Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Пермский государственный технический университет"

Кафедра подъемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования

Расчетная работа

Выполнил: студент гр. СДМ 05-1 Хатмуллин Ф.Ф.

Проверил: Белоногов Л.Б.

ПЕРМЬ 2009

Задание 1. Определение производительности и тяговый расчет бульдозера D7G "CAT"

Исходные данные:

Масса бульдозера m=16000 кг;

Мощность двигателя N_дв=200 л.с.;

Скорость передвижения вперед V_тр=3,7-9,9 км/ч;

Скорость передвижения назад V_наз=4,5-11,9 км/ч;

Ширина отвала В=3650 мм;

Высота отвала H=1270 мм;

Длина перемещения L_пер=70 м;

Грунт-глина;

Плотность грунта =1600 кг/м³;

Коэффициент разрыхленности К_разр=1,3;

1. Определение тягового усилия по мощности двигателя:

Т_сцТ_N

T_N-тяговое усилие при заданной скорости:

T_N=, кН;

где: = КПД машины = 0,83

N_дв =200л.с.=148кВт мощность двигателя

U- скорость перемещения машины

T_N=, кН;

2. Определение силы тяги по сцеплению:

Т_сц=G_сц, кН;

где: G_сц-сцепной вес бульдозера

_сц-коэффициент сцепления _сц=0,9

G_б.м= mg=160009,8=156.8 кН;

G_сц=1,22 G_б.м=1,22156,8=191,3 кН;

Т_сц=191,30,9=172,2 кН;

Т_сц> T_N >

3. Определение суммарного сопротивления:

=W₁+W₂+W₃+W₄+W₅;

а) Сопротивление резанию.

W₁=kВh;

где: k-коэффициент удельного сопротивления грунта резанию k=120кПа

В- ширина отвала.

h- толщина срезаемого пласта

h=0,09h_отв=0,091270=114.3 (мм) =0.1143 (м)

W₁=1203.650,1143=50,06 кН.

б) Сопротивление призмы волочения.

W₂=0,5g₂sin;

где: ₂- сопротивление грунта по грунту. ₂=0,6

- угол естественного откоса грунта =45°.

W₂=0,518009,80,60.81=25,23 кН;

в) Сопротивление перемещения призмы вверх по отвалу

W₃=0,5ВН²gcos²_р1;

где: ₁- сопротивление грунта по отвалу ₁=0,9

_р-угол резания _р=55^о

W₃=0,51.27²3.651800cos²550,99,8=15,36 кН.

г) Сопротивление трения ножа отвала о грунт.

P_зат - удельное сопротивление от затупления, зависящее от ширины площадки и категории грунта

W₄= P_затB,

W₄=10003,65=3,65кН

д) Сопротивление призмы волочения грунта движению

W₅=G_прf

f - коэффициент сопротивления качения, f=0,06

W₅= 0,5ВН²gf=0,53,651,271,2718009,80,06=3,1 кН

=50,06+25,23+15,36+3,65+3,11=97,41 кН

Т_сц> T_N > 172,2 >107,4>97,41 кН

Условие тягового расчета выполняется.

4. Определение запаса тягового усилия по сцепному весу

Т'_сц=Т_сц-( W₂+W₃+W₄+W₅)

Т'_сц=172,2 -(25,23+15,36+3,65+3,11)= 124,85кН

5. Запас тягового усилия по мощности двигателя:

Т'_маш=Т_N-( W₂+W₃+W₄+W₅)

Т'_маш=107,4-(25,23+15,36+3,65+3,11)= 60,05 кН

6. Определение толщины стружки:

а) в начале набора грунта

h₁=Т'_м /В*К=60,05/3,65*120=0,14 м

б) в конце набора грунта

h₂=Т'' /В*К

Т''= Т_N-( W₄+W₅)= 107,4-(3,11+3,65)=100,64 кН

h₂=100,64/3,65*150=0,23 м

7. Определение фактического объема грунта призмы:

V_пр=0,5*Н*ЧВ / tg ц=l₁*В*h_ср

l₁ - длина участка набора грунта

l₁ =0,5*Н²/ tg ц* h_ср=0,5*1,27²/1*0,185=4,36м

V_пр=4,36*3,65*0,185=2,94 м³

5. Выбираем скорости движения на участках:

