Пояснительная записка (Модернизация скрепера Д3-87 на базе трактора Т-150), страница 2

0,100 МПа, для тяжелых суглинков иглин – 0,120 МПа .Величина силы тяги Рт должна быть меньше свободной тяги тягача итолкача или равна ейPT  T  K c TT ,(2.4)где T  GT  c - свободная сила тяги тягача;GT - сцепное нагрузки на ведущие колеса тягача; c - коэффициент сцепления движителя с почвой ненарушеннойструктуры (для колесных тягачей  c = 0,55...0,65, для гусеничных = 0,86...0,90);ТТ - свободная сила тяги толкателя;Kc - коэффициент совместимости работы толкателя и тягача (Kc=0,80...0,85).GT  0,52  Gñ  Ggr  , т(2.5)GT  0,52  (52,92  61)  59,2 т;T  GTc кН;(2.6)T  59,2  0,6  35,5 кН.Для выполнения неравенства примем толкатель Т-150К TN  94 кН.

Втаком случае T  KcTT  35.5  0.8  94  110.7 кН.81,39<110,7.Тяговый расчет скрепера проводят для конечной стадии заполнения ковшагрунтом, когда глубина резания минимальная h=hmin. Согласно полученномузначению необходимого тягового усилия выбирают тягач, который можетразвиватьэтоусилия T нанизшейпередаче. Послеэтогоопределяютмаксимальную глубину резки в начале заполнения ковша при работе скрепера нарасчетной почвеhmax hmax T  fGск,мКВ(2.7)35,5  0,04  52,92 0,17 м80  2,35где KN - коэффициент использования мощности двигателя, учитывающийтакже расходы, энергии на привод вспомогательных механизмов, KN = 0,8 ... 0,85; т - коэффициент полезного действия трансмиссии в транспортномрежиме;KW – коэффициент обтекаемости скрепера, KW = 0,6 ...

0,7 Нс2 м -4;F - лобовая площадь скрепера, м2;Vmax-максимальнаяустанавливаемая ГОСТом;скоростьтранспортировкигрунта,f - коэффициент сопротивления качению при движении по грунтовымдорогам f = 0,04; p - плотность разрыхленного грунта, т/м3;a - удельная материалоемкость скрепера, т/м3.Если задана емкость ковша, то мощность тягачаN  Vmax2VgF   p  a   KW FVmax3,623,6 K N, кВт(2.8)5  9,81  8,09  (1,5  1, 2)  0,6  8,09 11, 4 2  36 2N  11, 4 126 кВт.3,6  0,8  0,75Возможность движения скреперного агрегата на подъем с углом склонапопределяют по балансу силT   Gc  Gгр   f  cos n  sin  n   GT  f  cos n  sin  n Максимальныйподъем,преодолеваемый(2.9)нагруженнымскрепером,устанавливается из выражения: п max  arcsinTGТР arccos п max  arcsin arccos Gс  Gгр    GТР f  Gс f  Gгр f 22(2.10)GТР  Gс  GгрGТР  Gс  Gгр    GТР f  Gс f  Gгр f 2235,5 59,2  52,92  61   59,2  0,04  52,92  0,04  61  0,04 259,2  52,92  61 59,2  52,92  61   59,2  0,04  52,92  0,04  61  0,04 222 10,4Этот угол проверяют по условию сцепления двигателей тягача с грунтом: п max  arctg п max  arctgGТР   f1    Gс  Gгр  fGТР  Gс  Gгр(2.11)59,2  (0,7  0,04)  (52,92  61)  0,04 11,27059,2  52,92  61Тяговые качества скрепера характеризуются меньшим из найденныхзначений угла3 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ СКРЕПЕРАРасчет на прочность основных узлов скрепера проводят методамисопротивления материалов, строительной механики, деталей машин понапряжениям и нагрузках, определенных выше для различных расчетныхположений.

Выбирают такие сочетания нагрузок, при которых в элементахметаллоконструкции,которуюрассчитывают,возникаютнаибольшиенапряжения.Нужно рассчитать тяговую раму (хобот, перекладину, продольные балки рамы),детали ходового оборудования скрепера, детали привода управления (цилиндр,шток, трубопроводы), элементы конструкции ковша. В зависимости отмаксимальных нагрузок на колесо подбирают соответствующую шину; дляприцепныхскрепероврассчитываютпередокскреперасприцепнымустройством и универсальным шарниром.Расчетные схемы и порядок расчета, а также методика определениянагрузок, действующих в конкретных сечениях, зависят от конструктивногоисполнения узла, который рассматривают, и скрепера в целом. Ниже приведенылишь некоторые примеры расчета деталей наиболее распространеннойконфигурации.3.1 Порядок расчета тяговой рамы скрепераТяговая рама скрепера представляет собой сварную металлическуюконструкцию, составленную из арки-хобота, поперечных и продольныхбалок.

