q=P6cosб8-(P8+P7)sinα8, кН,
де Р6, Р7, Р8 – зусилля, діючі вшарнірах, що сполучають арку-хобот з
сідельно-зчіпнимпристроєм, кН (Рис. 4.1);
Н1=456мм – растояніє між верхнім і нижнім шарнірами кріплення
арки-хобота з ССУ;
d5, d4 – плечі сил Р6і Р8 щодо центру тяжкості перетину
арки-хобота з ССУ;
d8 – кут нахилу перетину арки-хобота довертикалі, град.;
Значення d5, d4, d8 представленів таблиці 4.3.
Таблиця 4.3Величини Перетини арки-хобота I-I II-II III-III IV-IV V-V d5 710 775 1150 1320 1610 d4 130 140 245 390 770 d8 2 27 40 50
Значення Р7,Р6, Р8 представлені у вигляді таблиць в розділі 3 запискипояснення. Так, наприклад, для розрахункового положення 1 з таблиць знаходимо:Р6=25,54 кН; Р7=440,4 кН; Р8=-369,5 кН. Використовуючидані таблиці 4.3, знаходимо силові чинники для перетину II-II.
Мизг=25,54•0,775-(-369,5) •0,14-440,4•(0,14-0,456)=210,69кН;
N=(-369,5+440,4)cos2°+25,54sin2°=71,75кН;
Q=25,54cos2°-(369,5+440,4)sin2°=23кН.
Розрахунок аналогічно ведемо для всіх перетинів і всіх розрахунковихположень. Результати розрахунку заносимо в таблицю 4.4.
Таблиця 4.4 Силовічинники в перетинах арки-хобота.Силові фактори Перетин Розрахункоаве положення 1 2 3 4 Вигибний момент, кНм I-I 209,7 169,7 198,1 160,2 II-II 210,69 168,1 199 165,1 III-III 212,8 155,4 201,3 194,5 IV-IV 206,88 142,6 195,9 203,3 V-V 187,3 95,9 177,9 219 Повздовжні зусилля, кН I-I 70,9 71,9 66,2 18,16 II-II 71,77 71,4 67 20,88 III-III 74,77 57,78 70,1 51,7 IV-IV 70,7 46,2 66,5 64,2 V-V 65 35,6 61,4 71,6 Поперечні зусилия, кН I-I 25,54 -13,84 24,6 78,3 II-II 23 11,3 36 77,6 III-III 54,9 44,97 178,4 61,5 IV-IV -26 -56,8 240,4 48,3 V-V -37,9 -64 279,8 36,4
З аналізу таблиці4.4 визначаємо максимальні значення згинаючих моментів і відповідних їмподовжніх сил у всіх даних перетинах. Визначаємо так само максимальні значенняпоперечних сил і відповідних їм подовжніх сил у всіх даних перетинах. Одержанідані заносимо в таблицю 4.5.

Таблиця 4.5 Максимальнізначення силових чинників арки-хоботаСилові чинники Перетини арки-хобота I-I II-II III-III IV-IV V-V
Мізг max, кНм 209,7 210,69 212,8 206,88 219 N, кН 70,9 71,75 74,77 70,7 71,6 Розрахункове положення 1 1 1 1 4 Qmax, кН 78,3 77,6 178,4 240,4 279,8 N, кН 18,16 20,88 70,1 66,5 31,4 Розрахункове положення 4 4 3 3 3 /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
 4.3 Розрахунок напруг в перетинахарки-хобота скрепера
4.3.1 Напруги в перетині I-I
При розрахунку напруг значення силових чинників беремо з таблиці 4.2. Оскількиперетин I-I має вісь симмерії біля осі у, те максимальне значення нормальної напруги визначається по формулі:
/>
Арка-хобот виготовлений із сталі 09Г2, межа текучості якої рівнаσς=31 Н/см2.Таким чином, перетин I-I має коефіцієнт запасу міцності:
К=31/20,696=1,5
4.3.2 Напруга вперетині II-II
Решта перетинів не симетрична, щодо осі y1 – тому не можна наперед вказати в якому з поясів максимальну напругу.
Тому для остальних перетинів розрахунок нормальних напруг ведемо длянижнього і верхнього поясу, з яким визначаємо максимальне значення напруги.
4.3.2.1 Нижній пояс
/>
4.3.2.2 Верхнійпояс
/>
Максимальне значення напруги на нижньому поясі – σ=16632 Н/см2.
4.3.2.3 Коефіцієнт запасу міцності
К=31/16,633=1,86.
4.3.3 Напруга в перетині III-III
4.3.3.1 Нижній пояс
/>
4.3.3.2 Верхнійпояс
/>
Максимальне значення напруги на нижньому поясі – σ=16813 Н/см2.
4.3.3.3 Коефіцієнт запасу міцності
К=3100/16813=1,84.
4.3.4 Напруга в перетині IV-IV
4.3.4.1 Нижній пояс
/>
4.3.4.2 Верхній пояс
/>
Максимальне значення напруги на нижньому поясі – σ=13273 Н/см2.
4.3.4.3 Коефіцієнт запасу міцності
К=31000/13273=2,3.
4.3.5 Напруга вперетині V-V
4.3.5.1 Нижній пояс
/>
4.3.4.2 Верхнійпояс
/>
Максимальнезначення напруги на нижньому поясі – σ=9959 Н/см2.
4.3.4.3 Коефіцієнт запасу міцності
К=31000/9959=3,1.
 4.4 Розрахунок на міцність кронштейнаарки-хобота скрепера
4.4.1 Геометричні характеристики перетинів
Перетини А-А і Б-Б однакові, тому площі і моменти опору вигину цихперетинів рівні:
FA=FБ=20•8,2=164см2, WA=WБ=20•8,2/6=224см3.
Для перетину В-В, Е-Е, Д-Д площу F, координату центру тяжкості Z0, момент інерції J, моментопору вигину W розраховуємо по формулах п.4.1, для чого ці перетини розбиваємона прямокутники, дані про їх розміри і координати центрів тяжкості заносимо втаблицю 4.6.
Як приклад покажемо розрахунок геометричних характеристик перетину В-В.
Площа перетину:
Fb=3•8,7+3•8,7+20•3,2+20•3=176,2см2.
Апліката центрутяжкості:
Z8=(3•8,7•7,6+3•8,7•7,6+20•3•2•1,6+20•3•13,4)/176,2=7,4 см.
Осьової омент інерції перетину:
JB=3•8,73/12+3•8,7•(7,6-7,4)2+3•8,7/12+3•8,7•(7,6-7,4)2+20•3,22/12+20•3,2•(1,6-7,4)2+
+20•33/12+2•3•(13,4-7,4)2=4744 см4.
Момент опоруперетину вигину:
WB=4744/14,9-7,4=632см3.
Значеннягеометричних характеристик згаданих перетинів заносимо в таблицю 4.7.
Таблиця 4.6Перетини В-В Г-Г Д-Д Номер прямокутника 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 B, мм 30 30 200 200 30 30 200 200 30 30 10 10 200 200 N, мм 87 87 32 30 50 50 32 30 155 155 55 55 35 45 Z, мм 76 76 16 134 57 57 16 97 112 112 27 27 17 212
Геометричніхарактеристики перетинів
Таблиця 4.7Перетин А-А Б-Б В-В Г-Г Д-Д F, см2 164 164 176 154 264 W, см2 224 224 632 396 1546
ZЦ.Т., см 4,1 4,1 7,4 5,5 11,7 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
4.4.2 Силовічинники в перетинах
При розрахунку слід мати на увазі, що реакція Р6 при її позитивномузначенні сприймається нижньою проушиной, а при негативному її значенні –верхньої проушиной.
Згинаючий момент в перетинах А-А, В-В, Г-Г:
М=Р6l6+P7l7,якщо Р6>0.
Подовжнє зусилля в перетинах В-В і Г-Г:
N=P6, якщо Р6>0.
Якщо ж Р6
Для перетину Б-Б:
NБ=Р8;
MБ=Р6l6-P8l8, якщо Р6
У останній формуліпри Р6>0 слід приймати Р6=0.