V_н = 4 км/ч - при наборе

V_тр =6 км/ч - при транспортировании

V_зад=10 км/ч - при движении задним ходом

6. Определение продолжительности цикла:

T_ц=t₁+ t₂+ t₃+ t₄

а) продолжительность набора грунта

t₁=3,6*l₁ / V_н=3,6*4,36 /4=3,9 с

б) время транспортировки

t₂=3,6*l_тр / V_тр=3,6*70 /6=42 с

в) время движения задним ходом

t₃=3,6*l_тр / V_зад=3,6*70 /10=25,2 с

г) время дополнительное ( переключение скоростей, поворот и т.д.)

t₄=30…40 с , принимаем t₄=30 сб t_ц=3,9+42+25,2+30=101,1с

7. Определение числа циклов за час работы:

n=3600 / t_н= 3600 / 101,1=35,6 ? 36 цикла

8. Определение технической производительности бульдозера:

П_Т=(0,5*Н²*В / tg ц)*ш*n* К_кв* (1/К_р)

Ш - коэффициент потерь грунта на боковые валки , Ш = 0,75

К_р - коэффициент разрыхления грунта , К_р=1,3

П_Т=(0,5*1.27²*3.65/1) *0,75*36*(1/1,3)=61 м³/ч

9. Эксплутационная производительность:

П_Э= П_Т* К_В* К_КВ

К_В - коэффициент использования машины по времени , К_В=0,85

К_КВ - коэффициент учитывающий квалификацию , К_КВ=0,9

П_Э=61*0,85*0,9=46,7 м³/ч

Задание 2. Определение усилия и производительности рыхлителя

Исходные данные:

Заглубление h_р=0,7 м;

Глубина промерзания h_пром=1 м;

Ширина наконечника S=10,5 см;

Угол рыхления

Масса рабочего органа m_р.о=6,2 т;

Количество зубьев z=1;

Длина пути забора грунта l₁=10 м;

1. Определение усилия рыхлителя:

, кН

где: С_уд-количество ударов ударника ДОРНИИ С_уд=100

коэффициент характеризующий свободное резание

коэффициент характеризующий заточку

кН

2. Определение производительности рыхлителя:

а) Определение транспортной производительности.

м³/ч

Где: V- скорость V=2,6 км/ч =0,72 м/с

h_р- глубина рыхления h_р=0,7 м

в_р- ширина рыхления в_р= zh_р=10.7=0.7 м

Z- количество зубьев Z=1

К₁- коэффициент снижения рабочей скорости равен 0,8

К₂- коэффициент уменьшения толщины рыхления грунта равен 0,7

К₃- число проходов по одному месту К₃=2

К₄- число проходов в поперечном направлении К₄=3

Время набора грунта

с

м³/ч

а) Определение эксплуатационной производительности.

м³/смен

Где: К_в- коэффициент использования техники равен 0,85

м³/смен

При толщине разрабатываемого слоя грунта H=1 м

Определим площадь разрабатываемого участка

м²

L= м

Определим время цикла

;

c; с;

дополнительное время для подготовки, переключение скоростей,естественные нужды t₄= 40 с.

с

Определим число циклов за час работы

Определим коэффициент потерь грунта при транспортировании

Определим производительность бульдозера

м³/ч

К_р- коэффициент разрыхленности равен 1,45

м³/ч

Определим время выталкивания

часа.

Задание 3. Тяговый расчет и определение производительности скрепер

Исходные данные:

Ширина ковша В=3,04 м;

Высота стружки h_стр=0,3 м;

Масса скрепера m=11000 кг;

Вместимость ковша q=10 м³;

Расстояние перемещения грунта L _перем=500 м; i=0,03; 2000 кг/м³;

грунт-глина;

Расстояние разгрузки L_разгр = 12м

Мощность двигателя N_дв=200 л.с.;

1. Тяговый расчет

Должно выполняться условие:

тяговое усилие при заданной скорости определяется по формуле:

, ;

V=2,6 км/ч =0,72 м/с

кН

сила тяги по сцеплению, определяется по формуле:

, Кн

_сц- коэффициент сцепления _сц=0,9

G_сц-сцепной вес

G_сц=G_{б.м. сц}+G_{скр сц}

G_{б.м. сц}- сцепной вес базовой машины равен 173,1 кН

G_{скр сц}- сцепной вес скрепера

G_{скр сц}=mg=110009.8*1,2=129,36 кН

G_сц=129,36+188,16=317,52 кН

кН

суммарное сопротивление

=W₁+W₂+W₃+W₄+W₅ , кН

а) Сопротивление резанию.

W₁=kbh, кН

где: k-коэффициент удельного сопротивления грунта резанию k=70 кН/м²

b- ширина срезаемого слоя в=3,04 м

h- толщина срезаемого слоя h=0,3 м

W₁=700003,040,3=63,8 кН

б) Сопротивление перемещению призмы волочения перед скрепером

W₂=ybH²g кН

где: ₂- сопротивление грунта по грунту. ₂=0,5, y=0,5;

H-высота слоя грунта в ковше равна 1,5 м

плотность грунта равна 2000 кг/м³

W₂=0,53,041,5²20009,8(0,5-0,03)=31,5 кН

в) Сопротивление от веса срезаемого слоя грунта, движущегося в ковше, кН

W₃=bhHg =3,040,31,520009,8=27,7 кН

г) Сопротивление от внутреннего трения грунта в ковше

W₄=bH²Xg кН

где: X-коэффициент, учитывающий влияние рода грунта равен 0,3

W₄=3,041,5²20000,39,8=40,2 кН

д) Сопротивление движению скрепера

W₅= (G_скр+G_гр) (f)

где: f-коэффициент сопротивления качения f=0,2

G_скр- вес скрепера, кН, G_гр- вес грунта в ковше, кН

К_р= коэффициент разрыхления грунта в ковше скрепера равен 1,3

G_гр =кН

W₅= (107,8+150,7) (0,2-0,03)=44 кН

=63,8+31,5+27,7+40,2+44=207,2 кН

Мощности двигателя тягача не достаточно для набора грунта, по этому данный скрепер может применяться только в паре с толкачом.

2. Определение производительности скрепера

м³/ч

где: q- геометрическая вместимость ковша равна 10 м³

К_В- коэффициент использования рабочего времени 0,85

К_Р- коэффициент рыхления 1,3

К_Н- коэффициент наполнения 0,8

Т_Ц- продолжительность цикла, с

где: l₁- длина пути заполнения равна 13 м

U₁- скорость движения при заполнении ковша равна 0,72 м/с

L₂- длина пути транспортирования грунта равна 500 м

U₂- скорость движения груженого скрепера равна 2,5 м/с

L₃- длина пути разгрузки равна 12 м

U₃- скорость движения скрепера при разгрузке равна 2 м/с

l₄- длина пути порожнего скрепера равна 525 м

U₄- скорость движения порожнего скрепера равна 2.75 м/с

t_доп-время на подъем и опускание ковша, переключение скоростей

t_доп= 30 с.

Определим длину пути, заполнения ковша скрепера

l₁= м

где: К_П- коэффициент, учитывающий потери грунта при образовании призмы волочения и боковых валиков К_П=1,3

l₁= м

с

м³/ч

Задание 4. Перерасчет показателей бульдозера по формуле Зеленина

Исходные данные:

Натуральные размеры: В_Н=3,65 м; H_Н=1,27м;

Размеры модели: В_М=0,8 м; H_М=0,4 м; h_М=5 см; С_М=1; =55^о; 1600 кг/м³; 0.7;

1. Определим масштаб:

К_С= - по высоте

К_С= - по ширине

Средний масштаб К_С=4

2. Перерасчет натуральных параметров:

H_Н= К_СH_М=40,4=1,6 м

В_Н= К_С В_М=40,8=3,2 м

С= К_СС_М=41=4

h_стр= К_Сh_М=45=20 см = 0,2 м

h_М- толщина стружки создаваемая отвалом модели

Суммарное усилие

а) в пересчете

В-ширина отвала равна 3,65 м

угол резания равен 55^о

К_СЖ- коэффициент сжатия равен 0,02156 н/м²

V_ПР- объем призмы

V_ПР= м³

К_ПР- коэффициент зависящий от характера грунта равен 0,85

пригрузочный коэффициент, зависящий от высоты бульдозерного отвала равен 2

3. Определим max погрешность:

- суммарное сопротивление, возникающие при лобовом резании и транспортировании грунта по горизонтальной поверхности, из первого расчетного задания =111,6 кН

4. Определение сопротивления перемещения:

G_СЦ- сцепной вес , G_СЦ=G_БМ1,22=156,81,22=191,3 кН

f- коэффициент сопротивления качению равен 0,06

кН

5. Определение мощности на процесс копания:

кВт

N_ДВ- мощность двигателя , N_дв=147,2кВт

Мощность по сцеплению

коэффициент сцепления равен 0,9

кВт

N_СЦ > N_ДВ > N

205 > 147,2 > 92,5

Бульдозеры рыхлители

Бульдозеры-рыхлители оснащаются одно- и трезубым навесным рыхлительным оборудованием заднего расположения с гидравлическим управлением. Рыхлительное оборудование навешивают на гусеничные бульдозеры с тягачами классов 10, 25, 35, 50 и 75 мощностью 118...636 кВт.

Главным параметром бульдозеров-рыхлителей является тяговый класс базового трактора.

Крепление рыхлителей осуществляется к остову базового трактора или к корпусу его заднего моста. Технические характеристики бульдозеров-рыхлителей приведены в табл. 1 и 2.

Бульдозеры-рыхлители применяют для предварительного послойного рыхления и перемещения плотных каменистых, мерзлых и скальных грунтов при устройстве строительных площадок, рытье котлованов и широких траншеи, а также для взламывания дорожных покрытий. Разрушение грунтов и пород происходит при поступательном движении машины и одновременном принудительном заглублении зубьев рабочего органа до заданной отметки. В процессе рыхления массив грунта разделяется на куски (глыбы) таких размеров, которые удобны для последующей их эффективной разработки, погрузки и транспортирования другими машинами.

Рыхление производят параллельными резами по двум технологическим схемам: без разворотов у края площадки с возвратом машины в исходное положение задним ходом (челночная схема) и с поворотом рыхлителя в конце каждого прохода (продольно-поворотная схема). Челночная схема наиболее рациональна при малых объемах работ в стесненных условиях, продольно-поворотная - на участках большой протяженности. Максимальные величины глубины и ширины захвата рыхления, рабочих скоростей движения и число зубьев рыхлителя определятся тяговым классом базовой машины.

Наименьшая глубина рыхления за один проход должна на 20...30 % превышать толщину стружки грунта, разрабатываемого землеройно-транспортными машинами, в комплексе с которыми работает рыхлитель. Рыхление высокопрочных грунтов осуществляется, как правило, одним зубом.

Рабочий орган рыхлителя состоит из несущей рамы, зубьев, подвески и гидроцилиндров управления. Зубья имеют сменные наконечники, лобовая поверхность которых защищена износостойкими пластинами для защиты от абразивного износа. Для интенсификации процесса рыхления на зубья рыхлителей устанавливают уширители, которые позволяют за один проход разрушать большие объемы материала и выталкивать каменные глыбы на поверхность. Уширители обеспечивают более устойчивое движение базового трактора и работу рыхлителя, практически сплошное разрушение материала между соседними бороздами, снижение общего количества проходов.

Зубья выполняют неповоротными, жестко закрепленными в карманах рамы и поворотными в плане (на угол 10... 15° в обе стороны) за счет их установки в специальных кронштейнах - флюгерах, прикрепляемых к раме шарнирно. Поворотные зубья способны обходить препятствия, встречающиеся в грунте. Подвеска рыхлителя к базовой машине - четырехзвенная (параллелограммная) с регулируемым углом рыхления. Такая конструкция рыхлительного оборудования обеспечивает получение оптимальных параметров рыхления, как при заглублении, так и при установившемся рыхлении.

Бульдозеры-рыхлители имеют максимальную ширину захвата (при трех зубьях) 1780.. .2140 мм. Производительность навесных рыхлителей на грунтах IV, V категорий 60... 150 м³/ч, средняя рабочая скорость движения 2,5...5 км/ч.

Эксплуатационная производительность, м³/ч, навесного рыхлителя

П_э = 3600 Vk_в/ Т_ц,

где V - объем фунта, разрыхленного за цикл, м ; Т_ц - продолжительность цикла, с; k_в - коэффициент использования машины по времени:

V = Вh_срl,

где В - средняя ширина полосы рыхления, зависящая от числа, шага и толщины зубьев, угла развала (15...60°) и коэффициента перекрытия (0,75...0,8) резов, м; h_ср - средняя глубина рыхления в данных грунтовых условиях, м; l - длина пути рыхления, м.

При челночной схеме работы рыхлителя

Т_ц = (l/v_р) + (l/v_x) + t_с + t₀,

где V_р и v_х - скорости движения машины соответственно при рыхлении и холостом (обратном) ходе, м/с; t_с - время на переключение передачи (t_с ? 5 с); t₀ - время на опускание рыхлителя (t₀ ? 2...5 с).

При разработке участка продольными проходами с разворотами на концах времени цикла добавляется t_р - продолжительность разворотов трактора в конце участка, а время холостого хода исключается.

Дальнейшее развитие навесных рыхлителей направлено на создание машин повышенной единичной мощности, улучшение параметров оборудования, повышение эффективности работы, износостойкости, надежности и срока службы наконечников зубьев, гидрофиксацию перестановок зубьев рабочего орган; создание рабочих органов, активно воздействующих на разрыхляемый грунт помощью удара, взрыва, вибрации и т. п.

Бульдозер-рыхлитель (рис. 1) состоит из базового трактора 2, бульдозерного оборудования с отвалом 1 и рыхлительным оборудованием. Рыхлительное оборудование состоит из опорной рамы 3, жестко прикрепленной к заднем мосту базового трактора, тяги 4, рабочей балки 6 с жестко закрепленным сменным зубом 7, нижней рамы 8 и двух гидроцилиндров 5 управления рыхлителем. Зуб состоит из стойки, сменного литого наконечника 9 с износостойкой накладкой. В стойке имеются отверстия, позволяющие изменять вылет зуба относительно рабочей балки при изменении глубины рыхления. На зуб могут быть установлены уширители. Гидроцилиндры управления рыхлителем работают с гидросистемы базового трактора и обеспечивают опускание, принудительно заглубление и фиксацию зуба в определенном рабочем положении, а также его подъем при переводе в транспортное положение.

Бульдозеры-рыхлители тягового класса 10 базируются на тракторах ТО10М, Т-10С и предназначены для рыхления с последующим перемещением к месту укладки мерзлых грунтов сезонного промерзания, разборных скальных грунтов, грунтов повышенной прочности, а также взламывания асфальтовых покрытий дорог и улиц.

Рис. 1. Бульдозер-рыхлитель

Бульдозерно-рыхлительные агрегаты тяговых классов 15 и 20 базируются ее ответственно на тракторах Т-15.01 и Т-20.01 и предназначены для разработки мерзлых грунтов и трещиноватых скальных пород. Агрегаты оснащаются сферическими (U), полусферическими (SU), прямыми (S) отвалами с гидроперекосом и трезубыми рыхлителями с регулируемым углом рыхления.

Бульдозеры-рыхлители тягового класса 25 агрегатируются с гусеничными тракторами ДЭТ-250М2 и Т-25.01 и предназначены для разработки мерзлых грунтов с большим количеством каменистых включений и трещиноватых скальных грунтов.

Бульдозер-рыхлитель ДЭТ-250М2Б1Р1 (рис. 2) состоит из базового трактора ДЭТ-250М2 2, бульдозерного оборудования 1 и заднего рыхлительного оборудования.

Рис. 2. Бульдозер-рыхлитель ДЭТ-250М2Б1Р1

Однозубое рыхлительное оборудование бульдозера ДЭТ-250М2Б1Р1 с четырехзвенной подвеской состоит из верхней 3 и нижней 7 тяг коробчатого сечения, рабочей балки 4, с жестко закрепленным сменным зубом, механизма изменения вылета стойки зуба и двух диагонально расположенных гидроцилиндров управления рыхлителем 6. Гидроцилиндры работают от гидросистемы базового трактора и обеспечивают опускание, принудительное заглубление и фиксирование рыхлителя в определенном рабочем положении, а также подъем его при переводе в транспортное положение.