Принимая во внимание симметричность тяговой рамы и исходя изпринципа независимости действия сил, можно рассматривать тяговую раму ввиде криволинейной балки тяжелой конфигурации (рис.3.1). В общем случае натяговую раму действуют усилия в универсальном шарнире Т’, N’, усилия вцилиндре подъема ковша Sп.Опасным сечением арки является сечение II, нагруженное изгибающиммоментом от сил Т’, N1’ и растягивая силой Т’. Опасное сечение тяговой рамы IIII, нагруженное крутящим и изгибающим моментом от силы R. В опасномсечении продольных балок рамы III-III, расположенных в линии сопряжениябалки с коробовым ребром, действуют нагрузки сгиба и растяжения, вызванныесилой R.Рисунок 3.1 – Схема для расчета тяговой рамыСилы действующие в универсальном шарнире: Мо  0T '  T  fN1  189  0,04  277,7  177,9 , кНгде T - тяговое усилие;f - коэффициент сопротивления качения;(3.1)qn  0,5Gc  0,5  338,1  169,05 , кН(3.2)где qn - сила тяжести передка с колесами;Gc - сила тяжести скрепера;N '  N  qn  264,6  189,336  75,264 , кНУсилия в цилиндре подъема ковша:Т '  b  N1  L  Sц  a1  qn  b1  0Sц 189,336  3,14  177,892  0,325  75,264  5,6 22,158 , кН2  2,6Усилия в шарнире соединения тяговой рамы с ковшом: Мо1  0qn  a  Sц  a1  R  L  T '  a3  0R189,336  2  22,158  2,6  177,892  0,325 88,232 , кН5,63.2 Расчет сечения I-IРисунок 6.2 - Сечение I-I тяговой рамы.(3.3)ec bc 0,878 0,995Bc 0,882c hc 0,689 0,994H c 0,693(3.4)(3.5)Площадь сечения I-I определяем по формуле (3.6)F  Bc  H c  (1  ec c )  0,882  0,693  (1  0,995  0,994)  0,0063 , м2 (3.6)Момент сопротивления сечения изгиба:H c  Bc20,693  0,88223Wz  (1  c  ec )  (1  0,994  0,9953 )  0,0017 , м3 (3.7)66Нормальные напряжения, действующие в сечении I-I, МПа:N N1 227,7 44,19 , МПаF 0,006(3.8)Изгибающие напряжения, действующие в сечении I-I, МПа:U N1  r1 277,7  2 88,38 , МПаF0,006 å   N  U  44,19  88,38  132   ä , МПагде  д - допустимые напряжения - 160 МПа.(3.9)3.2.1 Расчет сечения II-IIРисунок 3.3 – Сечение II-II тяговой рамы.Момент сопротивления сечения изгиба:Wx  0,1 D3  (1  d 4 )  0,1 0,5043  (1  0,54 )  0,012 , м3(3.10)Момент сопротивления сечения растяжения:Wz  0,2  d 3  0,2  0,5  0,025 , м3(3.11)Момент сопротивления сечения кручения:Wð Wx 0,012 0,006 , м322(3.12)Изгибающие напряжения, действующие в сечении II-II, мПа:U R  lc 88,232  2,55 18,75 , мПаWx0,012(3.13)Нормальные напряжения, действующие в сечении II-II, мПа:N SöF22 35,26 , мПа0,006(3.14)Касательные напряжения, мПа:R  a3 88,232  1,2 17,64 , мПаWp0,006(3.15) å  ( N   U )2  3  2  (35,26  18,75)2  3 17,642  37,81   ä Мпа (3.16)3.2.2 Расчет сечения III-IIIРисунок 3.4 - Сечение III-III тяговой рамыec c bc 0,27 0,871Bc 0,31hc 0,53 0,93H c 0,57Площадь сечения определяем по формуле:F  Bc  H c  (1  ec c )  0,31 0,57  (1  0,871 0,93)  0,034 , м2Момент сопротивления сечения изгиба:Wz H c  Bc20,57  0,312 (1  c  ec3 )  (1  0,93  0,8713 )  0,003 , м366Нормальные напряжения, действующие в сечении III-III, мПаN R 88,232 2,6 , мПаF 0,034Изгибающие напряжения, действующие в сечении III-III, мПа:U R  r1 88,232  1,93 48 , мПаWx0,003   N  U  2,6  48,36  50,99   ä , мПа3.3 Расчет на прочность корпуса гидроцилиндраУсилие, действующее в гидроцилиндре:Рр  Кд  Рн  1,6  22  106  3,52 107 , Па(3.17)где Рн - номинальное давление МПа;Кд- коэффициент динамичности.Реакция на поршне:R    dö  Lö  Pð  3,14  0,2  2  3,52  107  4,423  107 Н(3.18)где Lц - длина гидроцилиндра;dц - диаметр гидроцилиндра.Напряжение, действующее в гидроцилиндре:R  ä4,423  107  160  106 160  106 , мПа6  Pð  dö  Lö 3,14  35,2  10  0,2  2(3.19)Проверка: ð ä160  160 100%  100%  0%ð160(3.20)4 ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ ПРИВОДА УПРАВЛЕНИЯ4.1 Определение усилий, необходимых для разгрузки ковша.Механизм разгрузки преодолевает опоры от трения почвы по днищу Fд, побоковым стенкам Fб от качения роликов заслонки по направляющим Fр.

