147379 (Проект бульдозера ДЗ-24А на базе тягача Т-180)

Введение

Землеройно-транспортными называют машины с ножевым рабочем органом, выполняющие одновременно послойное отделение от массива и перемещение грунта к месту укладки при своем поступательном движении. К этой группе машин относится: бульдозеры, скреперы, автогрейдеры, грейдеры. Первые два типа машин, особенно бульдозеры, широко используются в промышленном и гражданском строительстве. В зависимости от вида рабочего оборудования отдельный грунт накапливается перед отвалом или поступает в ковш, в котором транспортируется к месту отсыпки. Основными преимуществами землеройно-транспортных машин является возможность совмещения в одном рабочем цикле всего комплекса операций по копанию, перемещению, отсыпания грунта с предварительным разравниванием и частичным уплотнением, простота конструкции и высокая производительность.

1. Научно-исследовательский раздел

1.1 Обзор и анализ существующих конструкций бульдозеров

Бульдозеры представляют собой навесное оборудование на базовый гусеничный или пневмоколесный трактор (двухосный колесный тягач), включающий отвал с ножами, толкающее устройство в виде брусьев или рамы и систему управления отвалом. Современные бульдозеры являются конструктивно подобные машины, базовые трактора и навесное оборудование которые широко унифицированы. Главный параметр бульдозеров – тяговый класс базового трактора (тягача). Бульдозеры применяют для послойной разработки и перемещения грунтов 1…4 категории, а также предварительно разрыхленных скальных и мерзлых грунтов. С их помощью выполняют планировку строительных площадок, возведение насыпей, разработку выемок и котлованов, нарезку террас на косогорах, разравнивание грунта, отсыпаемого другими машинами, копание траншей под фундаменты и коммуникации, засыпку рвов, ям, траншей, котлованов и пазух фундаментов зданий, расчистку территорий от снега, камней, кустарника, пней, мелких деревьев, строительного мусора и т.п. Широкое использование бульдозеров в строительном производстве определяется простотой их конструкции, надежностью и экономичностью в эксплуатации, высокой производительностью, мобильностью и универсальностью.

Бульдозеры классифицируются:

по назначению – общего назначения, приспособленные для выполнения разнообразных землеройно-планировочных и строительных работ в различных грунтовых условиях, и на бульдозеры специального назначения, которые предназначаются для выполнения определенных видов работ (например, для прокладки дорог, чистки снега, сгребания торфа и т.д.);

в зависимости от тягового класса (номинальному тяговому усилию) базовых машин малогабаритные (класс до 0,9), легкие (класс 1,4…4), средние (класс 6…15), тяжелые (классов 25…35) и сверхтяжелые (класс свыше 35);

по типу ходовому устройства – гусеничные и пневмоколесные;

по конструкции рабочего органа – с неповоротным отвалом (постоянно расположенным перпендикулярно продольной оси базовой машины), с поворотным отвалом (который может устанавливаться перпендикулярно или под углом до 55 градусов в обе стороны к продольной оси машины. Поворотный отвал устанавливают только на гусеничных тракторах, так как колесные тягачи плохо воспринимают боковые нагрузки;

по типу системы управления отвалом – с гидравлическим и механическим (канатно-блочным) управлением. По канатно-блочной системе управления подъем отвала осуществляется зубчато – фрикционной лебедкой через канатный полиспаст, опускание – под действием собственной силы тяжести отвала. При гидравлической системе управления подъем и опускания отвала осуществляется принудительно одним или двумя гидроцилиндрами двустороннего действия. Бульдозеры с механическим управлением в настоящее время промышленностью не выпускаются.

Отвалы бульдозера представляют собой жесткую сварочную металлическую конструкцию с лобовым листом криволинейного профиля. Поворотный отвал длиннее неповоротного, так как в неповоротном положении он должен перекрывать ширину базовой машины. Применяют поворотный отвал для планировочных работ с перемещением грунта в сторону (грунт при этом сходит с отстающим концом отвала в виде бокового валика), для засыпки траншеи, разравнивания валов и других работ при непрерывном движении машины вдоль фронта работ.

