Бульдозерное оборудование

3.1 Расчёт основных  параметров бульдозера.

Главным параметром бульдозера является номинальное тяговое усилие Тн:

            Тн=3,6Nη/v₁ ,

где N-номинальная мощность двигателя , кВт;

       η=0,85-0,87- КПД трансмиссии на рабочей передаче ;

       v₁-рабочая скорость движения машины на первой передаче,                         км/ч ;

                       Тн=3,6·140·0,85/3,5=122,4 кН

Полученное значение Тн проверяем по условию сцепления  движения с грунтом:

                       Тн ≤ G_сц · φ_{сц ,}

где φ_сц -коэффициент сцепления;

       G_сц –сцепной вес бульдозера ,кН;

        Для гусеничного бульдозера  G_сц = G_б

       G_б-эксплуатационный вес бульдозера

                          G_б= G_т + G_н.о

где G_т – вес тягача ,кН;

       G_н.о – вес навесного оборудования, кН;

     Для бульдозерного  оборудования :

                         G_н.о =(0,17 · 0,22) G_т

 G_т =m_т ·g= 14030 · 9,81= 137634,3 Н= 137,64 КН;

 G_н.о = 0,2 · 137,64 = 27,53 кН;

 G_сц = G_б = 137,64 + 27,53 = 165,17 кН;

  тогда     Тн  ≤ G_сц · φ_{сц ,}

               122,4 ≤ 165,17 · 0,9;

                122,4 ≤ 148,65

Полученное значение Тн  условию сцепления движения с грунтом удовлетворяет.

Среднее статическое  удельное давление бульдозера на грунт:

q = G_б /(2·L_г·b) ≤ [q] ,

где L_г-длина опорной поверхности гусениц ,см;

        b – ширина гусеницы , см;

        [q] – допускаемое удельное давление на грунт для заданных                 

                 условий  работы (для гусеничных  бульдозеров   

                принимается  3,5-6,3  Н/см² ).

q = 148,65·10³/(2·284·48) = 5,45 Н/см²

Положение центра давления , т. е. точки приложения равнодействующей всех нормальных реакций грунта на движитель, определяется из следующих расчётных положений:

                          Рисунок  20. Положение центра давления .

R_x – горизонтальная составляющая результирующей сил сопротивления , действующих на отвал ;

R_z – вертикальная составляющая;

R_x = К_т ·Тн;

R_z = R_x · tgυ;

где υ-угол наклона результирующей к горизонту ( принимается      υ=0-17º соответственно для рыхлого и плотного грунтов).

К_т -  коэффициент использования тягового усилия (0,6-0,8);

h_R – высота приложения равнодействующей :

-для рыхлого грунта h_R = 0,27 Н

-для плотного грунта h_R = 0,17 Н

R_x = 0,7 · 122,4 = 85,68 кН

R_z = 85,68 · tg 17 = 26,19 кН

R_N = G_б + R_z = 165,17 + 26,19 = 191,36 кН

Координату Х , определяющую положение центра давления ,можно найти из рассмотрения уравнения равновесия системы ∑М₀ =0

   R_N ·Х- G_б ·Х₁- R_z · Х₂ + R_x · h_R =0

Х=(G_б·Х₁ + R_z·Х₂- R_x · h_R)/ R_N = (165,17·1,22 + 26,19·4,07-85,68·0,17)/191,36 =

= 0,57 м

Длина неповоротного  отвала принимаем из условия :

                    L = Вт +2Δ ,

где Вт- ширина трактора ;

        Δ=100-150 мм – величина перекрытия ;

       L = 3000 + 140 = 3140 мм;

Высота отвала с козырьком 1300 мм.

Длина отвала 3320 мм.

Рисунок 22. Схема по определению  параметров профиля отвальной поверхности. Основные параметры профиля отвала показаны на рисунке 22,

где Н—высота отвала без  козырька;

Уо — угол резания  при основной установке отвала;

ро — угол опрокидывания  при основной установке отвала;

8о — угол наклона  при основной установке отвала;

R — радиус кривой части отвальной поверхности.

Дополнительные параметры  профиля отвала следующие

Н_к,— высота отвала с козырьком;

Вк — угол установки  козырька при основном положении  отвала;

0₀— задний угол при основной установке отвала.

