Проект бульдозера с управляемым средним ножом

Состав чертежей

1. Чертеж бульдозера общий вид (формат А1)
2. Чертеж вида сверху бульдозера (формат А1)
3. Рабочее оборудование в сборе (формат А1)
4. Чертеж сборочный отвала (формат А1)
5. Детали отвала (формат А1)
6. Чертеж сборочный корпуса среднего ножа (формат А1)
7. Отвал в сборе (формат А1)
8. Чертежи деталей: серьга, колесо зубчатое, нож средний, труба, крышка (формат А1)
9. Лист операционных эскизов колеса зубчатого (формат А1)

Описание

В дипломной работе разработан бульдозер с управляемым ножом средним. Проведен обзор литературы патентной и научной. Обоснована и описана конструкция. Приведены преимущества от внедрения разработанной техники.
Определены параметры основные. Рассчитано номинальное усилие тяговое, эксплуатационный вес и скорости рабочие бульдозера. Обоснованы параметры ножа среднего, а также параметры отвала. Выполнен расчет тяговый и расчет усилий в гидроцилиндрах.
Определена прочность. Представлен прочностной расчет оси перемещения ползуна и прочностной расчет тяги перемещения ножа .

В технологической части ВКР приведен процесс технологический изготовления детали. Описана конструкция и условия ее работы в механизме. Определены: материал детали, свойства механические, вид термообработки. Выполнен расчет технологичности конструкции. Подобраны поверхности базирующие. Рассмотрено применение методов высокопроизводительных для обработки и снижения трудоемкости, также снижения металлоемкости . Рассчитана величина партии детали. Подобран способ получения заготовки. Назначен маршрут технологического изготовления детали. Подобраны приспособления и оборудование. Определены режимы резания и нормы времени.

В разделе безопасность и экологичность приведены перспективы БЖД в отрасли производства строительно-дорожных машин и оборудования. Дана оценка и идентификация опасностей при работе оборудования бульдозерного. Разработаны решения технологические и организационные по устранению опасностей выявленных. Определен тепловой баланс кабины. Представлены предложения по безопасной эксплуатации оборудования бульдозерного. Описана пригодность оборудования бульдозерного для использования с учетом требований БЖД и экологии.

В разделе метрология и стандартизация рассмотрены такие вопросы как: основные задачи метрологии и основные задачи стандартизации. Проведено знакомство с нормативными документами.
В разделе технико-экономического обоснования дано описание преимуществ конструкторских и эксплуатационных разработанной техники и подобран вариант базисный техники. Рассчитана производительность техники и издержки потребителя годовые текущие. Определены затраты единовременные капитальные и экономический эффект.
В дипломном проекте имеется графический материал, представленный следующими листами: чертеж бульдозера общего вида и вида сверху, чертежи сборочные оборудования рабочего, отвала и корпуса среднего ножа, чертежи

Отрывок из диплома:

В качестве базовой принимаем конструкцию рабочего оборудования бульдозера с управляемым средним ножом /1/ (рисунок 2.1).

Изобретение относится к землеройно-транспортным машинам бульдозерное го типа, отвальные рабочие органы которых выполнены с выступающей в средней части режущей кромкой. Рабочий орган бульдозера состоит из отвала 1 с основным ножом 2 и кожухом 3. В кожухе 3 выполнены вертикальные направляющие 4, параллельные плоскости основного ножа 2. В нижней части отвала посредством вертикальных направляющих 4 кожуха 3 установлен на коробке 5 жесткости средний выдвижной нож 6. На тыльной стороне отвала, параллельно основному ножу, установлена горизонтальная направляющая 7, например трубчатого сечения, с упорами 8. В горизонтальной направляющей 7 установлен промежуточный элемент, выполненный из горизонтальной тяги 9, которая скользит по горизонтальной направляющей 7 посредством втулок 10.

Промежуточный элемент соединен с выдвижным ножом 6 посредством на­клонных тяг 11, например прямоугольного сечения, установленных параллельно плоскости основного ножа 2, шарнирно соединенных с одной стороны с коробкой 5 жесткости выдвижного ножа 6, а с другой стороны — с втулками 10. Гидроцилиндр привода сред­него выдвижного ножа 6 шарнирно связан корпусом 12 с тыльной стороной отвала 1, а штоком 13 — шарнирно с горизонтальной тягой 9.