Тогдаусилие, необходимое для выдвижения задней стенки Sзс.S зс  Fд  Fб  Fр .(4.1)Объем грунта в ковше после открытия заслонки принимается 0,7V, тогдаFд  0,7V  g   p  f ,(4.2)Fд  0,7  5  9,811,5  0,5  23,17 кН.Давление на боковую стенку изменяется линейно от максимальногозначения qc у днища до нуля на поверхности почвы.Давление у дна ковшаqс 0,7V    ,BL(4.3)где  - коэффициент бокового давления принимается равным 0,4.Тогда Fб определяется с помощью выраженияFб Fб 0,7V  g   p    НL0,7  5  9,81  1,5  0,7  1, 41, 4Сопротивление от трения в роликах, 32, 4 кН.(4.4)Fp  Gзс  f1 ,(4.5)где Gзс - вес задней стенки Gзс 9 кН;f1 - коэффициент сопротивления качению роликов (f1= 0,100,15).Fp  9  0,15  1,35 кН.ТогдаS зс  23,17  32,4  1,35  57 кН.Диаметр цилиндра при давлении рабочей жидкости р = 20 МПаD4  Pцn    р ,м(4.6)где п – количество цилиндров, шт=0,75 - гидравлический КПДD4  57 0,07 м .1  3,14  20000  0,75Принимаем цилиндр по ГОСТ 22-1417-79: D = 70 мм, dшт = 45 мм.Расход рабочей жидкости определяют для каждого гидроцилиндра исходяиз требуемых максимальных скоростей:Для цилиндров с поршневой рабочей полостьюQц  Vц  f п  0,25D 2  Vцгде Vц – скорость перемещения штока гидроцилиндра, м/сНа основе опыта скреперостроения рекомендуют следующее:(4.7)скорость подъема ковша (по передней кромке ножа) – 0,120,25 м/с;скорость подъема нижней кромки заслонки – 0,150,45 м/с;скорость перемещения задней стенки – 0,150,4 м/с.ТогдаQц  0,25  3,14  0,072  0,4  0,00153 м3 /с .ОсновныминоминальнлепараметрамидавлениеРн.ном,насосаявляютсячастотавращениярабочийобъемприводноговалаVн,nн.Необходимый рабочий объем насосаVн Qнnн   vн ,(4.8)где nн - частота вращения вала насоса n=145c-1;vн - объемный КПД насоса.1,53 103Vн  13,26 см3 .1,45  0,8После определения рабочего объема Vн выбирают типоразмер насоса изноменклатуры насосов, выпускаемых серийно, чтобы необходимая частотавращения вала насоса была близка к номинальной выбранного типа насоса.После установления скорости перемещения рабочих органов определяютмощность привода управления для расчетного случая, при котором в механизмеуправления действуют максимальные расчетные усилия (с учетом ограниченияотбора мощности от двигателя тягача 2040 %).Мощность привода насосаN пр где общ.н - общий КПД насоса.Qн  рн общ.н , кВт(4.9)N пр 0,00153  20000 42,5 кВт.0,724.2 Определение усилий для управления заслонкой ковша скрепераВ случае, когда rn >rз механизм управления заслонкой должен развиватьусилие S3, достаточное для преодоления моментов следующих сопротивлений:сил тяжести заслонки Gз и почвы Gгр (принимается объем почвы, находящейсямежду внутренней поверхностью заслонки и плоскостью, которую проводимчерез верхнюю и нижнюю кромки заслонки), силы давления грунта, остается вковше Е и сил трения F и остаточного сцепления T между почвой, поднимаетсяи остается в ковше.Сила тяжести заслонки определяется на основании его конструктивныхразмеров.