Основные параметры профиля отвальной поверхности

Угол, °;

резания.......................................................................55

наклона отвала.............................................................75

опрокидывания............................................................ 75

установки козырька....................................................... 75

Радиус кривой части  отвальной поверхности.................. 0,99Н

Длина прямой части внизу  отвальной поверхности..........3320 мм.

Диапазон регулирования угла резания при ручном его изменении и ±4—5°.

                  3.2 Тяговый расчёт

Суммарное сопротивление  движению бульдозера при копании  и перемещении грунта по горизонтальной поверхности .

W=W₁+W₂+W₃+W₄+W₅ ;

где W₁- сопротивление резанию грунта ,кН;

W₂ – сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом;

W₃ – сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу ;

W₄ - сопротивление перемещению бульдозера ;

W₅ – сопротивление трению ножа бульдозера о грунт(не  учитывается) .

             W₁= k· B· h₁ ,

             В=L – ширина срезаемой полосы грунта ;

              h₁ – глубина резания при перемещении призмы волочения

                     (0,05-0,06 м );

             k – коэффициент удельного сопротивления лобовому резанию,кН/м² ;

                W₁= 100·3,4·0,05= 17 кН;

                W₂  = V_пр · γ_г· μ₂ ,

где V_пр – объём призмы волочения ,м³;

       γ_г – объёмный вес грунта в плотном состоянии , кН/м³;

        μ₂ – коэффициент трения грунта по грунту

V_пр = В(Н+Н₁)²/(2К_пр ) ,

где Н – высота отвала, м;

       Н₁ – высота козырька, м;

      К_пр – коэффициент формы призмы , применяется в зависимости

от связности грунта и отношения Н/L

V_пр = 3,4(1,275+0,217)²/(2·0,9)=4,34 м³

                W₂  = 4,34 · 16 · 0,55= 38.19 кН ;

                W₃ = G_пр·cos ²v₀ · μ₁ = V_пр · γ_г· cos ²v₀ · μ₁ ,

где G_пр – вес призмы грунта ,кН;

       μ₁ – коэффициент трения металла по грунту ;

       W₃ = 4,34 · 16· cos ²55 · 0,8 = 18,28 кН;

        W₄  = G_б (f·cosα+ sinα) ,

где  α – угол наклона поверхности грунта ;

        f – коэффициент сопротивления передвижению машины ;

        W₄  = 165,17(0,09·cos10+ sin10)=43,32 кН;

   W= 17+38,19+18,28+43,32 =  кН

Условие тягового баланса  бульдозера :

 Тн = Р_к ≥ W

122,4 ≥ 116,79

Условие выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Прочностной расчёт.

4.1. Расчет на устойчивость.

Рисунок.23.Схема сил, действующих на нож отвала

Рисунок.24. Расчётная схема положения бульдозера при опирании на

кромку ножа отвала.

Расчетное положение I (рис. 23, а).

Внезапный упор в препятствие  средней точкой отвала при движении по горизонтальной поверхности; механизм подъема в положение закрыто. В средней точке на кромку отвала действует усилие

Р = ;

где h =0.85 к.п.д. трансмиссии, где φ_mах = 0,9 - максимальный коэффициент сцепления; v = 0,8 м/с - скорость на первой передаче;

С₀   -   суммарная   жёсткость   препятствия   и   системы   навесного оборудования, кН/м;

С =

где С₁ - коэффициент жесткости препятствия равный (10-130)х10³ кН/м

С₂ - коэффициент жёсткости системы навесного оборудования, кН/м,

С = G ;

a=90-100 - коэф. жесткости навесного оборудования на 1 кН веса трактора

С = 95 137,63=13169,85 кН/м;

С = = 5684,05 кН/м;

Р = =137,64 ^. 0,9 + 0,8 ^. = 349,78 кН;

Расчетное положение 2-5 (см. рис.23, б), [С₁ = (3,0-8,5)х10³ кН/м]

В процессе заглубления  отвала при одновременном движении вперёд по горизонтальной поверхности  трактор вывешивается на средней  точке отвала, при этом гидроцилиндры развивают усилие, достаточное для опрокидывания трактора относительно точки А (рис.24).

С = = 2443,41 кН/м;

Р = =137,64 ^. 0,9 + 0,8 ^. = 271,99 кН;

Расчетное положение III.

В процессе заглубления  отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивается на крайней точке (О1) отвала, при этом развивается усилие, достаточное для опрокидывания трактора относительно точки А (см. рис.24).