Сферические отвалы, состоящие из трех или пяти секций, которые установлены под углом 10…15 градусов одна к другой, набирают грунта на 15…20 процентов больше, чем прямые отвалы. Сферические отвалы применяются для работ с кусковыми и сыпучими материалами при мощности базовых машин более 130 кВт. Совковый отвал имеет увеличенные боковые щитки и применяются при перемещении сыпучих и слабопрочных материалов на большие расстояния (до 150 м). Отвал рыхлящими боковыми зубьями применяются в крепких каменистых и мерзлых грунтах на гусеничных бульдозерах мощностью не менее 50 кВт и на колесных бульдозерах мощностью не менее 220 кВт. Короткий прямой отвал снабжен амортизатором и предназначен для установки на толкачах, помогающих загружать скреперы.

Рис. 1. Основные типы бульдозерных отвалов: 1 – прямой поворотный; 2 – прямой неповоротный; 3 – полусферический; 4 – сферический; 5 – сферический для сыпучих материалов; 6 – с толкающей плитой

Для расширения области применения бульдозеров отвала оборудуют специальными приспособлениями – окрылками, уширителями, выступающими средними ножами, грузовыми вилами, траверсами, подъемными крюками и др.

1. Цели и задачи курсового проекта

Спроектировать бульдозер ДЗ–24А на базе тягача Т–180, для определения грунтовых условий и режимов работы.

2. Конструкторский отдел

2.1 Назначение, устройство и принцип действия бульдозера

Бульдозеры представляют собой навесное оборудование на базовый гусеничный или пневмоколесный трактор.

По назначению – общего назначения, приспособленные для выполнения разнообразных землеройно-планировочных и строительных работ в различных грунтовых условиях, и на бульдозеры специального назначения, которые предназначаются для выполнения определенных видов работ (например, для прокладки дорог, чистки снега, сгребания торфа и т.д.).

Устройство: отвал состоит из отвала, толкающего бруса, гидроцилиндра, раскоса, проушины и рамы.

Полный цикл работ бульдозера при вырезании и перемещении грунта состоит из следующих этапов: внедрения отвала в грунт и набор призмы волочения, перемещение грунта к месту укладки, укладка грунта слоями или грудами, возвращение в забой, опускания отвала и установка его в положение для очередного внедрения. Наиболее распространенной схемой циклической работы бульдозера является челночная схема, при которой обратный (ходовой) ход выполняют задним ходом без разворота машин.

Бульдозер ДЗ-24А.

Базовый трактор: Т – 180.

Тип отвала: неповоротный.

Размер отвала: длина 3640 мм, высота 1480 мм.

Наибольший подъём отвала: 1200 мм.

Наибольшее заглубление отвала: 1000 мм

Объём грунта перемещаемого отвалом: 55 м^2.

Габаритные размеры бульдозера: длина 6660 мм, ширина 3690 мм.

Масса: бульдозера 18255 кг, оборудования 2980 кг.

Габаритные размеры тягача: длина 5420 мм, ширина 2740 мм, высота 2825 мм.

2.2 Выбор и расчет основных параметров разрабатываемого бульдозера

Эксплуатационный вес определяется как сумма эксплуатационных весов базовой машины и бульдозерного оборудования:

G_б = G_бм + G_бо = 18255 + 2980 =21235 кг.

Сцепной вес бульдозера в рабочем состоянии:

G_сц = 21235 ∙ 9,81 = 208315 Н.

Номинальное тяговое усилие:

Т_нб = G_сц ∙ φ_опт = 208315 ∙ 0,6 =125 кН.

Среднее статическое удельное давление для гусеничных базовых машин:

q = G_б / 2Lb = 18255 / (2 ∙ 5060 ∙ 600) = 0,003 Н.