Рабочий орган бульдозера работает следующим образом. При втягивании штока 13 силового цилиндра (рисунке 2.1) перемешается вдоль направляющей 7 горизонтальная тяга 9 и связанные с ней втулки 10. Вместе с втулками 10 перемещаются в плоскости, параллельной основному ножу, наклонные тяги 11, воздействуя на коробку 5 жесткости и заставляя ее перемещаться вместе с выдвижным ножом 6 по направляющим 4 кожуха 3.

В рабочем положении выдвижного ножа 6 (рисунке 2.2) один из торцов (в дан­ном случае правый) втулок 9 контак­тирует с упорами 8 горизонтальной направляющей 7, при этом между каж­дой из наклонных тяг 11 и горизон­тальной направляющей 7 со стороны упоров 8 образуется тупой угол β≈95°.

При копании грунта выдвижным но­жом усилие копания воспринимается коробкой 5 жесткости и передается на наклонные тяги 11, сжимая их и заставляя поворачиваться по часовой стрелке (рисунок 2.2) относительно шарнира О (крепления наклонных тяг 11 к втулкам 10). Горизонтальные состав­ляющие усилий, передаваемых от короб­ки 5 жесткости наклонным тягам 11, прижимают втулки 10 к упорам 8 и воспринимаются отвалом 1, разгружая тем самым шток 13 силового цилиндра.

Возможна установка наклонных тяг 11 по отношению к коробке 5 жесткости и горизонтальной тяге 7 под прямым углом, однако в этом случае при из­носе или неточном изготовлении шарни­ров крепления наклонных тяг 11 к коробке 5 жесткости и втулкам 10 может произойти складывание наклон­ных тяг в ту или иную сторону и соот­ветствующие нагружения силового ци­линдра. Поэтому в предлагаемом тех­ническом решении рабочего органа бульдозера искусственно в рабочем положении выдвижного ножа 6 создается такое положение наклонных тяг 11, при котором возникает усилие, прижимаю­щее один из торцов втулок 10 к упо­рам 8, Поэтому даже при износе указанных шарниров нагружения силового цилиндра происходить не будет.

2.2      Преимущество от внедрения разработанной техники

Преимущество внедрения предлагаемой конструкции с управляемым средним ножом: увеличение годового фонда работ, увеличение годовой производительности, применение на мерзлых грунтах и на грунтах высокой категории бульдозеров малой единичной мощности.

3        Определение параметров основных

Главный параметр гусеничного бульдозера — номинальное тяговое усилие, под которым понимают усилие, развиваемое базовым трактором на плотном грунте с учётом его догрузки от веса навесного оборудования при буксования не выше 7% и скорости 2,5 — 3 км/час.

Основные параметры бульдозера: эксплуатационный вес бульдозера; основные рабочие скорости; удельные усилия на режущей кромке ножа по всей длине отвала, удельные усилия на режущей кромке среднего ножа отвала, определяющие возможность разработки бульдозером грунтов с различным сопротивлением копанию.

3.1      Номинальное усилие тяговое, эксплуатационный вес и скорости рабочие бульдозера

Номинальное тяговое усилие бульдозера определяется из выражения

где       — коэффициент использования веса базовой машины с оборудованием по сцеплению, соответствующий допустимому буксованию движителей и определенному значению тягового к.п.д., =0,9;

— сцепной вес бульдозера в рабочем состоянии (по эксплуатационному весу бульдозера).

Определим максимальное тяговое усилие, которое может обеспечить двигатель базового трактора:

где       — мощность двигателя, для трактора Т-130.1.Г.1, =118 кВт;

— КПД трансмиссии трактора, =0,85;

— низшая рабочая скорость движения базового трактора, =2,7 км/ч.

Так как , то за расчетное значение следует принимать .