Для перетину Д-Д:
NД=Р7sinц-P6cosц, якщо Р6>0;
МД=Р7l7+P6l6,якщо Р6>0.
де φ=45° – кут нахилу перетину Д-Д і горизонталі l6, l7, l8 –плечі сил Р6, Р7, Р8 щодо центрів відповіднихперетинів, значення яких представлені в таблиці 4.8. У останніх двох формулахпри Р6=0 слід приймати Р6=0.
Таблиця 4.7Величини Перетини арки-хобота А-А Б-Б В-В Г-Г Д-Д 16, см 11 11 18,4 17,8 20,4 17, см 1,2 - 13 6 23,5 18, см - 1,2 - - -
Як приклад покажемо розрахунок силових чинників при розрахунковомупроложенії l для перетину Д-Д.
З таблиці 3.1 при розрахунковому положенні l знаходимо Р7=440,4 кН;
Р6=25,54 кН.
З Таблиці 4.8 для перетину Д-Д знаходимо l7=23,5см;
l6=20,4 см. По вищенаведених формулахзнаходимо:
NД= Р7sinц — Р6cosц=440,4•sin 45°-25,54 cos45°=293,3 кH
MД= Р7•l7+ Р6•l6=440,4•23,5+25,54•20,4=108,7кHм.
Аналогічно виробляємо розрахунок силових фокторов для всіх перетинівпри різних положеннях, які заносимо в таблицю 4.9.
Таблиця 4.9.Силовічинники в перетинах кронштейна арки-хобота.Силові фактори Перетини Розрахункові положення 1 2 3 4 Вигибаючі моменти, кНм А-А 8,1 4,97 7,69 11,4 Б-Б 4,4 2,58 4,2 2,6 В-В 61,9 53,86 58,5 44,9 Г-Г 31 24,8 29,3 28 Д-Д 108,7 97,4 102,5 71 Повздовжні моменти, кН А-А 440,4 414,3 415 234,66 Б-Б 369,5 342,4 348,8 216,5 В-В 25,54 24,6 78,3 Г-Г 25,54 24,6 78,3 Д-Д 293,3 292,9 276 110,5
4.4.3. Напруги в перетинах.
/>
Де значення М і N беремо з таблиці 4.9., а W і F з таблиці 4.7.
αr — коефіцієнт контцентрації напруг, для перетину Д-Дрозраховується по формулі (5)
/>
/>
ZЦТ=11,7см = відстань від центру тяжкості перетину до концентраціїнапруг, знаходимо для перетину Д-Д з таблиці 4.7.
R=5 см – радіус кривизни концентратора напруг.
/>
/>
У інших перетинахконцентратів напруг немає, тому при розрахунку решти перетинів приймаємоαr=1.
Для перетину Д-Д при розрахунковому положенні 1 знаходимо:
/>
4.4.4. Коефіцієнт запасу міцності
/>
де σ=28 кН/см2 – межа текучості ст 35 Л, з якої віділлє кронштейн
арки-хобота.
К=28/12=2,3.
Аналогічно розраховуємо напруги і коефіцієнт запасу міцності для всіхперетинів при різних розрахункових положеннях, презультати представлені втаблиці 4.10.

Таблиця 4.10.
Напруги і коефіцієнти запасу міцності в перетинахкронштейна арки-хобота. перетини Розрахункові положення 1 2 3 4
Напруження, кН, см2 А-А 6,3 4,7 5,9 6,5 Б-Б 4,2 3,2 4 2,48 В-В 9,9 8,5 9,4 7,5 Г-Г 8 6,3 7,85 7,6 Д-Д 12 10,9 11,3 7,4 Коефіцієнт запаса міцності А-А 4,4 5,95 4,7 4,3 Б-Б 6,7 8,75 7 11,3 В-В 2,82 3,3 2,98 3,7 Г-Г 3,5 4,4 3,7 3,68 Д-Д 2,3 2,57 2,47 3,78
З аналізу таблиці 4.10. укладаємо, що максимальні напруги виникають вперетині Д-Д при розрахунковому положенні 1, коефіцієнт запасу міцності прицьому складає 2,3, що допустиме.
Якщо ж замінити матеріал кронштейна на Cт 25Л, у якої σ=24 кН/см2, то коефіцієнт запасу міцностіскладе:
К=24/12=2, що допустиме.
5. Розрахунок на міцність тяговоїрами самохідного скрепера ДЗ-87
 5.1 Визначення навантажень вперетинах тягової рами скрепера
На тягову рамускрепера діють зусилля NE, QE, вупряжних шарнірах, зусилля S/2 з боку гідроциліндрів приводу ковша (рис 5.1.)Крім того, на тягову раму діють реакції в місцях кріплення з боку арки-хобота.У справжньому розрахунку ці реакції не визначені з причини відсутностіінженерної методики їх розрахунку. Тому силові чинники визначені тільки дляперетинів, де відсутні кріплення з аркою-хоботом. Визначаємо згинаючі моментивід сил, перпендикулярних площині тягової рами (Мх), від сил,паралельних площині тягової рами (Му), а також моменти, що крутять.
5.1.1. На тягу тягової рами діють тільки згинаючий момент від сил QE, перпендикулярної площини тягової рами, іншісилові чинники відсутні.
Мх= QE d4,
де d4 — відстань від упряжного шарніра до місцякріплення тяги з трубою тягової рами, мм d4=2500 мм.
5.1.2 Силовічинники в перетині 8-8 труби
Мх= Му=0;
Мкр= QE d3,
де d3=2660 мм, — відстань від упряжногошарніра до осі труби тягової рами.
5.1.3 Силовиє чинники в перетині 10-10 труби
/>
/>
де d6=210мм, d7=240 мм – відстань між центрами труби тягової рами і
шарніра кріпленняна ній гідроциліндра при вода
ковша, вимірювання перпендикулярне і паралельно
площини тягової рами.
α0,α1 — кути нахилу осі гідроциліндра приводу ковша до вертикалі івід
тягової рами до горизонталі (см. П. 3.1.1.5.);
В1=2710 мм, В2=2380 мм –відстань між осями тяги тягової рами і
між осямигідроциліндрів приводу ковша.
5.1.4. Силовічинники в сесенії 12-12 труби.
/>
/>
де В3=500мм (см. Рис. 5.1.)
/>
Рис. 5.1. Схемасил, діючих на тяговій рамі
5.1.5 Максимальний згинаючий момент в небезпечному перетині тяги тяговйрами
Мmax=Qmax∙d4
де Qmax=48,6 кН – максимальнезначення зусиль QE з розрахункових
положень,представлених в таблиці 3.1.
Знаходимо з цієїтаблиці значення подовжньої осі тяги зусилля, відповідного Qmax:
NE=1,11 кH
Мmax=48,6∙2500=121,5 кHм.5.2. Геометричні харакрерістікинебезпечного перетину тяги тягової рами
/>
Рис. 5.2.Небезпечний перетин тяги тягової рами
Площа перетину: F=2•8,4•0,8+2,36•0,8=71 cм2.Момент інерції перетину:
/>

Момент опору перетину вигину:
W=2•J/36=2•9727/36=540см3.5.3 Напруга в небезпечному перетинітяги тягової рами
/>
Тяга тягової рамивиготовлена із сталі марки 09Г2, межа текучості якої рівна σТ=31000Н/см2.
Тобто тяга тягової рами має запас міцності:
К=σТ/σ=1,38.
Розрахунки силовихчинників в перетинах труби тягової рами вироблені по формулах п.5.1.2…5.1.4 длявсіх розрахункових положень.
Початкові дані для розрахунку приймаємо з таблиці 3.1. З причиниоднотипності розрахунків обмежимося ліш розрахунком для положення 1. З таблиці3.1 знаходимо S=43,83 кН; QЕ=40,46 кН; NE=67,9 кН.