Кроме вертикального  и горизонтального усилий, определяемых как и для расчетного положения II, на нож отвала действует боковое усилие

Р_z=G_т = 47,19 кН;

Р_y= = =18,61 кН;

Где В —  ширина отвала

Р_х=(G_б-Р_z) =255,25 кН

Расчетное положение IV (см. рис. 23, в).

В процессе выглубления  отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивается на средней точке отвала, при этом развивается усилие, достаточное для опрокидывания трактора относительно точки В (см. рис.24).

Р_z=-G_т =-137,64 =- 68.82 кН;

Р_y=(G_б+P_z)j_max+J

P_x =T+J =28,7+0.8 =176,82 кН;

4.2. Расчет  металлоконструкции бульдозера.

Рисунок.25. Расчетная схема рабочего оборудования бульдозера.

Первое расчетное положение

Р_y= = =26,33 кН;

; R_a*z*b₃+P_y*sinab₁+P_ysina*(b₃*b₁)+P_z*b₃*l₂=0;

P_az= = =

= -16,93 кН;

; -R_cz*b₃-R_y*sina*b₁-P_y*sina*(b₃-b₁)=0;

R_cz= =-16,93 кН;

-R_ax*b₃+P_x*b+P_y*cosa*b₁+P_y*cosa*(b₃-b₁)=0;

R_ax= = = 112,62кН;

; R_cx*b₃-P_x*(b₃-b)-P_y*cosa*b₁-P_y*cosa*(b₃-b₁)=0;

R_cx= = 112,62 кН;

 

Рисунок 26. Пространственная расчетная схема отвала бульдозера.

 

 

 

Схема сил, действующих  на элементы отвала, бульдозера.

Из равновесия бруса  АВ:

-R_пл*sinb*(l₁-l₂)-R_az*l₁=0;

R_пл= = 59,56 кН;

l₂=-1.38+3.15=1.4м;

Из равновесия бруса  СD:

; -R_пл*sinb*(l₁-l₂)*R_cz*l₁=0;

R_пл= = =59,56 кН;

Проецируя силы на ось Z₁ получим:

из AB: ;  R_bz=R_пл*sinb+R_az=59,56*sin30-16,33=13,45 кН;

из СD: ; R_dz=R_пл*sinb+R_cz=59,56*sin30-16,33=13,45 кН;

Рассмотрим брус AB:

; R_ay=R_by=R_рп=0;

; R_bx=R_ax+R_пл*cosb=112,62+59,56*cos30=164,20;

Рассмотрим равновесие отвала:

; R_пл*sin60*b₃-R_bx*b₃+P_y*cosa*(b₃-b₁)+P_y*cosa*b₁-R_рп*sin45*b₂=0;

R_рп= = =-597,24 кН;

Рассмотрим равновесие бруса CD;

; R_cy*l₁+R_рп*sinj*(l₁-l₃)=0; l₃=l₁-b₂=3.1-0.8=2.3 м;

R_cy= = =108,98 кН;

-R_dx-R_рп*cosj+R_пп*cosb+R_cx-P_x=0;

R_dx=597,24*cos45+59,56*cos30+112,62-349,78= 236,73 кН;

R_dy*l₁-R_рп*sinj*l₃=0; R_dy= =313,33 кН;            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет толкающего бруса CD;

Проекция на вертикальную плоскость:

 

                    R_cz=16,93 кН                    R_пп^у R_пп=59,56 кН          R_dz=13,45 кН 

             R_cx

                                                   R_пп^x                                  R_dx

                                          1.4                                  1.7

                                                                               13,45кН  R_пп^у=R_пп*sin30=59,59sin30=29,78 кН

                 0                                                             

      16,93 кН                          

                 0                                                                              0

                                                            

                                                                  23,7 кН*м

                     R_cy=108.98                    R_рм^у     R_р^п=597,24      

      R_{cx                                                                                          Rрп}^х              R_dy=313,33

                                   2.3                                0.8      ^R_dx   

 

                                                                                  313,33 кН

 

        108,98                                                      

                 0                                                                0     

   

                                                                   250,66 кН*м

Сталь 3 =160 Мпа; =0.6* =0.6*546=327 Мпа;

W_тр= = =1,57*10^-3 м³;

W_тр= = = 0,15*10^-3 м³;

Примем d_ст=20 мм; d_п=30 мм;

h_опт= = =0.34 м;

b_опт= = =0,087 м;

= =

=2,58*10^-3 м^4;

W_x= = м³;