Бульдозер для работы в стесненных условиях

G—сила тяжести бульдозера

Сила тяжести бульдозера

G=(1,17…1,28)*Gбм*g=1,20٠17300٠9,81=203 кН

где Gбм—вес базовой машины равен 17300 кг

Для бульдозеров с неповоротным отвалом суммарное сопротивление движению равно

W=Wp+Wпр+Wв+Wт =9,88+20,74+6,82+30,45=67,89 кН

2.6 Определяем  предварительную силу тяги 

Зная , что сопротивление грунта копанию преодолевается силой тяги базового тягача, можно написать неравенство

W≤Т

где Т- номинальная сила тяги бульдозера в кН

2.7 Номинальная сила тяги  бульдозера

Т=G*φ=203٠0,9=182,7 кН

где  φ—коэффициент сцепления грунта с гусеницами, φ=0,9

G—сила тяжести бульдозера равна 203 кН

2.8 Выбор  рабочей скорости перемещения бульдозера

Примем рабочую скорость из технической характеристики бульдозера

Vрабочая=1,7км/ч

2.9 Мощность на  реализацию тягового усилия

Nт=T٠Vрабочая=182,7٠1,7=310,59 кВт

Nдв= W٠ Vрабочая /η =67,89٠1,7/0,9=128,2 кВт

где ή- механический к.п.д. машины, η=0,9 ( взято из справочника конструктора дорожных машин И.П. Бородачева)

отсюда следует , что  Nдв расчетная составляет 88% от мощности базовой машины (140 кВт) , следовательно Т—170 в качестве базовой машины подходит.

3.0 Проверка правильности  выбора веса машины 

Gбаз.маш.=6,5

данное условие выполняется вес базовой машины соотвествует данному требованию.

4.Расчет эксплуатационной  производительности

4.1 Производительность бульдозера м3/час, при резании и перемещении грунта.

П=3600٠Vф٠кв٠кукл / Тц=3600٠2,08٠0,85٠1,74 /83=124,4 м3/час

технические данные взяты из учебника дорожные машины ,машины для земляных работ , автор Алексеева Т.В

где кв—коэффициент использования бульдозера по времени, принимаем  кв=0,85;

кукл—коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на производительность бульдозера, при угле уклона (5…10) принимаем кукл=1,74;

Тц –длительность цикла в сек;

Vф—объем грунта (в плотном теле) перед отвалом (м3 )

Объем грунта

Vф=L٠H2/2٠кпр٠кр,=3,23٠1,1452/2٠0,90٠1,13=2,08 м3

где кпр—коэффициент зависящий от характера грунта , принимаем равным 0,90

кр—коэффициент разрыхления грунта, принимаем кр=1,13

Длительность цикла

Тц=lp/ν1 + ln/ν2 + (lp+ln)/ν3 +2٠tn +to +tc=

=15/0,4+8,0/1+(15+8)/2,0+2٠10+1,5+4,5=83 с

технические данные взяты из учебника дорожные машины ,машины для земляных работ , автор Алексеева Т.В.

где ln—длина пути перемещения грунта в м, принимаем ln=15 м;

lр—длина пути резания в м, принимаем  lp=8,0м;

ν1—скорость движения бульдозера при копании грунта в м/сек,

принимаем ν1=0,4;

ν2—скорость движения бульдозера при перемещении грунта в м/сек,

принимаем ν2=1;

ν3—скорость обратного холостого движения трактора в м/сек, принимаем ν3=2,0;

to—время на опускание отвала в сек, принимаем to=1,5;

tс—время на переключение передач в сек, принимаем tс=4,5;

tn—время, необходимое для разворота в сек, принимаем  tn=10.

4.2 Расчет производительность бульдозера  при планировочных работах м2/час.

 

технические данные взяты из учебника дорожные машины ,машины для земляных работ , автор Алексеева Т.В.

где n—число проходов по одному месту, принимаем n=2

ν—рабочая скорость движения трактора в м/сек , принимаем ν=0,8

l—длина планируемого участка в м, принимаем l=20 м

0,5—величина перекрытия  проходов в м

φ—угол захвата отвала. принимаем равным 450

5. Статический расчет

 Расчетная схема для определения нагрузок действующих на бульдозерное оборудование приведена на рисунке 1  

Рисунок 1 —расчетная схема для определения нагрузок действующих на бульдозерное оборудование.

На нож отвала  бульдозера в плоскости действуют  две силы, Р1 горизонтальная и Р2 вертикальная.

Горизонтальна сила

Р1=G٠φmax/(1-φmax٠ctg(σ+φ1))=203٠0,9/(1-0,9٠0,05241)=35,134кН

Вертикальная сила

Р2= Р1٠ ctg(σ+φ1)=35134,61٠0,05241=18,41 кН

где G—сила тяжести бульдозера

φmax—максимальный коэффициент сцепления движителя с грунтом, принимаем   φmax=0,9

σ—угол резания, σ=550

φ1—угол трения грунта по металлу, φ1=32.

Сила подъема отвала кН, определяются по формуле

Sр=Sy*kд=124,1٠1,35=167,5 кН

где Sy—усилие на штоках гидроцилиндров, в кН;(сила необходимая для опрокидывания трактора)

kд—коэффициент динамичности, принимаем kд=1,35.