5.3.1 Силові чинники в перетині 8-8 труби тягової рами
Мх=Му=0;
/>
5.3.3 Силові чинники в перетині 12-12 труби тягової рами
/>5.3.4Знаходимо приведені моменти для всіх перетинів труби по формулі
/> перетин –8-8;
/> перетин –10-10.
З рис.5.2 видно, що епюра моменту, що крутить, в сечені 10-10 зазнаєстрибок, тому для перетину 10-10 визначаємо 2 значення приведеного моменту.
/>
Аналогічно розраховуємо силові чинники для перетинів труби тягової рамипри інших розрахункових положеннях. Результати розрахунку зведені в таблицю5.1. З таблиці 5.1 вибираємо максимальне значення приведеного моменту:Мпр=130,4 кНм, яке є в перетині 12-12 при розрахунковому положенні 1.
5.4 Геометричні характеристикинебезпечного перетину труби тягової рами
 
/>
де d=32,5 см – зовнішнійдіаметр труби;
S=0,8 см – товщина стінки труби.
/>
Таблиця 5.1
Моменти вперетинах труби тягової рами.Розрахункове положення 1 2 3 4 Мкр8 107,6 0,58 17,8 129,3 Мх10 6,67 0,04 1,1 8 Му10 11,2 5,7 5,4 0,18 Мкр10 105,5 4,52 16 113,7 Мх12 20,5 19,9 -1,7 -24,2 Му12 73,9 39,3 35,5 -4,7 Мкр12 105,5 4,52 16 113,7 Мпр8 107,6 0,58 17,8 129,3 М’пр10 106,3 5,73 16,9 113,9 M”пр10 108,4 7,3 18,6 129,5 Мпр12 130,4 44,28 38,9 116,3
Момент опору труби вигину
W=2J/d=2•10014/32,5=616см3.
5.5 Приведені напруги в небезпечномуперетині труби тягової рами
 
σ=Μοπ/W=130,4•102/616=21,16кН/см2.
Напруга матеріалу туби, що допускається, складає σ=21,6 кН/см2.Таким чином, труба тягової рами має запас міцності:
К=σр/σ=21,6/21,16=1,02.
 5.6 Розрахунок на міцність проушинитяги тягової рами
5.5.1 З таблиці 3.1 знаходимо максимальне значення зусилля на упряжномушарнірі
REmax=79 кН, що відповідає 1 розрахунковомуположенню.
5.6.2 Тиск у внутрішній поверхні проушини
/>
де В=5 см – ширина проушини;
r=4,5 см – внутрішній радіус проушини,
/>
5.6.3 Еквівалентнанапруга в проушине
/>
де R=7 см – зовнішній радіуспроушини.
/>
Проушина виготовлена з відливання 25Л-I меж текучості якої σТ=24000Н/см2, таким чином коеффіциентзапаса міцності складає:
К=σТ/σ=24000/5982=4.5.7 Розрахунок на міцність пальцяупряжного шарніра
Дотична напруга на пальці:
τ=REmax/πr2=79000/3,14•3,52=2053,8Н/см2.
Палець виготовляється із сталі 45Б, межа текучості якої на зрушення18000 Н/см2.
Таким чином, коефіцієнт запасу міцності складає:
/>
6. Розрахунок передньої заслінкиковша скрепера6.1 Зусилля, діючі на заслінку
Приймаємо, що найбільше зусилля відкриття заслінки виникають, коли ківшзавантажений з шапкою. При відкритті заслонки необхідно подолати тиск грунтузнаходиться під заслінкою, тертя грунту об грунт, вагу заслінки.
6.1.1 Визначимо силу тяжіння грунту знаходиться під заслінкою
/>
де γ=15 кН/м3 – об'ємна вага рихлого грунту;
B=2430 мм – ширина нижньої частини заслінки;
B1=2754 мм – ширина верхньої частинізаслонки.
/>,/>,/>, />– площі фігур, щостановлять бічну
площа заслінки.
6.1.1 Визначаємо площу трикутника O1BC
/>
Де
/>/>
H=1.2м – висота наповнення трунта.
6.1.1.2. Визначаємо площу кріволенейной трапеції О1NDB
SO1NDB= SODB — SONO1, де SODB-площа сектора ODB:
/>
SONO1-площадь трикутника ONО1;
SONO1=1/2•NO•O1O•sin120=1/2•0.078•0.079•sin120=0.0006м2.
Розглянемо трикутник О1ОА. Звідки маємо:
/>
/>
6.1.1.3. Визначаємо площу кріволенейной трапеції NLED
SNLED= SOED – SOLN,
де SOED – площа сектора ОED:
/>
/>
SOLN – площа трикутника ОLN.
З трикутника ОАN маємо:
/>
/>
6.1.1.4. Визначаємо площу трикутника КЕL.
SKEL= SOFE – SOFRL,
де SOFE – площатрикутника ОFE
SOFE=1/2•OF•OE•cos9026=1/2•0.14•0.854•cos9026=0.059м2.
SOFKL=0.01 м2 – площа фігури ОFKL/
SKEL=0.059-0.01=0.049м2.
6.1.1.5. Визначаємо площу сектора EКA.
SEKA= SDOA – SNLED-SKEL – SNOA,
де SDOA — площа трикутника ОNО1;
SNOА=1/2•NO•АO•sin830=1/2•0.078•0.854sin830=0.033м2.
SEKA=0,528-0,0595-0,033=0,3865 м2
 
6.1.1.6. Підставляючи получениє значення площі в початкову формулу,одержимо.
σγπ3=15[2,754(0,328+0,0754)+((2,43+2,754/2)(0,0595+0,049+
+2,43•0,3865]=34,97 кH.
Відкриттю заслінки перешкоджає сила тертя трунта об заслінку.Враховуючи, що на поверхні заслінки можливо налипання грунту, приймаємомаксимальне значаніє коефіцієнта тертя грунту по грунту К=1, тоді сила тертягрунту рівна:
FТР=КGгр3=1•34,97=34,97 кН.
6.1.2. Зусилля в тязі визначається з рівняння суми моментів щодошарніра кріплення заслінки ковша.
/>
Де G3=3.89 kH –сила тяжіння заслінки.
S – зусилля в тязі заслінки.
/>
6.1.3. Становлячі реакції в шарнірі Про (Рис. 6.1.)
З рівняння суми проекції на осі X і У:
∑y=Fтрcos54° — S sin16°+2Roy=0;
34,97•cos54° — 48,5• sin16°+2Roy=0;
Звідки
Roy=1/2(34,97•cos54° — 48,5• sin16°)=3,59 кН;
∑z= 2Roz+S cos16° — Fтрsin54°-Gгр3=0;
2Roz+48,5 cos16° — 34,97sin54°-34,97-3,89=0;
2Roz-20,5=0;
2Roz=10,25кН.
 6.2. Зусилля в гідроциліндрі приводузаслінки визначимо з рівняння суми моментів одо шарніра А (см. Рис. 6.3.)
/>
Рис. 6.3. Схемасил, діючих в гідроциліндрі приводу заслінки
∑М(А)= Ргц12-S•11 =0.
/>
 6.3. реакція в опорі А.
∑у= RАу+ Ргц sin7°-Ssin16°=0;
RАу=-55,4 sin7°+48,5 sin16°=6,6 кН;
∑z= RАZ+ Ргц cos7°-Scos16°=0;
RАZ=55.4• cos7°-48.5•cos16°=8.4 кН.
Одержані навантаження в тязі S=48,5 кН і Ргц=55,4 кН є робочими навантаженнями в механізміприводу заслінки, а найбільші навантаження визначаються по найбольшему зусиллюв гідроциліндрі заслінки.
Найбільші зусилля в штоковій порожнині гідроциліндра приводу заслінки:
/>
Де р=1400 Н/см2 — максимальний тиск в гідросистемі;
D=10 см – діамерт поршня;
D=5 см – діаметер штока.
/>
Становлячі реакції опори А:
RАу=S sin16°+ Ргц sin7°=71,890•sin16°+ 82.160 sin7°=9.8 кН;
RАZ=Ргц cos7°-Scos16°= 82.16•cos7°-71.98•cos16°=12.44кН.