Для подвески рыхлительного оборудования служат корпус заднего моста базового трактора с проушинами для крепления нижней тяги и два кронштейна для крепления верхней тяги.

Зуб 5 представляет собой удлиненную стойку со сменным и литым наконечником с износостойкой накладкой и стопорным устройством крепления накладки наконечника. Стойка зуба крепится в коробе рабочей балки 4с помощью фиксирующего пальца.

Бульдозер с рыхлителем на тракторе Т-25.01 (рис. 3, а) имеет неповоротное бульдозерное оборудование в полусферическом или сферическом исполнении с гидроперекосом и механизмом компенсации в виде поперечной штанги.

Рыхлительное оборудование в однозубом и многозубом исполнениях (рис. 3, б) состоит из унифицированных опорных кронштейнов, нижней тяги, гидроцилиндров подъема-опускания и регулировки угла рыхления.

Рабочая балка однозубой модификации имеет одно центральное отверстие для установки зуба увеличенного, наибольшего заглубления. В зубе предусмотрены четыре отверстия с шагом 0,23 м, что допускает регулировку максимального заглубления зуба в широких пределах. Перестановка стойки в одно из отверстий производится с использованием механизма, управляемого из кабины машиниста. Литые защитные накладки зуба унифицированы для обеих модификаций рыхлительного оборудования.

Рис. 3. Бульдозер-рыхлитель на базе трактора Т-25.01: а - общий вид; б - рыхлительное оборудование; 1 - бульдозерное оборудование; 2 - трактор; 3 - рыхлительное оборудование; 4 - опорный кронштейн; 5 - гидроцилиндр подъема-опускания рыхлителя; 6 - гидроцилиндр изменения угла рыхления; 7- рабочая балка; 8 - буферное устройство; 9 - зуб; 10 - защитная накладка; 11 - наконечник; 12 - механизм перестановки стойки зуба; 13 - нижняя тяга

Управление бульдозерным и рыхлительным оборудованием осуществляете двумя секционными распределителями. Гидроцилиндры подъема-опускания бульдозерного оборудования и перекоса отвала управляются от одного гидрораспределителя, а гидроцилиндры подъема-опускания рыхлительного оборудования и регулировки угла рыхления - от другого. Гидроцилиндры бульдозер оборудованы клапанами конечного хода и быстрого опускания.

Бульдозеры-рыхлители тягового класса 35 на базе гусеничных тракторе Т-35.01 предназначены для разработки тяжелых мерзлых и скальных грунта при температуре воздуха до - 60 °С.

Рис. 4. Бульдозер-рыхлитель на базе трактора Т-35.01: 1 – бульдозерное оборудование (полусферический отвал); 2 - трактор; 3 - опорный кронштейн; 4 - гидроцилиндр регулировки угла рыхления; 5 - рабочая балка; 6 - буферное устройство; 7- зуб; 8 - гидроцилиндр подъема-опускания рыхлителя; 9 - нижняя тяга

Бульдозер-рыхлитель на базе трактора Т-35.01 (рис. 4) имеет бульдозерное оборудование с неповоротным отвалом полусферической (или сферической) формы, гидроперекосом и механизмом компенсации перекоса, аналогичное бульдозерному оборудованию на тракторе Т-25.01. Рыхлительное оборудование с регулируемым углом рыхления аналогично рыхлительному оборудованию на тракторе Т-25.01.

Бульдозерно-рыхлительный агрегат тягового класса 50 на базе трактора Т-50.01 предназначен для разработки тяжелых скальных и мерзлых грунтов при низких температурах окружающего воздуха. Агрегат оборудуется полусферическим отвалом с гидроперекосом, одно- или трезубым рыхлителями с регулируемым углом рыхления.

Бульдозерно-рыхлительный агрегат тягового класса 75 имеет бульдозерное оборудование с полусферическим неповоротным отвалом и однозубое рыхлительное оборудование с регулируемым углом рыхления, которое смонтировано на базе трактора Т-800. Агрегат предназначен для разработки особо тяжелых мерзлых фунтов и скальных пород в условиях низких температур.