При проектировании новых бульдозеров G_сц определяется из выражения при навешивании на базовую машину только бульдозерного оборудования

где       — эксплуатационный вес базовой машины без навесного оборудования (со смазкой, водой, полной заправкой топлива, водителем, балластом и возимым инструментом и комплектом запасных частей).

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

где       — вес базовой машины;

— эксплуатационный вес бульдозерного оборудования (со смазкой, маслом в гидросистеме и возимым инструментом).

У гусеничных бульдозеров G_б = G_сц, а поэтому их эксплуатационный вес может определяться по выражению .

Скорость рабочего хода бульдозера при отсутствии автоматизированного управления бульдозерным оборудованием и трактором выбирают в пределах 2,5-3,0 км/час.

Скорости рабочего хода не могут превышать эти значения ввиду невозможности точного управления рабочим органом из-за утомляемости водителя при ручном управлении, отсутствия жесткой связи между опорной поверхностью гусениц и остовом трактора, ограниченного запаса крутящего момента двигателя, технологии выполнении работ и других факторов.

Копание грунта при скоростях рабочего хода, превышающих 2,5-3,0 км/час резко повышает утомляемость водителя при почти неизменной эффективности бульдозера, даже при условии использования различного рода опорных устройств и лыж.

Скорость обратного хода бульдозера выбирают с учётом типа подвески гусениц базового трактора и расположения центра тяжести машины.

Вследствие значительных продольных и поперечных колебаний бульдозера скорость обратного хода при полужёсткой и балансирной подвеске гусениц не может быть выше 6 — 7 км/час, а при эластичной и балансирно-звеньевой — более 8 — 15 км/час.

3.2      Обоснование параметров ножа среднего

Удельное напорное усилие на режущей кромке ножа по всей длине отвала определяется из выражения:

где       — номинальное тяговое усилие бульдозера;

— длина отвала.

Делаем вывод, что с режущей кромкой по всей длине отвала можно разрабатывать III категорию грунта с допускаемым удельным напорным усилием на режущей кромке =40 Н/мм /10/.

Главным параметром среднего ножа является его длина. Длину ножа определим исходя удельного горизонтального усилия на режущей кромки для четвертой категории грунта с допускаемым удельным напорным усилием на режущей кромке =60 Н/мм /10/.

Длину ножа определим исходя удельного горизонтального усилия на режущей кромки для мерзлого грунта с допускаемым удельным напорным усилием на режущей кромке для V категории грунта по А.Н. Зеленину, =90 Н/мм /10/.

Принимаем ширину среднего ножа равную 1400 мм.

3.3      Параметры отвала

Длина отвала бульдозера выбирается минимально возможной из расчета перекрытия габарита базовой машины по ширине или наиболее выступающих в стороны элементов толкающей рамы при любом положении отвала. Отвал должен перекрывать наиболее выступающие части базовой машины или толкающей рамы не менее чем 100 мм, с каждой стороны.

Таким образом минимальная ширина отвала будет равна:

где       — габарит базовой машины по ширине, мм.

По конструктивным соображением принимаем ширину отвала 3220 мм.

Это требование объясняется стремлением получить максимально возможные удельные напорное усилие и вертикальное давление на режущей кромке ножей, приходящиеся на 1 пог. см длины и 1 см² опорной площади ножей отвала и необходимостью обеспечения возможности беспрепятственной работы траншейным способом и «по одному следу».

Чем меньше длина отвала, тем большие удельные горизонтальное напорное усилие и вертикальное давление могут быть получены на режущей кромке ножей отвала и тем более прочный грунт может разрабатывать бульдозер. Повышение этих показателей способствует росту эффективности бульдозера и расширению его области применения.

Длина отвала, предназначенного для работы в легких грунтовых условиях, и особенно на сыпучих грунтах может быть увеличена за счет применения съемных удлинителей или открылков, устанавливаемых под углом 15-30° к режущей кромке ножей.

При выборе длины отвала бульдозера следует также учитывать возможность его перевозки по железной дороге и на тракторах. Желательно, чтобы бульдозер мог быть перевезен по железной дороге без разборки. Однако соображения транспортировки не являются решающими при выборе длины отвала и они не должны ограничивать выполнение указанных выше требований.