Становлячі реакції опори 0 і реакцію К на кромці заслінки визначаємо впропозиції, що гідроциліндрі приводу заслінки розбиває максимальне зусилля призакритті заслінки коли угрунта в ній немає.
/>
/>
/>
/>
/>
/>6.4 Розрахунок на міцність боковинизаслінки
6.4.1. Розрахунок на міцність перетину А-А боковини заслінки (Рис.6.5.)
6.4.1.1. згинаючий момент в перетині.
М=ROZ•25=33,3•25=832,5 кН см.
6.4.1.2 Момент опору перетину вигину
/>
де b=6 мм – товщина стінки;
Н=450 мм – висотаперетину А-А;
h1=140 мм – висота вигину боковин заслінки;
α=arctg140/162=40°50’ – кут нахилу ділянки боковин;
h2=214 мм – довжина наклоненого ділянки боковин.
/>
6.4.1.3 Площа перетину
F=2•0,6•15,5+0,6•21,4=31,44см2.
6.4.1.4 Напруга в перетині
/>.
6.4.1.5 Коефіцієнтзапасу міцності
Боковина заслінки виготовлена із сталі 09Г2 з межею текучості σ=31кН/см2
К=31/4,46=6,95.
6.4.2 Розрахунокна міцність проушини боковини
6.4.2.1 Результуюча реакція на проушине
/>
6.4.2.2 Тиск у внітренней поверхні проушини
p=Ro/2rB,
де r=3,5 см –внутрішній радіус проушини;
B=4 см – товщина листу проушини.
р=38,69/(2•3,5•4)=1,4кН/см2.
6.4.2.3 Еквівалентна напруга в проушине
/>
де R=5,5 см –зовнішній радіус проушини.
/>
6.4.2.4 Коефіцієнтзапасу міцності
К=σТ/σЭКВ=31/4,7=6,6.6.5 Розрахунок на міцність пальцякріплення заслінки з ковшом
6.5.1 Площа перетину пальця
F=рD2/4=3,14•4,52/4=15,9см2.
де D=4,52 –діаметр пальця.
6.5.2 Дотична напруга в перетині пальця
τ=R0/F=38,69/2,4=2,4кН/см2.
6.5.3 Коефіцієнтзапасу міцності
Палець виготовлений із сталі 45, межа текучості, якої на зрушенняτТ=18 кН/см2.
К=τТ/τ=18/2,4=7,5.
6.6 Розрахунок на міцність труби тягизаслінки
 
Найбільш небезпечним для тяги є момент, коли гідроциліндр приводузаслінки у момент її закриття при порожньому ковші розвиває максимальнезусилля, при цьому тяга випробовує стиснення і її потрібно рахувати настійкість.
6.6.1 Площа перетину тяги
F=(π/4)(D2-d2)=(3,14/4)(5,82-4,22)=12,56 см2.
де D=5,8 см, d=4,2 см – відповідно зовнішній і внутрішній діаметри кільцевої перетинитяги.
6.6.2 Момент інерції перетину тяги
J=(π/4)(D4-d4)=(3,14/4)(5,82-4,22)=40,293 см2.
6.6.3 Радіусінерції перетину тяги
/>
6.6.4 Гнучкістьтяги
λ=l/i=112/1,79=62,6,
де l=112 см – довжина тяги;
λ=0,85 – коефіцієнт ослаблення допускаються нарпяженій.
6.6.5 Напруга в перетині тяги
/>.
6.6.6 Коефіцієнтзапасу міцності
К=уТ/у=21,6/5,73=3,2.
 6.7 Розрахунок на міцність проушинитяги заслінки
 
6.7.1 Тиск по внутрішній поверхні проушини
/>
де r=5,8 см – внутрішній радіус проушини;
B=7,5 см – ширина проушини.
6.7.2 Еквівалентна напруга в проушине
/>
де R=8,3 –зовнішній радіус проушини.
6.7.3. Коефіцієнт запасу міцності.
/>
 
6.8 Розрахунок на міцність пальцякріплення тяги
 
6.8.1. Дотична напруга в перетині пальця
/>
де r=2,25 – радіус пальця.
6.8.2. Коефіцієнт запасу міцності
/>
7. Опис роботи схеми гідроприводускрепера
Робоче обладнання скреперів забезпечено годравлічеськім приводом, якийслуже для управління положенням елементів робітника обладнання при виконаннітехнологічних операцій.
Робоча рідина, вживана в гідроприводах, повинна відповідати ряду вимог:
— масло не повинне змінювати в'язкість і не розкладатися при значнихпрепаратах температур;
— не впливати на матеріал ущільнюючих елементів, систем;
— володіти здатністю протистояти піноутворенню.
Робоча рідина одночасно є середовищем, що мастить і антикорозійною, дляагрегатів і гидроліній системи.
Робоче устаткування навісних і причіпних машин приводиться в дію відгідросистеми базових тракторів і тягачів, які є газделительно-агрегатноюсистемою.
Гідравлічний привід складається з наступних складників: насоса, щоприводиться в рух від двигуна базової машини; виконавчого механізму, що єгідроциліндром; механізму управління – гидрораспределітеля; вспомагательнихпристроїв – гидробака, фільтру, гидроліній.
У гідравлічному приводі обертальний рух валу насоса перетвориться впоступальну ходу поршня гідроциліндра. Енергія передається від насоса догідроциліндрів робочою рідиною.
Гідросистема скрепера призначена для підйому — опускання ковша ізаслінки, а також переміщення вперед і назад задньої стінки ковша. Угідросистемі скрепера гидрораспределітелі А, Би, В трьох золотниковийчотирьохпозиційний («плаваюче» положення в скрепері не використовують).
З гидробака по всасивабщей гидролінії рідину потрапляє в насос Н1, якийпо напірній гидролінії до насосної порожнини гидрораспределітеля Р1. Вінскладається з трьох гилдрораспределітелей А, Б, В і запобіжного клапана. Унейтральному положенні входи напірної гидролінії в розподільники перекриті, іробоча рідина за рахунок збільшеного тиску в гидролінії долає опіргидроклапанов і через фільтр Ф1 на злив в гидробак. Подальша роботагідроприводу залежить від положення рукоядки і пов'язаного з ним золотникомгидрораспределітеля.
Гидрораспределітель А управляє гидроцеліндром ( поз. 2) задньої стінки;гидрораспределітель Би управляє гідроциліндром підйому і опускання передньоїзаслінки (поз. 3); гидрораспределітель В управляє гідроциліндрами приводупідйому і опускання ковша (поз. 4 (1), поз. 4 (2)).
У гидролінії гідроциліндрів 4 (1), 4 (2) для надійної фіксациіковша впіднятому положенні і захисту рукавів високих швидкостях руху між поршневою іштоковою порожнинами встановлюється гідравлічний замок (поз. 6).
Запобігти поломці механізмів важелів іперегрузки гідросистеми ігидромотора в системі передбачені гидроклапани в системі передньої заслінки(поз. 8). А також встановлюються досселя (поз. 5(1) і поз. (5.2)) із зворотнимиклапанами для гідроциліндрів ковша, які дають можливість перепуська або зборурідини на злив.
Для контролю тиску робочої рідини в напірній магістралі передбаченемісце для установки манометра.
7.1. Перевірочний розрахунок параметрів гідроциліндрів приводу робочогооборудиванія скрепера.
У зв'язку із зміною навантажень, діючих на штоки гідроциліндрів приводуковша, передньої заслінки і задньої стінки необхідно визначити їхпрацездатність, виробивши розрахунок необхідних діаметрів поршнів.
7.1.1. Розрахунок діаметру гідроциліндра заслінки
Початкові дані:
— вага передньої заслінки, G3=3,89 кН;
-вес грунту, що знаходиться усередині заслінки, G2=34,97 кН;
— тиск в гідросистемі Р=10 Мпа;
-сила тертя грунту, що знаходиться в заслінці об сталь, FТР=34,97кН;
Зусилля в гідроциліндрі визначаємо Fгц з рівняння рівноваги моментівсил щодо осі О.