Если пренебречь лобовым сопротивлением движителя, а также силами инерции, то координата центра давления бульдозера может быть определена по формуле:

x = (G_б d + R_z d₁ + R_x h_r) / N

где R_z = R_x tg v =62,5 ∙ tg 17 =19,1 Н,

R_x = 0,5 ∙ 125 = 62,5 Н,

N = G_б + R_z = 21235 + 19,1 = 21254,1 Н,

x = (21235 ∙ 5,7 + 19,1 ∙ 5,7 + 62,5 ∙ 0,15) /21254,1 = 5,7 м.

Удельное напорное усилие на режущей кромке:

q _H = T _нб / В = 125 / 3,640 = 0,029 (1 категория грунта)

где В-длина отвала.

Удельное вертикальное давление на режущей кромке:

q_B = P_z / F = 10 Н/м², (из таблице)

Длину неповоротного отвала выбирают из расчета перекрытия габарита базовой машины по ширине или наиболее выступающих в стороны элементов толкающей рамы не менее 50 мм с каждой стороны.

Высоту отвала определяют в зависимости от номинального тягового усилия тягача при скорости, подходящей для бульдозерных работ, параметров отвальной поверхности и грунтовых условий:

для неповоротного отвала

Н н ≈ 500 ³√ Т_нб − 5 Т_нб = 500 ∙ 5 − 5 ∙ 125 = 1875 мм.

Основные показатели отвалов

Радиус кривой части отвальной поверхности R, высота отвала H и углы резания γ, опрокидывания β и наклона ε связаны между собой зависимостью:

R = H (sin (ε − γ) / sin ε (1 − sin (β + γ − π/ 2))) =

= 1875 (sin (75 − 55) / sin 75 (1 − sin (75 + 55 − 3,14/2))) = 1836,5 мм.

Скорость перемещения отвала следует выбирать такой, чтобы зарезание производилось только режущей кромки. Вертикальная составляющая скорость перемещения отвала в процессе заглубления:

V_c^в < V _px^p tg θ = 4,85 ∙ tg 55 = 6,9 м/с.

2.3 Тяговый расчет

Суммарное сопротивление движению бульдозера при копании и перемещению грунта по горизонтальной поверхности:

W = W_p + W _1f + W_2f + W_пр + W_в,

где сопротивление резанию W_p = k _p B _h = 40 ∙ 3,64 = 145,6,

сопротивления перемещению базовой машины

W _1f = G_бм f= 15275 ∙ 0,08 = 1222 Н

отвала W_2f = G_бо μ = 2680 ∙ 0,5 = 1490 Н

призмы волочения W_пр = V _ф1 μ₁ γ_р = 30 ∙ 1900 ∙ 0,8 = 45600 Н

и грунта вверх по отвалу

W_в = V _ф1 μ γ_р cos ² γ = 30 ∙ 1900 ∙ 0,5 ∙ cos ² 55 = 9376,2 Н

W = 57833,8 Н = 57,8 кН.

Фактический объем грунта, перемещаемый бульдозером в конце наполнения и при перемещении:

V _ф = (15275 (0,6 − 0,08) – 2680 ∙ 0,5 − 3,64 ∙ 0,05 ∙ 40) / 1900 (0,8 + 0,5 ∙ cos ² 55) = 3,2 м^2.

2.4 Расчет на прочность

Первое расчетное положение. Внезапный упор в препятствие средней точкой отвала при движении по горизонтальной поверхности; цилиндры находятся в запертом положении.

Второе расчетное положение. В процессе заглубления отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивается на средней точке отвала; в цилиндрах развивается усилие, достаточное для опрокидывания базовой машины, относительно точки А.

Третье положение. В процессе заглубления отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивает на крайней точке отвала; в цилиндрах, развивается усилие достаточное для опрокидывание трактора относительно точки А.

Четвертое расчетное положение. В процессе выглубления отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивается на средней точке отвала; в цилиндрах развивается усилие, достаточное для опрокидывания трактора относительно точки В.

Пятое расчетное положение. В процессе выглубления отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивается на крайней точке отвала; в цилиндрах развивается усилие, достаточное для опрокидывания трактора относительно точки В.

Расчет сил, действующих на отвал, в каждом расчетном положении производят по формулам: