Введение Оснащение строительства надежными, высокоэффективными, универсальными машинами, ускоренная замена устаревшей техники новой высокопроизводительной – один из важных рычагов повышения эффективности работ в строительстве. Среди многих видов сменного рабочего оборудования, которым оснащаются современные бульдозеры, можно назвать манипуляторные челюстные ковши, активные корчеватели, захваты, гидромолоты, манипуляторы для лесозаготовительных работ и т.д. С созданием землеройной техники возникли вопросы об уменьшении удельных затрат труда и энергоемкости которые необходимо затратить на копание ими грунта, т.е. создание такого рабочего органа, работа которого позволила бы повысить производительность машины, повысить эффективность взаимодействия с грунтом и снизить стоимость выполненных работ. Для создания такого рабочего органа необходимо исследовать процесс резания грунта. Решению этих вопросов посвящено много научных трудов как отечественных, так и зарубежных ученых.
1.1. Состояние вопроса и задачи проектирования 1.1.1. Обзор существующего бульдозерного оборудования Бульдозером называется землеройная машина, которая составляется из базового тягача и бульдозерного оборудования, предназначенная для резания и перемещения грунта, а также для планирования разрабатываемой поверхности. Бульдозеры как рабочее оборудование трактора, тягача и другие базовые машины широко распространены, что объясняется простотой их конструкции, высокой производительностью, возможностью их использование в разнообразнейших грунтовых и климатических условиях и относительно низкой стоимостью выполненных работ. Применяются в дорожном, железнодорожном, горнорудном, мелиоративном и промышленном строительстве. Бульдозеры классифицируются по назначению, весу и мощности, силе тяги базовой машины и типу движителя; отдельным конструктивным признакам; системе управления рабочим органом и др. По назначению бульдозеры делятся на: - бульдозеры общего назначения, приспособленные для выполнения различных землеройно- планировочных и строительных работ в разных грунтовых условиях; - бульдозеры специального назначения, которые применяют для выполнения следующих видов работ (например для прокладки дорог, чистка снега, сгребание торфа и т.д.). По мощности двигателя и номинальному тяговому усилию бульдозеры делятся на: - малогабаритные; - легкие; - средние; - тяжелые; - сверхтяжелые. По типу движителя базовой машины бульдозеры делятся на гусеничные и к- лесные. По типу механизма управления бульдозеры делятся на: - бульдозеры с гидравлическим; - канатным; - смешанным управлением. По типу рабочего органа различают бульдозеры: - с неповоротным отвалом, то есть отвал который имеет неизменное положение в горизонтальной плоскости, перпендикулярное продольной оси машины; - с поворотным отвалом, то есть бульдозер у которого можно менять по-ложення отвала в горизонтальной плоскости. На универсальной раме бульдозера вместо отвала может бытьустановлено оборудование кустореза, корчевателя- собирателя или снегоочистителя. Главный параметр бульдозеров - тяговый класс базового трактора ( тягача). Бульдозеры применяются для послойной разработки и перемещения грунтов II- ІV категорий, а также предварительно разрыхленных скальных и мерзлых грунтов. С их помощью выполняют планирование строительных площадок, возведение насыпей, разработку выемок и котлованов, нарезку террас на косогорах, разравнивание грунта, который отсыпается вторыми машинами, копание траншей под фундаменты и коммуникации, засыпание рвов, ям, траншей, котлованов и пазух фундаментов, расчистка территорий от снега, камней, кустов, пней, мелких деревьев и строительного мусора, толкание скреперов в процессе их загрузки. В зависимости от мощности и конструкции бульдозеры могут работать на разных грунтах: от болотистых и песчаных до разработанных, подорванных или разрыхленных пород и руд. Широкое использование бульдозеров в строительном производстве обеспечивается простотой их конструкции, надежностью и экономичностью в експлуатации, высокой производительностью, мобильностью и универсальностью.