Fгц>∑М0.
∑М0.=Sп•1sn•con16° — Fгц•1sn=0.
Невідоме зусилля в тязі заслінки Sп визначаємо з рівняння моментів всіхсил щодо осі О1 (точки кріплення передньої заслінки доковша).
Sп> ∑М0.= 0;
∑М0.=G313+Gгр3•12+ Fгц R-Sп•con16°•750 — Sпcon16°•840=0;
/>
По даному зусиллю на штоку визначаємо необходимій діаметр поршнягідроциліндра по формулі:
/>
Розрахунок діаметру гідроциліндра механізму підняття і пускання ковша.
Як исходніх данніх для розрахунку беремо транспортне положення скрепераз груженім ковшем з «шапклй» оскільки в даному випадку в гідроциліндрах діємаксимальне утримуючі зусилля – S = 141,2 кН (см. п.3.4.4). Воно безпосередньо пов'язане з штоком гідроциліндрів, поєтому йогорозподіляємо між двома гідроциліндрами приводу ковша:
/>
Розрахунок зусилля гідроциліндра приводу задрней стінки. Сответственно розрахунку приймаємо Д=100 мм, і тому значенню виконуємо подальшірозрахунки гідроциліндра:
D=К•Д,
Де К=d/Д – приймаємо по таблиці 2 (методичні вказівки); К=0,5. d=0,5•100=50 мм. Значення d=50мм відповідає ряду нормальнихдіаметрів по ГОСТ 12447-80. Знаючи витрату Q масла приходу поршня визначаємо швидкість V з рівняння:
/>
Знаючи середню швидкість масла V0=5м/c=3000 дм/мин, визначаємомінімальний діаметр d0 отвору гідроциліндра, що підводить:
/>
Для опускання ковша: відповідно розрахунку приймаємо Д=100 мм, і томузначенню виконуємо всі подальші розрахунки гідроциліндра.
Розраховуємо діаметр d штока гідроциліндра:
d =К•Д,
де К= d/Д – приймаємо по таблиці 2 (методичнівказівки); К=0,5.
d =0,5•100=50 мм.
Розрахунок аналогічний розрахунку для заслінки.
Для задньої стінки: відповідно розрахунку приймаємо Д=63 мм, і по цьомузначенню виконуємо всі подальші розрахунки гідроциліндра
Розраховуємо діаметр d штока гідроциліндра:
d =К•Д,
де К= d/Д – приймаємо по таблиці 2 (методичнівказівки); К=0,5.
d =0,5•63=31,5? 32 мм.
Значення d=32 мм відповідає ряду нормальних діаметрів по ГОСТ 12447-80.
Знаючи витрату Q масла при робочому ходу поршня визначаємо швидкість Vз рівняння:
/>
Знаючи середню швидкість масла V0=5м/c=3000 дм/мин,визначаємо мінімальний діаметр d0 отвору гідроциліндра, щопідводить:
/>
Початкові дані:
- вага задньої стінки, приведений до опорного ролика:
/>
- коефіцієнт тертя грунту по сталі:
µ=0,35;
- густина грунту γπ=1600 кг/м3;
- коефіцієнт сопротовленія перекочуванню опорнихроликів:
f=0.01.
Згідно розрахунковій схемі зусилля на штоку гідроциліндра задньоїстінки буде рівне:
Fгц= Fд+Fб+Fк,
де Fд — сила тертя про днище ковша скрепера, кН;
Fб — сила опору каченію опрніх роликів, кН.
Сила тертя грунту про днище ковша скрепера виражається залежністю:
Fд =γр•g•Vr•µ,
Vr — об'їм виштовхування грунту з ковша скреперарівний:
Vr=1/2•Lд•Нзс•В=1/2•0,875•1,264•2,43=1,344 м3.
Тоді:
Fд=1600•9,81•1,344•0,35=7383,4 Н=7,3834 кН.
Сила тертя грунту об бічні стінки розраховується п оследующейзависимости%
/>
Опір перекочуванню коліс визначається з виразу:
/>
Визначаємо зусилля на штоку гідроциліндра задньої стінки:
Fгц= 7,3834+2•7,9245+2•0,041=23,3144 кН.
При роботі поршневою порожниною потрібний діаметр гідроциліндра будерівний:
/>
Отже, по умові забезпечення виштовхування грунту з ковша скрепера, щозалишився, задньою стінкою існуючий гідроциліндр придатний.
9. Безпека життєдіяльності і охоронапраці9.1 Охорона навколишнього середовища
До шкідливих дошкідливих чинників відносять такі, які при дії на організм людини або нанавколишнє середовище в цілому (у разі порушення вимог безпеки) можутьвикликати забруднення отруєння або відхилення в стані здоров'я людини.
Сучасне промислове виробництво забруднює природу не тількигазоподібними і твердими відходами, але і тепловими викидами, електромагнітнимиполями, іонізуючими випромінюваннями і іншими фізичними чинниками. Такевторгнення в природу порушує основний закон стабільного розвитку і екологічноїрівноваги, і ставить людство на грань катастрофи.
Технологічні процеси в будівельній промисловості, при ремонті іексплуатації будівельних машин, як правило, супроводжуються виділеннямиотруйних газів, пари і інших шкідливих речовин. Ці речовини, проникаючи ворганізм людини, можуть викликати отруєння, захворювання шкірного покриву,опіки ит.д.
Основним забруднюючим чинником в будівництві є пил. Пил – поняття, щохарактеризує фізичний стан речовини – роздробленість його на найдрібнішічастинки. Останні, знаходячись в зваженому стані, є дисперсною системою, в якійдисперсною фазою є тверді частци, а дисперсним середовищем – повітря.
Зміст пилу вимірюються в міліграмах, на 1 м3 повітря.Найбільш шкідливий дрібний пил з розмірами частинок до 10 мкм, оскільки такічастинки не затримуються у верхніх дихальних шляхах, а проникають в легені,викликаючи різні захворювання (силікоз, асбестоз і ін.). Пил крупніший,затримується на слизистих оболонках верхніх дихальних шляхів і надає дратівливудію, викликаючи хронічні захворювання (катар бронхів і ін.).
Джерелом виділення в повітря токсичних компонентів є система випускувідпрацьованих газів, система мастила, живлення і вентиляція картернойпорожнини двигуна будівельних машин.
Шкідливі для здоров'я і зважені в повітрі крапельки кислот, масел, іінших летючих рідин.
Заходами щодо охорони навколишнього середовища є такі, як зниження домінімуму викиду токсичних отработаних газів, неприпустимість порушень приремонтних роботах (відсутність витоків масел, палива і т.д.), строге дотриманнятехнології виконання робіт (транспортування грунту по строго певному маршруту,виконання робіт в забої при геометрично закритій кабіні, щоб виключитипопадання пилу), злив відпрацьованого масла виробляти тільки в спеціальні ємностіі ін. Зниження вибосов у вохдух шкідливих чинників можливе при підвищенніекологічних показників роботи машини за рахунок проведення комплесних заходівщодо вдосконалення конструкцій машини і режимов її експлуатації.
Для уловлювання частинок відомо декілька конструкцій пристроїв, щовикористовують як принцип електростатичного очищення, так і метод фільтрації.Одним з кращих конструктивних рішень для зниження змісту твердих частинок увихлопі дизелів вважається установка філотров регенірациі типу. Фільтри,виконані у вигляді шаруватих, послідовно розташованих пористих перегородок,також володіють підвищеною ефективністю осичтки. Частинки, що накопичилися уфільтрі, слід видаляти препочтительно термічним окисленням. Для цьоготемпературу вихлопних газів слід підвищити до 4500 З і вище, що приводить довоспламіненію і вигорянню сажі.
9.2 Охорона праці
Охорона праці –система законодавчих актів і відповідних їм соціально-економічних, технічних,гігієнічних і організаційних заходів, що забезпечують безпеку, збереженняздоров'я і працездатності людини в процесі праці.
Перелік основних документів, що нормують зміст небезпечних і шкідливихчинників приведений в табл. 8.1.
