Модернизация бульдозерного оборудования

 

Расчетная схема для определения нагрузок действующих на бульдозерное оборудование приведена на рисунке 3.1.1  

Рисунок 3.1.1—Расчетная схема для определения нагрузок действующих на бульдозерное оборудование.

 

 

 

  На нож отвала  бульдозера в плоскости действуют  две силы, Р1горизонтальная и Р2 вертикальная в кН, которые определяются по    формулам /1/

 

 

Р1=G*φmax/(1-φmax*ctg(σ+φ1)),                                                        (17)

 

   Р2= Р1* ctg(σ+φ1),                                                        (18)

 

 

где G—сила тяжести бульдозера в Н;

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

σ—угол резания, σ=55;

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

Р1=163130*0,9/(1-0,9*ctg(55+32))=92,

        Р2=154100*ctg(55+32)=16,2.

Сила подъема отвала кН, определяются по формуле /1/

 

 

 

Sр=Sy*kд,                                                       (19)

 

 

где Sy—усилие на штоках гидроцилиндров, в кН;

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

 

 

Sy=( Р2*l+ Р1*m+Go*lo)/r,                                         (20)

 

 

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

l—линейный размер, l=3,64м;

lo— линейный размер, lo=3,45м;

m— линейный размер, m=0,45м;

r— линейный размер, r=2,1м.

Sy=(16200*3,64+92000*0,45+29430*3,45)/2,1=96,14;

Sр=96140*1,35=129,79.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.    РАСЧЕТ ГИДРОСИСТЕМЫ

 

В бульдозере Т—130 используется гидравлический шестеренчатый насос НШ100—2(3). Техническую характеристику насоса НШ100—2(3) сведем в таблицу 4.1.

 

 

 

 

 

Таблица  4.1 Техническая характеристика насоса НШ100—2(3).

 

Параметры	Значения
Рабочий объем, см3/об	98,8
Давление на входе, МПа номинальное максимальное	14(16) 17,5(20)
Давление на входе в насос, МПа минимальное максимальное	0,08 0,12
Частота вращения вала, об/мин минимальное номинальное максимальное	960 1500 2000
Номинальная объемная задача, дм3/мин	139,3
Номинальная потребляемая мощность, кВт	37,5(42,8)
К.П.Д. насоса (не менее)	0,85
Объемный К.П.Д. (не менее)	0,94
Масса, кг	17,5

 

 

 

Расчетная схема гидроцилиндра приведена на рисунке 4.1

 

 

Рисунок  4.1—Расчетная схема гидроцилиндра с поршневой рабочей полостью.  

Диаметр поршня гидроцилиндра мм, с поршневой рабочей полостью определяют по формуле /2/

 

 

D=[4*F1/π*(P1-P2*(1-φ2))]0,5,                                            (21)

 

 

где F1—усилие на штоке, Н;

P1—давление в поршневой полости, Па;

P2—давление на сливе, P2=0,5Па;

φ—коэффициент отношения, φ=d/D=0,3…0,7, принимаем φ=0,5.

D=[4*95400/3,14*(16*106-0,5*106*(1-0,52))]0,5=88,2.

Диаметр штока гидроцилиндра мм, определим по формуле /2/

 

 

d=D*φ.                                                            (22)

 

 

d=88,2*0,5=44,1.

Расчет гидроцилиндра по обеспечению заданной скорости движения штока V.

Диаметр поршня гидроцилиндра мм, с поршневой рабочей полостью определяют по формуле /2/

 

 

D1=[4*Qнд/π*V]0,5,                                                    (23)

 

 

где  Qнд—расход жидкости, м3/сек, Qнд=139,3дм3/мин (0,0023 м3/сек);

V—скорость движения штока, м2/сек.

Определим мощность гидродвигателя кВт, оп формуле /2/

 

 

         Nгдв=Nнп/kзу*kзс,                                                       (24) 

 

 

где Nнп—мощность насоса, кВт;

kзу—коэффициент запаса по усилию, kзу=1,15;

kзс—коэффициент запаса по скорости,  kзс=1,2.

Nгдв=42,8/1,15*1,2=31,02.