Производительность бульдозеров с неповоротным и поворотным отвалом при работе лобовым толканием примерно одинакова, несмотря на значительно большую длину поворотных отвалов. Длинный отвал отрицательно сказывается на развеске машины, ухудшает управление отвалом и внедрение его, в результате чего скорость рабочего хода уменьшается в больших пределах, чем при коротком отвале.

Применение съемных концевых частей на отвале позволяет также легче решить проблему транспортировки бульдозера по железной дороге.

Высота отвала определяется тяговым усилием бульдозера при скорости, требующейся для бульдозерных работ, параметрами профиля отвала и грунтовыми условиями, для которых в основном предназначается бульдозер.

Определение высоты отвала в зависимости от мощности двигателя базовой машины в большинстве случаев не дает, точных результатов. Это объясняется тем, что мощность, двигателей современных тракторов и других гусеничных базовых машин часто значительно выше, чем это требуется для получения определенного тягового усилия при скорости, на которой можно выполнять бульдозерные работы.

Определение высоты отвала в зависимости от номинального тягового усилия бульдозера дает более точные результаты.

Для бульдозеров общего назначения высоту отвала рекомендуется определять по следующим эмпирическим формулам, для поворотных отвалов:

Отвалы бульдозеров обоих типов рекомендуется снабжать козырьком, препятствующим пересыпанию грунта через верхнюю кромку при толчках, на подъемах и в случаях, если процесс движения стружки по отвальной поверхности нарушается.

Высота козырька (по вертикали) должна составлять 0,1 — 0,25 высоты отвала. При определении высоты отвала с козырьком необходимо обеспечивать при транспортном положении отвала требуемый угол въезда и достаточно хорошую видимость пространства перед бульдозером.

3.4      Расчет тяговый

Тяговый расчет бульдозера позволяет вычислить максимальную глубину резания в заданных грунтовых условиях (в нашем случае – грунт II категории), оценить возможности тягача при транспортировании грунта с подрезанием стружки минимальной толщины.

Условие тягового расчета:

где       — сопротивление перемещению бульдозера в процессе копания грунта. Которое складывается из сопротивления перемещению машины с учетом уклона , сопротивления грунта резанию , сопротивления перемещению призмы волочения , сопротивления перемещению грунта вверх по отвалу , сопротивление перемещению грунта вдоль по отвалу

где       — коэффициент сопротивления движению, для гусеничного движителя. =0,1;

— угол пути, ;

— коэффициент учитывающий неравномерность срезания стружки;

— глубина резания, м;

— удельное сопротивление грунта резанию, для грунта II-ой категории грунта, =120 кПа;

— плотность разрыхлению грунта. =1500 кг/м³;

— коэффициент трения грунта по металлу, =0,5;

— коэффициент трения грунта по грунту, =0,8;

— объемный вес грунта в плотном теле, кг/м³;

— ускорение свободного падения, =9,81 м/с².

Объем призмы волочения зависит от геометрических размеров отвала и свойств грунта

где       — ширина отвала;

— высота отвала с учётом козырька;

— коэффициент, зависящий от характера грунта (связности, коэффициента рыхления) и от отношения .

Этот коэффициент получен в результате обработки экспериментальных данных по производительности бульдозеров.

Таблица 3.2 — Значения коэффициента  в зависимости от отношения  и вида грунта

Отношение H/L	0,15	0,3	0,35	0,40	0,45
Связные грунты I —II категории	0,70	0,80	0,85	0,90	0,95
Несвязные грунты	1,15	1,20	1,20	1,30	1,50

Расчет проводим для следующих расчетных положений:

1)        начальный этап заполнения отвала, когда призма грунта отсутствует, т.е. V=0;

2)        конечный этап заполнения отвала при резании грунта с максимальным объемом призмы волочения.

Первое расчетное положение служит для определения максимальной глубины резания:

Во втором положении находим минимальную глубину резания:

Изменение глубины резания при наборе грунта представим на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Изменение глубины резания при наборе грунта

3.5      Расчет усилий в гидроцилиндрах

Основными параметрами гидравлической системы управления отвалом бульдозера являются: усилия на штоках гидроцилиндров , скорости их передвижения ; рабочее давление жидкости Р, расход жидкости Q, мощность на привод насоса.