9.2.1. Небезпечні і шкідливі виробничі чинники, супроводжуючі роботуобслуговуючого персоналу скрепера.
В процесіексплуатециі скрепера машиніст постійно знаходиться в середовищі працюючихмеханіхаторов. Обмежені умови об'єктів будівництва, роботи на ухилах і насипахсохдают небезпека зіткнень, втрати стійкості машини.
Всі робочі операції скреперів виконуються при їх русі по бездоріжжю абопо грунтових дорогах. Місцеві нерівності і ухили можуть викликати перекиданнямашини. Для обеспіченіє безпеки на укосах слід влаштовувати спеціальні в'їзди,оскільки правильно устроєниє в'їзди повністю забезпечують безпеку роботискреперів при зведенні високих насипів або откривки котлованів. Небезпечнимипри роботі скрепера є повороти при русі під уклон, оскільки стає можливим бічніперекидання скрепера, особливо за наявності місцевих нерівностей на шляху проходженнямашини. Тому бажано уникати поворотів на спусках, а якщо це неможливо,планувати місце повороту і рухатися на зниженій швидкості, і по кривих можливовеликих радіусів, які повинні бути в 2,5-3 рази більше мінімального радіусурозвороту машини. При переїздах, крутих підйомів і спусків, а також при роботіна укосах, слід пям'ятати, що допустимі ухили для роботи скрепера не повинніперевищувати 250 подовжній і 150 поперечний.

Таблиця 9.1.
Основнінебезпечні і шкідливі виробничі чинники, супроводжуючі роботу обслуговуючогоперсоналу скрепера.
№
п/п Небезпечні і шкідливі чинники Робоче місце Нормативні документи 1 Шум. Робота дизельного двигуна Кабіна машиніста ГОСТ 12.1.003-83 2 Вібрація Кабіна машиніста ГОСТ 12.1.012-78 3 Шкідливі речовини. Виділення ДВЗ, Вихлопні гази. У окруж. середовище
ГОСТ 12.1.007-76
ГОСТ 12.1.005-836 4 Небезпека перекидання Кабіна машиніста ГОСТ 12.2.011-76 5 Невідповідність ергономічних вимог до робочого місця Кабіна машиніста
ГОСТ 12.1.032-78
ГОСТ 12.2.033-78
ОСТ 34.140.20-73
Все це вимагає особливої уваги з боку машиніста щоб уникнути аварій інещасних випадків. Крім того, проведенні технічних обслуговувань і ремонтівскреперів, машиністам доводиться мати справу з детялямі і вузлами, що маютьвелику вагу, різним інструментом і устаткуванням, яке в результаті недбалогоабо невмілого іспольрованія може бути причиною виробничого травматизму. Томудля забезпечення безпеки роботи повинне приділятися велике значення питаннямтехніки безпеки, вимогам і правилам, які машиніст повинен знати і неухильновиконувати.
При наборі грунту, машиніст повинен стежити за станом робочих органівмашини, при виявленні в грунті крупних включень, необхідно припинити роботу доусунення перешкод.
При роботі скрепера з товкачем не допускаються різкі удари відваломтовкача по буферу скрепера, а щоб уникнути псування задних шин скреперанеобхідно стежити за положенням відвала товкача.
Транспортні елементи робочого циклу скрепера виконують на максимальнійськоровті, але за умови забезпечення безпеки руху. При в'їздах на автомобільнідороги або при переїздах через штучні споруди, необхідно строго дотримуватисяправил дорожнього руху.
Зупинка скреперів на ухилі заборонена. Під час руху скрепера не можназнаходиться між тягачем і скрепером, стояти на днищі ковша або тяговій рамі.При русі скреперів колоной, відстань між окремими машинами повинна складати неменше 20 м. Не дозволяється працювати з несправною світловою і звауковоїсигналізацією. Не можна також працювати в темний час доби без достеточного освітленняробочого майданчика.
Наближення скреперів до укосу виїмки на відстань менше 0,5 м. або доукосу свіжовідсипаного насипу на расстьояніє менше 1 м, не допускається як підчас роботи скрепера, так і під час стоянки.
При траніспортірованії скреперів своїм ходом на великі растояніянеобхідно закріпити ківш до тягової рами за допомогою стопорів.
У зимовий час, особливо при ожеледі, забороняється пересування і роботапри поперечному ухилі більше 4-50.
Після зупинки скрепера, навіть на короткий час, залишати машину зпрацюючим двигуном без нагляду машиніста запрещатеся.
Несправний стан скрепера, особливо його рульового управління і гальм,представляє серйозну небезпеку, тому робота на такому скрепері котегорічеськізабороняється.
Ремонтні роботи, технічне обслуговування і діагностика скрепера повиннівиконуватися тільки на стоянці при вимкненому двигуні. При цьому ківш повиненбути опущений на землю або упор. Забороняється знаходитися в ковші івиконувати, які або роботи при піднятій заслінці без надійної її фіксації. Призаправці машини забороняється палити і користуватися відкритим вогнем.
Окрім вказаних вище специфічних вимог техніки безпеки визначуванихбезпосередньо роботою на скрепері, є також ряд вимог, що охоплюють правилаобслуговування машини, питання протипожежної і електробезпеки.
Всі ці відомості, а також основні заходи по наданню першої медичноїдопомоги при несчасних випадках, машиніст одержує при навчанні і інструктажі,який виробляється перед початком роботи і періодично на робочому місці фахівцямислужби охорони праці і техніки бехопасності будівельної організації.
9.2.2. Розробка інжінерних рішень обмежуючих дію небезпечних виробничихчинників.
Розрахунок устойчмвості. Прилади безпеки. Подовжня стійкістьзабезпечується тоді, коли під'їм або ухил не прівишаєт граничних кутів αбукс,при яких загальмований скрепер украй рідко перекидається в результаті втратипоперечної стійкості, найчастіше починається буксування провідних коліс,внаслідок чого машина зупиняється. В цьому випадку середній кут, при якомувиключається буксування, буде рівний (15):
/>
де φκ=0,86 – коефіцієнт зчеплення шин з дорогою;
А, L, GСК, GК – величини, згідно розрахунковійсхемі.
Отже, αбукс=11,20.
Поперечна устойчмвость машини характерізуєся граничним кутом при русімашини упоперек ухилу:
/>
Де β – кут бічного нахилу дорогі;
b=1860 мм. – ширина колії скрепера;
hC – величини, згідно розрахунковій схемі.
Отже, β=480
Розрахункові кути, що забезпечують стійкість, будуть значно менше, придинамічних навантаженнях (при різкому гальмуванні і чіпанні з місця, поворотіна ухилі і т.тд.). Істотно знизить поперечну стійкість може, також нерівномірнерозташування грунту в ковші.
Для попередження машиніста від небезпеки крені і запобіганняперекиданню в кабіні водія встановлюється газоналізатор крену КШ-20, кторийспрацьовує при нахилі в будь-якій площині на кут понад 200.
Сигналізатор крену складається з датчика крену і панелі сигналізації.Датчик є металічеській кулькою, що знаходиться в девпфірующей рідині, залитій вкорпус, котушки індуктивності і електронного перетворювача. Сигналізатор працюєза принципом просторового безконтактного датчика дискретного типу. Загальнийвигляд і схема сигналізатора крену CRI-20 представлена в графічній частині проекту.
9.2.3. Розробкаінжінерних рішень обмежуючих дію шкідливих виробничих чинників на машиністаскрепера. Звука — і віброїзоляция кабіни.
Ізоляція джерел шуму і вібрації є однією з основних проблем, стояшейперед конструктором, забезпечуючої комбортноє умови для машиністів будівельнихмашин. Основним джерелом шуму в даному випадку є ДВЗ тягача скрепера і основнадія шуму на оператора відбувається через передню панель кабіни, зістиковану зруховим відсіком, тому необхідна її звукоізоляція. Звукоізоляція повинна забезпечуватимаксимальне поглинання шуму, займати як можноменьший об'єм кабіни, виготовленаз матеріалу не викликає алергічних реакцій у оператора.