 

 

V= Nгдв/ F1,                                                          (25)

 

V=31,02*103/96,4*103=0,33,

D1=[4*0,0023/3,14*0,33]0,5=94,2,

d1=94,2*0,5=47,1.

По известным значениям диаметров поршня и штока гидроцилиндров  находим их средние значения, по формулам /2/

 

 

Dср=(D+D1)/2,                                                        (26)

 

 

dср=(d+ d1)/2.                                                         (27)

 

 

Dср=(88,2+94,2)/2=91,2,

dср=(44,1+47,1)/2=45,6.

Значение φ равно отношению рабочей площади поршневой полости к площади штоковой полости, т.е.

φ=Sп/Sшт= Dср2/(Dср2- dср2)=91,22/(91,22-45,62)=1,333.

По значению φ и диаметру поршня выбираем гидроцилинд двухстороннего действия  

номинальное давление 16 МПа,

D=100мм,

d=63мм,

Ход поршня L=800мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.   РАСЧЕТ ОТВАЛА НА ПРОЧНОСТЬ

 

На отвал действуют силы P1 P2 Sр, а также сила тяжести рабочего оборудования Gо. Определив положение центра тяжести сечения О и направление главных осей инерции сечения, (которые приведены ниже), x и z, приводим силы  P1 P2 Sр к точке О и раскладываем их на составляющие x и z. В сумме эти составляющие образуют силы Qx и Qz в кН, которые определим по формулам

 

 

Qx= P1*cos10+ P2*cos80+ Sр*cos55,                                          (28)

 

 

Qz= P1*sin10- P2*sin80+ Sр*sin55.                                           (29)

 

 

Qx=92*0,98+16,2*0,173+129,79*0,17=115,

Qz=92*0,173-16,2*0,98+129,79*0,82=106,47.

Силу тяжести отвала в кН рассмотрим как равномерно распределенную нагрузку которая определяется по формуле /1/

 

 

q=Go/L,                                                               (30)

 

 

которую также разложим на составляющие qx и qz в кН.

q=29,43/4=7,4, qx=3,7, qz=3,7.

Изгибающие моменты М/ и М// определяют по формулам /1/

 

 

М/= Qx*L/4 - qx*L2/8,                                                  (31)

 

 

М//= Qz*L/4 + qz*L2/8,                                                 (32)

 

 

М/=115*4/4 - 3,7*42/8=107,6,

М//=106,47*4/4+3,7*42/8=113,87.

Нормальное напряжение МПа, находят по уравнению /1/

 

 

 

σ= М/*xo/Jz + М//*zo/Jx ,                                               (33)

 

 

 

где Jz и Jx—главные моменты инерции м4, определяемые как суммы моментов инерции элементарных площадок относительно главных осей сечения значения моментов инерции сведем в таблицу 5.1;

xo и zo—координаты точки сечения м, наиболее удаленной от нейтральной линии xo=0,242, zo=0,338.

 

Таблица 5.1 Уравнения и значения для нахождения главных моментов инерции

 

	Уравнения для  Jx	Значения	Уравнения для  Jz	Значения
1	JX1=JX1,1+ JX1,2=     =B*h31,1/12+ B*h31,2/12	0,0092	JZ1=JZ1,1+JZ1,2=     =B3*h1,1/12+B3*h1,2/12	2,6
2	JX2=JX2,1+ JX2,2=     =B*h32,1/12+ B*h32,2/12	0,073	JZ2=JZ2,1+JZ2,2=     =B3*h2,1/12+B3*h2,2/12	5,12
3	Для четверти кольца	0	JZ3=π*r24/16 - π*r14/16	0,01
4	∑	0,0822	∑	7,73

 

По формуле (37) находим

σ=107,6*0,242/7,73 + 113,87*0,338/0,0822 =271.

Крутящий момент кН, определяем из уравнения /3/

 

 

Мк=P1*h+Sp*h1-P2*h2,                                                (34)

 

 

где h, h1, h2—плечи приложения сил м, относительно главных осей сечения h=0,618, h1=0,274, h2=0,300.

Мк=92*0,618+128,79*0,274-16,2*0,300=87,55.

Моменты инерции для замкнутых профилей (1) (2) м4, при постоянной толщине стенки  определяют по формуле /1/

 

 

JKi=4*Fi2*бi/si,                                                     (35)

 

 

где Fi—площадь, заключенная внутри средней линии контура м2, где F1=0,025, F2=0,099;

бi—толщина стенки элементов контура м, где б1=б2=0,012;

si—длина средней линии элементов контура м, где s1=0,470, s2=0,947.

JK1=4*0,0252*0,012/0,470=64*10-6,

JK2=4*0,0992*0,012/0,947=49*10-5.

Момент инерции для незамкнутого профиля (3) м4, имеющего форму части кольца определяется по формуле /1/

 

 

JK3=б34/3*(s3/б3 – 0,63),                                               (36)

 

 

где б3=0,016, s3=1,332.

JK3=0,0164*/3*(1,332/0,016 – 0,63)=18*10-7.

Полный момент инерции м4, при кручении находится как сумма моментов инерции частей сечения по формуле /1/

 

 

JK= JK1+ JK2+ JK3,                                                     (37)

 

 

JK=64*10-6+49*10-5+18*10-7=555,8*10-6.

Считая, что крутящий момент распределяется между частями сечения пропорционально их жесткости, определяем крутящий момент кН*м, приходящийся на каждую часть по формуле /1/

 

 

МKi=(МК/2)*(JKi/JK),                                                (38)

 

 

МK1=(87,55/2)*(64*10-6/555,8*10-6)=5,0,

МK2=(87,55/2)*(49*10-5/555,8*10-6)=38,6,

МK3==(87,55/2)*( 18*10-7/555,8*10-6)=1,4.

Для замкнутых профилей (1) и (2) касательные напряжения МПа, определяются по формуле /1/

 

 

τi= МKi/2*бi*Fi,                                                       (39)

 

 

τ1=5,0 / 2*0,012*0,025=8,4,

τ2=38,6 / 2*0,012*0,099=16,2.

Для незамкнутого профиля (3) касательные напряжения МПа, определяются по формуле /1/

 

 

τ3= МK3*б3 / JK3 ,                                               (40)

 

 

 

 

τ3=1,4*0,016/18*10-7=1,3.

Определив нормальные и касательные напряжения в точках сечения, в которых они достигают своей максимальной величины, находим суммарное напряжение в этих точках и производим проверку прочности сечения по уравнению /1/

 

 

σсум= [σ2+ 4* τ2 ]0.5≤ [σ],                                       (41)

 

 

где [σ]—предельно допустимое напряжение, для стали 16 ГС [σ]=480МПа, ГОСТ 19282—73.

τ=12,3+24+1,9=38,2,

σсум= [2712 + 4*38,22 ]0.5=281< 480.

Запас  прочности определим по формуле /3/

 

 

n= [σ]/ σсум,                                                     (42)

 

 

где n—коэффициент запаса прочности n=1,4…1,6 для сталей при статической нагрузке.

n=480/281=1,6 следовательно запас прочности сечения отвала нормальный.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.    РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БУЛЬДОЗЕРА

 

Производительность бульдозера м3/час, при резании и перемещении грунта определяется по формуле /1/

 

 

П=3600*Vф*кв*кукл / Тц ,                                           (43)

 

 

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

кукл—коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на производительность бульдозера, определяют по таблице 35 /1/, при угле уклона (5…10) принимаем кукл=1,64;

Тц –длительность цикла в сек;

Vф—объем грунта (в плотном теле) перед отвалом м3, определим по формуле /1/

 

 

Vф=B*H2/2*кпр*кр,                                                (44)

 

 

где кпр—коэффициент зависящий от характера грунта и отношения H/L. Примем kпр=0,80.

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

Vф=4*1,1402/2*0,8*1,13=2,88.

Длительность цикла находится по формуле /1/

 

 

Тц=lp/ν1 + ln/ν2 + (lp+ln)/ν3 +2*tn +to +tc ,                               (45)

 

 

где ln—длина пути перемещения грунта в м, принимаем ln=20;

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

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=1,5;

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.