Усилие на штоках гидроцилиндров подъема отвала определяется из условия статического равновесия трактора относительно передней и задней кромок опорной поверхности гусениц или осей передних и задних колес.

Усилие на штоках гидроцилиндров при заглублении (рисунок 3.3):

Рисунок 3.3 – Схема для определения усилия заглубления отвала.

Усилие на штоках гидроцилиндров при выглублении отвала (рисунок 3.4):

Рисунок 3.4 – Схема для определения усилия выглубления отвала.

Скорость заглубления (опускания) отвала выбирается такой, чтобы заглубление ножа на горизонтальной поверхности осуществлялось на основной рабочей передаче под углом к горизонтали. Не превышающим затылочного угла ножа. А также чтобы грунт не снимался коробкой жесткости отвала. Это условие соблюдается:

где       — скорость передвижения бульдозера на первой передаче, при =2,37 км/ч, =0,66 м/с.

Принимаем скорость движения поршня относительно корпуса цилиндра =0,15 м/с.

Принимаем номинальное рабочее давление Р=16 МПа.

Количество исполнительных гидроцилиндров равно двум.

Внутренний диаметр гидроцилиндра вычисляется в зависимости от значений действующего усилия Р_ц и расчетного давления жидкости в гидросистеме (шток вытягивается):

где       — усилие втягивания на одном гидроцилиндре:

— коэффициент мультипликации гидроцилиндра, по ОСТ 22-1417-79 =1,6;

— противодавление в поршневой полости, =0,5 МПа;

— механический КПД гидроцилиндра, =0,95.

Принимаем диаметр гидроцилиндра по ОСТ 22-1417-79, округляя в большую сторону, равным 125 мм.

Максимальный расход, необходимый для обеспечения заданной скорости движения штока:

где       — внутренний диаметр гидроцилиндра, =0,125 м;

— скорость движения штока, =0,15 м/с;

— число параллельно установленных гидроцилиндров, =2;

— объемный КПД гидроцилиндра, =0,99.

Диаметр гидроцилиндра управления средним ножом, определим из условия возврата ножа в исходное положение при копании грунта, т.е. преодоление пяти градусов рисунок 3.5.

Рисунок 3.5 – Схема для определения усилий на гидроцилиндре управления средним ножом

Определим вертикальную составляющую усилия резания:

где       — горизонтальная составляющая резания, =;

Усилие на гидроцилиндре управления средним ножом, определим исходя из уравнения сил на ось Y:

Так как в нашем расчетном положении перемещение штока гидроцилиндра происходит при выталкивании штока гидроцилиндра, то требуемый диаметр гидроцилиндра при выталкивании:

где       — перепад давления на гидроцилиндре:

— механический КПД гидроцилиндра, =0,97.

Принимаем диаметр гидроцилиндра по ОСТ 22-1417-79, округляя в большую сторону, равным 40 мм.

Максимальный расход, необходимый для обеспечения заданной скорости движения штока, гидроцилиндра управления средним ножом определим по формуле :

Требуемый рабочий объем насоса определим исходя из работы гидроцилиндров управления отвалом по формуле:

где       — частота вращения вала насоса, =30 с^-1 (1800 мин^-1);

— объемный КПД насоса, =0,96.

Принимаем два насоса, шестеренчатый насос НШ-100, у которого рабочий объем =98,8 см³.

Определим действительную подачу насоса:

Полная мощность, потребляемая насосом, определяется по формуле:

где       — механический КПД насоса, =0,96;

— механический КПД привода насоса, =0,92.

4        Определение прочности

4.1      Прочностной расчет оси перемещения ползуна

Расчет на прочность произведем из условия крепления оси рисунок 4.1.

Рисунок 4.1 – Схема к расчету на прочность оси перемещения ползуна

Проведем расчет оси по напряжениям среза и смятия. Условие прочности по напряжениям среза:……………………