Необходимая сила для опрокидывания трактора

Sy=( Р2*l+ Р1*m+Go*lo)/r = (18,41٠3,64+35,134,٠0,55+29,43٠3,45)/2,1 = 124,1кН

где Go—сила тяжести рабочего оборудования, Go=29,43кН;

l—линейный размер, l=3,64м (длина толкающего бруса и отвала )

lo— линейный размер, lo=3,45м (длина толкающего бруса)

m— линейный размер, m=0,55м (высота от начала гусеницы до середины толкающего бруса)

r— линейный размер примем равным r=2,1м.

Sp≤Sy

167,5≤124,1 (условия опрокидывания  не выполняется)

Следовательно модернизированный мною бульдозер устойчив при работе .

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Расчет модернизированного  узла

Принимаем гидроцилиндр поршневой двустороннего действия

по ОСТ 22-1417-79  [2] с параметрами:

диаметр поршня	D = 140 мм
диаметр штока	d = 63 мм
максимальное расчетное усилие на штоке	215,4 кН
номинальное давление	14 МПа
ход поршня	L = 900 мм

 

Расчет на растяжение штока гидроцилиндра

 ≤[δр]

δ≤[δр]

0,27 МПа≤140МПа

где N – растягивающая  сила

F- площадь штока

Растягивающая сила равна

N=(mотвала + mналипшего грунта )٠g =(300+40)٠9,8=3332 Н

Площадь штока

Расчет на прочность  кронштейна.

Проведем расчет опасного сечения II-II кронштейна на изгиб от наибольшей силы Рц.

– Изгибающий момент в сечении:

М = Рц ∙ l;

где Рц -  максимальное расчетное усилие на штоке 215.4 кН

l-высота

М = 215400 ∙ 120 = 25848000 Н∙мм.

 Для материала 09Г2С ГОСТ 380-71 (сталь углеродистая  ) допускаемое напряжение будет:

;

= 17,14 МПа,

где σт = 240 МПа – предел текучести.

– Момент сопротивления:

= 1508051,34 мм3.

– Момент инерции:

;

= 218667445 мм4.

– В соответствии  с размерами на рисунке 3 момент инерции сечения II-II:

.

– Толщина листа стенки:

;

= 24,6 мм.

Принимаем δ = 25 мм.

Проверка сечения I-I:

– на срез:

;

= 11,3 МПа < [τ] = 90 МПа,

где F – площадь сечения без учета наваренных шайб;

– на смятие:

;

= 30,7 МПа < [σ] = 120 МПа,

где [σ] и [τ] – допускаемые напряжения .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверка сварного соединения

Для сварки материала марки  09Г2С  ГОСТ 380-71 применяем электроды типа ЭЧ2 ГОСТ 9467-75.

Сварку конструкции производим угловыми швами У4- 25 по ГОСТ 5264-69.

Все соединения с угловыми швами при работе на осевую продольную силу проверяют на срез:

Разложим силу F = 196,3 кН (max усилие, развиваемое гидроцилиндром) на вертикальную и горизонтальную составляющие:

Fвер = F ∙ sinα; Fвер = 199∙ sin60° = 172 кН;

Fгор = F ∙ cosα; Fгор = 199 ∙ cos60° = 99 кН.

– Перенесем силы Fвер и Fгор в центр стыка сварных швов и добавим момент:

М = Fгор ∙ ;

М = 99 ∙ 103 ∙ 120 = 11880000 Н∙мм.

Определяем напряжения в сварных швах от силы Fверт:

;

= 20,4 МПа,

где К = δ = 25 мм – катет шва;

Lш – длина сварного шва.

Определяем напряжения в сварных швах от силы Fгор:

;

= 11,7 МПа.

 Определяем напряжения  в сварных швах от момента  М:

,

где W – момент сопротивления.

;

= 336000 мм2.

= 35 МПа.

Расчетным случаем является т. А и для нее напряжение среза равно:

,

где [τ] – допускаемое напряжение на срез для сварного шва;

[σ] = 100 МПа [4];

[τ] = 0,6 ∙ 100 = 60 МПа;

= 60 МПа.

Расчет  пальца на срез и  изгиб

1.Определяем изгибающий момент в пальце принимая его рабочую длину l=15см

Mп = N٠l /4=215,4٠15/4=807,75 кН٠см

где  N - поперечное изгибающее усилие

l-рабочая длина пальца

2.Находим минимальный момент сопротивления сечения пальца, изготовленного из стали марки Ст5

 

Wп = Mп/(m٠0,1R) = 807,75 (0,9٠0,1٠ 230) = 30 см3.

где Мп - изгибающий момент

m – коэффициент условий работы принимаем  равным m= 0.90

 R – расчётное сопротивление круглой прокатной стали для осей и шарниров, МПа принимаем равным  R=230МПа

3.Найдем диаметр пальца

 

4. Проверяем палец на  срез

 

 

31.5 МПа≤126МПа

 

Вывод: Палец диаметром 6.6 сантиметра устойчив на срез и на изгиб.