Рис. 1.1. Бульдозер с поворотным отвалом и гидравлическим приводом 1 - отвал; 2 - толкатель; 3 - универсальная рама; 4 - трактор. Экономически выгодная дальность перемещения грунта бульдозером в зависимости от класса базового трактора, вида и прочности грунта и эксплуатационных условий и для большинства современных гусеничных бульдозеров, составляет около 60-80 м, а для колесных 100-150 м. Бульдозеры классифицируют: - по назначению на бульдозеры общего назначения, приспособленные для работ в разных грунтовых условиях (супесчаные, суглинистые и глинистые грунты, трещиноватые сланцы, легкие известняки, мергели и т.п.) и при умеренной температуре ( от -40°С к +40°С), и на бульдозеры специального назначения, предназначенные для выполнения специальных работ (работ в карьерах, прокладывание путей и дорог, сгребание торфа, выравнивание кавальеров, подземная или подводная разработка грунтов, разработка легких материалов типа угля и др., а также для работы в особых климатических и эксплуатационных условиях) при низких отрицательных температурах до -60°С, тропической влажности и температуре до +60°С, в сухом и жарком климате пустынь, в опасных и загазованных местах, на грунтах со сниженной несущей способностью и т.д.; - по типу движителя базовой машины на гусеничные и пневмоколесные; - по типу системы управления отвалом различают бульдозеры с гидравличним и механическим (канатно-блочным) управлением. При канатно-блочной системе управления подъем отвала осуществляется зубчато- фрикционной лебедкой, которая установленная на заднем мосту трактора и приводится от вала отбора мощности через соединительный валик, через кана- тний полиспаст, опускание - под действием собственной силы тяжести отвала. Для защиты радиатора впереди к стойки прикреплен щит. При гидравлической системе управления подъем, и опускание отвала осуществляются принудительно одним или двумя гидроцилиндрами двустороннего действия. Привод работает от гидросистемы базового трактора через гидрозолотники, систему трубопроводов, гибких рукавов высокого давления и гидроцилиндров. Гидроцилиндры двустороннего действия обеспечивают подъем, опускание отвала, его фиксацию в необходимом положении и так называемое плавающее положение отвала, при которому под действием собственного веса отвал может занимать любое положение, опираясь ножами на поверхность грунта. Бульдозеры с механическим управлением сейчас промышленностью не выпускаются. - по типу рамы различают бульдозеры с внутренней и охватывающей рамой. Внутреннюю раму используют для бульдозеров - толкателей, жесткость которых должна быть повышенной. - по типу рабочего органа различают бульдозеры с неповоротным отвалом (рис. 1.2.) (обычно их называют просто бульдозерами или бульдозерами с прямым отвалом), который установлен перпендикулярно продольной оси машины и не может поворачиваться в плане; с неповоротным полусферическим отвалом, боковые части которого установлены под небольшим углом к лобовой поверхности; с неповоротным сферическим отвалом, который состоит из трех приблизительно равных частей, установленных одна к другой под углом 15°; с поворотным отвалом, устанавливаемым в горизонтальной плоскости под углом в оба бока от продольной оси машины или перпендикулярно к ней; универсальные с шарнирно сочлененным отвалом из двух половин, которые отдельно или вместе можно устанавливать в горизонтальной плоскости под углом к продольной оси машины или перпендикулярно к ней. Рис. 1.2. Схемы основных типов отвалов бульдозеров: 1- прямой поворотный; 2 - прямой неповоротный; 3 - полусферический; 4 - сферический; 5 - сферический для сыпучих материалов; 6 - из толкающей плитой. Чаще всего отвал размещают впереди, криволинейной отвальной поверхностью в сторону от базовой машины, габарит которой по ширине обеспечивает полностью перекрытие. Бульдозерное оборудование состоит из отвала с ножами; толкающей рамы, с подкосами, к которым крепится отвал; привода, который обеспечивает подъем и опускания отвала во время работы, а в отдельных моделях бульдозеров также и изменение положения отвала в плане. Отвал представляет собой сварную конструкцию, которая состоит из Лобового листа, козырька, нижней и верхней коробки жесткости, ребер, приваренных к нижней коробке жесткости, боковых стенок и проушин, которые служат для соединения отвала с толкающим брусом. Лобовой лист сварен из двух листов: верхнего, выгнутого по радиусу определенной кривизны, и нижнего, прямого, расположенного наклонно к горизонту обычно под углом порядка 60°. К нижнему листу болтами укрепляться сменные ножи: два крайних и один средний, которые имеют двустороннюю заточку, что позволяет по мере изнашивания переворачивать или менять их местами. Нижняя коробка выполняется из листовой стали обычно в виде трехгранной призмы. Верхняя коробка представляет собой балку квадратного сечения. Вертикальная жесткость отвала создается связями. Сзади отвала приваренные проушины для крепления его к брусьям, которые толкают, и раскосам. На боковых частях отвала могут устанавливаться уширющие устройства, которые увеличивают объем перемещаемого грунта. Сверху к лобовому листу приварен козырек, укрепленный ребрами, которые препятствует пересыпке через отвал при подъемах и поворотах.