В даному випадку доцільно застосувати двошарову звукоізоляціюсостоящюю, окрім безпосередньо металевої перегородки, з демпфуючого покриття збоку рухового отчека і звукоїзолірующего шару.
Велике значення в забезпеченні комфортних умов роботи має какжевіброїзоляция робочого місця оператора машини. Для зменшення коливань,передаваних на оператора путніх машин, необхідно використовувати воїрозащитниєсидіння, що задовольняють технічним і ергономічним вимогам ОСТУ 34.140.20-73:
— сидіння повинні бути простими і зручними, володіти стабільнимивіброзащитнимі властивостями, забезпечувати зниження вібрації до норми;
Сидіння повинні складатися з подушки, спинки, що не знімається,підлокітників, пружної підвіски, регулюючих і направляючих пристроїв;
— розмір і форма подушки і сидіння должні забезпечувати зручну робочупозу оператора, не обмежувати свободі дії при управлінні машиною;
— подушка і спинка повинні бути заповнені пружним наповненням.
Для створення комфортних умов роботи вежноє значення має такожмікроклімат в кабіте машини. Для забезпечення в кабінах машин мікроклімату ігранично допустимих концентрацій шкідливих речовин в повітрі відповідно до нормГОСТ 12.1.005-76, 12.1.007.-76, 12.2.019-76 і 12.2.023-76 влаштовують природнувентиляцію (люки, кватирки, стекла, що опускаються) і примусову, а такожпилеулавлівателі, воздухоохладітелі, кондінционери і отопітелі.
Найбільш ефективна установка комбінірований систем дозволяючих впроцесі вентиляції кабіни регулювати темпіратуру поступаючого повітря, і принеобхідності підігрівати або охолоджувати його. Цього можна досягти,використовуючи вентиляційну установку з возухоохладітелямі, представленую наРис. 8.2. Зовнішнє повітря вентелятором 6 засмоктується в огорожний пристрій 3,яке розміщене на кришці кабіни. Пил, відокремлений від вохдуха у фільтрі 1,викидається в назовні. Очищене від пилу повітря зустрічається з водою, що поступаєз сопла-розпилювача 5 за допомогою водяного насоса 8 з бака 7. Повітря,стикається з краплями води, додаткове очищатеся і охолоджується. Нєїспарівшасячастина води затримується в каплеуловітеле 2 і трубкам 9 стікає назад в бак.Охолоджене і очищене повітря по воздуховоду 1 і розподільнику повітря 10поступає в кабіну.
/>
Рис. 9.2 Схемапристрою вентіцяционной установки з воздухоохладітелем
При роботі в холодний період року в блоці воздухоохладітелявстановлюється теплообмінник для подачі підігрітого повітря в кабіну.Теплообмінник підключається до системи охолоджування трактора.
9.2.4. Ергономічні вимоги до робочого місця.
Ребочєє місце – це зона, оснащена необхідними технологічними засобами,до який постійно або тимчасово скоюється трудова діяльність робітника. В даномувипадку робочим місцем є кабіна оператора.
Робоче місце включає інформаційне поле – простір із засобами постачанняінформації і вигляд на місце виконання робіт, і моторне поле – простір зорганами управління.
В даному випадку елементи конструкції машини частково закриваютьінформаційне поле, наприклад вихлопна трукба ДВЗ расположенна на капоті машиниі знаходиться прямо перед кабіною оператора, тому доцільним може виявитися їїперенесення на кадіну – це дозволити поліпшити огляд з кабіни і запобігти вірогідностізабруднення лобового скла викидами відпрацьованих газів, а також понизитивірогідність попадання відпрацьованих газо в кабіну оператора.
Інформаційне поле робочого місця також частково закривається повітрянимфільтром системи ДВЗ, тому її теж необхідно перенести на кабіну оператора, щокормі поліпшення огляду з кабіни дозволити понизити вірогідність попадання уфільтр пилу, оскільки фільтр за кабіною оператора можна встановити на більшійвисоті над поверхнею дороги.
Оскільки в процесі наповнення ковша скрепера оператору необхідно переноситипогляд з поверхні забою на ківш, для спостереження за робочим процесом, тодоцільним є використовування поворотного сидіння, що забезпечує поворот на 360і фіксацію в декількох положеннях. Конструкція такого сидіння показана на Рис.7.1… Воно дозволяє оператору скрепера, при необхідності, поварачиваться надовільний кут для спостереження за технологічним процесом і фіксується в двохположеннях.
9.2.5. Протипожежна безпека
Згодне ГОСТ 12.1.033-81 і CСБТ. Пожежна безпека. «Терміни визначення». Пожежна безпека – стан об'єкту,при котрому зі встановленою вірогідністю виключається можливість возниктовеніяі розвитку пожежі і дія на людей небезпечних чинників пожежі, а такожзабезпечення захисту матеріальних цінностей.
Основними причинами сприяючими виникненню і розвитку пожеж, є:порушення правил застосування і експлуатації приладів і обладнання з низькимпротипожежним захистом, використовування при будівництві у ряді випадківматеріалів, що не відповідають вимогам пожежної безпеки, відсутності наоб'єктах ефективних засобів пожарутушенія.
Відповідно до Положення про державний пожежний нагляд функціїдержавного пожежного нагляду на Головне управління пожежної охорони.
Основні правила пожежної безпеки при роботі на скрепері:
1. Забороняється працювати на скрепері, не оснащеномузасобами пожежогасінні;
2. Машиніст повинен періодично перевіряти станпаливного бака і геометрічность паливопроводів машини. Знайдені не густину іпідтікання слід негайно усувати;
3. 3. На машині або в безпосередній до неї близькостіне повинно бути замасленого або просоченого паливом дрантя і інших обтиральнихматеріалів;
4. Забороняється палити і користуватися відкритимвогнем при ремонтних роботах, обслуговуванні і т.д. на машині, а також вблізивід місця її стоянки, особливо під час заправки машини паливом;
5. При воспламіненії палива на машині, або біля неїзабороняється заливати вогонь водою. Гасити полум'я слід вогнегасником абопіском або землею, або накривати полум’я повстю або брезентів.
Якщо неможливо згасити пожежа своїми силами необхідно викликатибудь-якими способами і засобами допомогу найближчого управління пожежноїохорони.
10. Економічна частина10.1 Виявлення призначення і областізастосування нової техніки
 
Скрепер — землерийно-транспортна машина циклічної дії, предназначенаядля пошарової розробки грунтів I-III категорії міцності, їх транспортування навідстань до 5 км., відсипання в овал або планування, і часткове ущільнення.
Скрепери застосовуються для риття котлованів, каналів, виїмок,виробництва насипів, планування площалдок, вирівнювання рельєфу місцевості.Скрепери використовуються при будівництві дамб, автодоріг, аеродромів, дляпристрою водоймищ і інших видах робіт. У зимові час вони можутьвикористовуватися як транспортні засоби.10.2 Вибір базового варіанту
За базовий варіант приймається скрепер ДЗ-81-1А на базі трактора Т-150Кдо модернізації. Робочий процес скрепера, заповнення якого вдется традиційнимнапірним способом, на завершальному етапі характеризується високим значеннямиопору наповнену. Ковша і необхідністю використовування трактора-товкача. Томудоцільна модернізація машини, з метою упровадження ефективнішої технологіїзаповнення.
 10.3 Виявленняконструктівно-експлутационних особливостей нової техніки
Для устранінія указаних недоліків використовується двохстадійнатехнологія заповнення ковша, дозволяюча понизити опори копанню грунту, і якнаслідок – відмовитися від використовування трактора-товкача.
Для підвищення ефективності роботи, в процесі модернізації на скрепер,також встановлюється ківш збільшеною, в порівнянні з базовим варіантом,вместимости.10.4 Опис програми «Ефект-М»
10.4.1. Ідентифікатори для опису початкової інформації до програми«Ефект-М»
Таблиця 10.1.