1.1.2. Стандартное бульдозерное оборудование для тракторов. Основными элементами бульдозерного оборудования является отвал, штовхатолкающие брусья с раскосами и подкосами или толкающая рама с раскосами, гидроцилиндры подъема и опускания отвала, а также, на отдельных видах, механизмы поворота отвала в поперечной и горизонтальной плоскостях и изменения угла резания. Предназначенные для установки на гусеничные промышленные трактора тягового класса 10 типа Т-10М, Т-10 и Т-170, для разработки грунтов II- ІІІ категорий без предварительного рыхления, разрыхленных трещиноватых скальных пород, а также разрыхленных мерзлых грунтов. Правильный выбор потребителем отвала бульдозера является главным условием достижения максимально возможной продуктивности. Прежде всего, нужно оценить возможности копания грунта отвалом, тягово-сцепляющиеся и скоростные характеристики бульдозера. Возможности копания грунта определяются соотношением величины максимального тягового усилия бульдозера к длине ножа отвала. Чем больше это значения, тем более крепкие грунты может разрабатывать бульдозер. Полусферический отвал (рис.1.3.) (индекс Е) и полусферический с увеличенной шириной отвала (индекс Е1) используются на работах, где нужна высокая производительность. Обеспечивают проведение работ от вскрыши до разработки отвердевшей глины, разрабатывают песчаный известняк, щебенистый грунт. Бульдозерное оборудование с полусферическим отвалом объединяет в себе высокую способность прямого отвала к внедрению в грунт сферического отвала и перемещать большие объемы материала за счет коротких боковых секций, установленных под углом к центральной секции, которые обеспечивают большую емкость и геометрическую форму, которая обеспечивает его ускоренное заполнение. Более высокая производительность при разработке грунта в сравнении с прямым отвалом. Корпус отвала выполнен в виде запертого силового контура, который повышает его прочность и надежность в работе, особенно при работе в перекошенном положении отвала. Бульдозерное оборудование со сферическим отвалом (рис. 1.4.) (индекс " К" (угольный), предназначенное для перемещение больших объемов легких и сыпучих масс с малым удельным весом: уголь, снег, торф и др. Сферический от- вал особенно эффективный для перемещения значительных объемов легких грунтов на большие расстояния. Он состоит из трех секций: центральной и двух боковых. Последние расположены под углом в плане до 25° к центральной секции. Выгнутая в плане форма отвала обеспечивает сдвиг грунта к середине отвала, это обеспечивает при транспортировке минимальные потери материала.
Раздел 2.
Конструкторский
Консультант: Ст.преподаватель Кафедры СДМО Смородов С.П.
2.1. Общий расчет бульдозера. 2.1.1. Исходные данные Мощность двигателя - 134,6 кВт; Средняя скорость перемещения: - транспортная - 12,5 км / ч; - рабочая - 0,5 м/с . Масса машины - 19,2 т. Масса оборудования – 2,4 т. 2.1.2. Выбор основных параметров трактора. Главный параметр бульдозера - номинальное тяговое усилие, под которым понимается самое большое тяговое усилие, которое реализовывается базовым трактором при работе по плотным грунтам с учетом догрузки от массы навесного оборудование при буксовании не выше 7% для гусеничных и 20% для колесных машин и скорости 2,5 - 3,5 км/ч. Это усилие определяется зависимостью: (2.1.) где Rcy - нормальная реакция грунта на движителе бульдозера в рабочем состоянии, Н. Rcy = (1,17 ... 1,22) Gб.м , (2.2.) где Gб.м - сила тяготения базовой машины, Н - коэффициент сцепления движителей с грунтом, соответствующий допустимому буксования движителей; Gб.м. = mб.м. g, (2.3.) где mбм - масса базовой машины, кг. Gб.м. = 19200*9,81 = 188 352 Н. Rcy = (1,17 ... 1,22)*188 352 = 229 789 Н. Тн. = 229789 * 0,8 = 183727 Н = 184 кH. Также номинальным тяговым усилием считают самое большое усилие, определенное чем мощности двигателя. Тяговое усилие определяется по формуле: , (2.4.) где N - мощность двигателя базовой машины, кВт; v - скорость движения базовой машины, км / ч; ήтp -коэффициент полезного действия трансмиссии: механической - 0,83… 0,86, гидравлической - 0,73...0 ,76. Принимаются ήтp = 0,75. Тяговое усилие принимаем рассчитанное за мощностью двигателя которое равно Тн = 121кН. Скорость обратного хода бульдозера. Скорость обратного хода бульдозера выбирается в зависимости от типа подвески базового трактора или подвески мостов колесного тягача и размещения центра тяжести машины. Рекомендованные значения скорости обратного хода при жесткой и балансирной подвеске гусениц составляют 6...10 км / ч. Так как подвеска гусениц балансирно-звеньевая выбираем скорость, которая равняется 10 км /ч. 2.1.3. Расчеты силовых и энергетических параметров бульдозерного оборудования. Исходные данные: ширина отвала, м - угол резания, - отвал вертикальный, - характеристики грунта: плотность, - предел прочности при динамической нагрузке, Па - угол внутреннего трения, - угол внешнего трения, - угол естественного откоса, - скорость движения базовой машины, м/с - глубина резания, м - Определяем средне-максимальную касательную силу резания: (2.5.) где - удельная сила резания в лобовой части прорези угла резания δ=45°, , ; (2.6.) φ-коэффициент, который учитывает угол резания,φ=2,05 за δ=60°. Fb - площадь лобовой части прореза, (2.7.) - коэффициент усредненного отношения удельной силы площадки затупления, - находим из таблицы, при ширине площадки затупления а=5см. (2.8.)
| 