Ідентифікаторидля опису початкової інформації до програми «Ефект-М»№ п/п Параметри Ед. Ізм. Програм. ідентифікатор 1 2 3 4 1 Ціна ті доплатихникі грн СС 2 Маса техніки т G 3 Річна експлутационная продуктивність М3/год У 4 Термін служби техникілет років ТСL 5 Тариф на залізничні перевезення Грн/т GP 6 Норма амортизаційних відрахувань на КР часткою BNAO 7 Коефіцієнт, що враховує витрати на зміст дорогий KSD 8 Коефіцієнт, що враховує доплати KQ 9 Кількість отработаних в рік годинника година TG 10 Годинна тарифна ставка всього екіпажа Грн/ч SUMCT 11 Коефіцієнт накладних витрат від решти статі витрат на експлуатацію машини. KHII 12 Ціна палива Грн/кг CTOII 13 Номінальна потужність ДВЗ кВт BNEH 14 Питома витрата палива г/кВт.ч QEH 15 Коефіцієнт, що враховує зміни витрати палива від ступеня використовування двигуна по потужності KN 16 Коефіцієнт використовування машини за часом KDV 17 Коефіцієнт використовування машини по потужності KDM 18 Установленая потужність електродвигунів кВт BNM 19 КПД мережі KPS 20 КПД двигуна KPD 21 Тариф на електроенергію грн/кВт•ч TE 22 Коефіцієнт, що враховує витрати на змащувальні і обтіточниє матеріали KOM 23 Міжремонтний цикл маш•година TC 24 Коефіцієнт накладних витрат від основної зарплати екіпажа KHZ 25 Коефіцієнт, що враховує премії ремонтних робітників LAMP 26 Середня тарифна ставка робітників по ремонту машин грн CP 27 Кількість ТР за міжремонтний цикл AT 28 Кількість ТЕ-3 за міжремонтний цикл ATO3 29 Кількість ТЕ-2 за міжремонтний цикл ATO2 30 Кількість ТЕ-1 за міжремонтний цикл ATO1 31 Трудомісткість ТР чел•ч RTP 32 Трудомісткість ТЕ-3 чел•ч RTO3 33 Трудомісткість ТЕ-2 чел•ч RTO2 34 Трудомісткість ТЕ-1 чел•ч RTO1 35 Коефіцієнт переходу від зарплати до витрат наТО і ТР KEP 36 Оптова ціна шини Грн OSC 37 Кількість шин (без запасних) Шт BNS 38 Термін служби шини Годинника TS 39 Місткість гідросистеми Літрів VG 40 Об'ємна маса масла для гідросистеми Кг/дм3 GAM 41 Оптова ціна масла для гідросистеми Грн/кг CM 42 Коефіцієнт доливань масла в гідросистему BKDL 43 Періодичність зміни масла в гідросистемі годинника TMG 44 Частки відрахувань від балансової вартості на реновацію техніки P 45 Нормативний коефіцієнт економічної ефективності EN
10.4.1.Ідентифікатори для опису розрахункових величин
Таблиця10.2
Ідентифікаторидля опису розрахункових величин№ п/п Параметри Ед. Ізм. Програм. ідентифікатор 1 2 3 4 1 Одноразові витрати грн ES 2 Амортизаційні відрахування на капремонт грн AMK 3 Річні поточні експлутационниє витрати грн NP 4 Зароботная платня робітників, що управляють машиною грн SZII 5 Вартість палива грн ST 6 Годинна витрата палива г/час WT 7 Вартість електроенергії грн SE 8 Вартість обтиральних і змащувальних матеріалів грн SCM 9 Кількість отработаних в рік часоЗатрати на ТЕ і ТР грн SEP 10 Годинна тарифна ставка всього екипажа Затрати на зарплату ремонтних робітників грн SEPZ 11 Витрати на матеріали і запчастини грн SEPM 12 Стомость змінного оснащення грн SCO 13 Витрати на масло для гідросистеми грн SMG 14 Річні експлутационниє витрати споживачу грн U 15 Річний економічний ефект грн EG
10.4.3.Блок схема програми «Ефект-М»
/>
10.4.4.Таблиці початкових даних для виконання економічних рассчетов

Таблиця10.3.
Базоватехніка
CC
85000
G
12,52
B
129266
TCL
10
BNAO
0,08
TG
2148
СТОП
1,2
BNEH
122
QEH
252
BNM
TE
TC
6000
CP
1,34
AT
5
ATO3
ATO2
18
ATO1
96
RTP
450
RTO3
RTO2
16
RTO1
6
OCS
210
BNS
6
TS
7000
VG
195
BKDL
1,5
TMG
1920
P
0,063
GP
40
SUMCT
1,34
GAM
0,865
CM
3,4
Нова техніка
CC
90974
G
13,4
B
176157
TCL
10
BNAO
0,08
TG
2148
СТОП
1,2
BNEH
122
QEH
252
BNM
TE
TC
6000
CP
1,34
AT
5
ATO3
ATO2
18
ATO1
96
RTP
450
RTO3
RTO2
16
RTO1
6
OCS
210
BNS
6
TS
7000
VG
195
BKDL
1,5
TMG
1920
P
0,063
GP
40
SUMCT
1,34
GAM
0,865
CM
3,4
Висновок:за наслідками пасчета ЕОМ можнос робити висновок про те, що запропонованамодернізація скрепера доцільна, оскільки в результаті упровадження новоїтехніки очікується річний еконномічеській ефект в сумі 22201,5 грн.
/>
Висновок
В даний час маштаби будівництва і виникаюча при цьому необхідністьвиконання великих об'ємів земляних робіт вимагають рішення задач по оснащеннюбудівельних об'єктів високопродуктивними землерийними машинами, зокремаскреперами.
В результаті випонненого дипломного проекту, був розроблений робочийорган – ківш скрепера. Виконані розрахунки: розрахунок геометричних параметрівковша скрепера, метталлоконструкцій робочого органу, гідроприводу, головногоеконномічного ефекту, охорони праці.
Застосування пропонованого вдосконалення, дає можливість для виконаннярізних видів робіт, підвищити продуктивність базової машини, місткість ковшаякої складає 5 м3 на 0,25 м3. Річний економічний ефект склав 23000 грн.
Література
 
1. Проектирование машин для работ /под ред. А.М.Холодова. –Х: Вищ шк. Издательсво при харьк. Ун-те, 1986-272 с.
2. Добронравов С.С. Строительные машины. Справочник в2-х т. Под ред. Баумана В.А. и Лапира Ф.А. т. 1. – М.: «Машиностроение»,1976-502 с.
3. Строительные машины. Справочник в 2-х т. Под ред.Баумана В.А. и Лапира Ф.А. т.1. – М.: «Машиностроение», 1976-502 с.
4. Справочник конструктора дорожних машин. Под ред.Бородачева М., 1965-299 с.
5. Анурьев В.И. Справочник конструктора –машиностроителя: В 3-х т. Т.3 – М.: Машиностроение, 1980-728 с.
6. Фиделев А.С. Строительные машины зарубежных стран.– К. Вища школа. Головное из-во, 1984.
7. Баловнев В.И., Хмара Л.А. Интенсификация земляныхработ в дорожном стоительстве. Н.: Транспорт, 1983.
8. Баловнев В.И., Хмара Л.А. Повышениепроизводительности машин для земляных работ. Киев, Будивельник, 1988.
9. Баловнев В.И. Моделирование процессоввзаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин. – М.:Высшая школа, 1981.
10. Инструкция по определению экономическойэффективности новых строительных, дорожних, мелиоративных машин. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1978.
11. Буртейн Р.С., Писарчик В.Б. и др. Повышениеэффективности строительных и дорожних машин. – Строительные и дорожные машины,№9, 1983.
12. Теория, конструкция и расчет строительных идорожных машин.
Л.А. Гоберман,К.В. Степанян, А.А. Ярпин, и д.р.; Под ред. Л.А. Гобермана. М.: Машиностроение,1979.
13. ПерекрестовА.В. Задачи по объемному гидроприводу. К: Вища школа, 1983-144 с.