Курсовая работа (т): Проект модернизации бульдозера для расширения его технологических характеристик

где m - масса базового трактора;

g - ускорение свободного падения.

Отсюда

 кН.

 кН.

 кН.

Так как дополнительное навесное оборудование имеет массу 400 кг, то вес машины с модернизированным рабочим оборудованием

 кН

 кН.

Если мощность двигателя базовой машины не обеспечивает получение максимального тягового усилия по сцеплению с учётом догрузки от веса бульдозерного оборудования и работы со скоростью 2,5-3,0 км/ч, то за номинальное тяговое усилие принимается наибольшее возможное по двигателю тяговое усилие при скорости, близкой к указанным выше значениям.

При отсутствии у базовой машины передач со скоростью 2,5-3,0 км/ч или невозможности их использования на бульдозерных работах по условиям прочности номинальным считают наибольшее тяговое усилие на передаче, которая может применяться и обеспечивать скорость, близкую к указанным значениям.

3.2 Выбор скорости рабочего хода

Скорость рабочего хода бульдозера при отсутствии автоматизированного управления бульдозерным оборудованием и трактором выбирают в пределах 2,0-3,0 км/ч.

Скорости рабочего хода не могут превышать эти значения ввиду невозможности точного управления рабочим органом из-за утомляемости водителя при ручном управлении, отсутствия жесткой связи между опорной поверхностью гусениц и остовом трактора, ограниченного запаса крутящего момента двигателя, технологии выполнения работ и других факторов.

Копание грунта при скоростях рабочего хода, превышающих 2,0-3,0 км/ч резко повышает утомляемость водителя при почти неизменной эффективности бульдозера, даже при условии использования различного рода опорных устройств и лыж. Принимаем скорость рабочего хода 2 км/ч.

3.3 Выбор скорости обратного хода

Скорость обратного хода бульдозера выбирают с учётом типа подвески гусениц базового трактора и расположения центра тяжести машины.

Вследствие значительных продольных и поперечных колебаний бульдозера скорость обратного хода при полужёсткой и балансирной подвеске гусениц не может быть выше 6-7 км/ч, а при эластичной и балансирно-звеньевой - более 8-15 км/ч. Принимаем скорость обратного хода 9, км/ч.

Среднее статическое удельное давление на опорную поверхность определяем по формуле

,                                                (3.4)

где Lоп - длина опорной поверхности гусениц с учётом полного погружения почвозацепов;

В - ширина гусеницы (В=0,5м).

 кН;

3.4 Определение положения центра давления

Положение центра давления, т.е. точки приложения равнодействующей всех нормальных реакций грунта на гусеничный движитель бульдозера, определяется так.

Рисунок 17- Схема сил действующих на бульдозер, при определении координаты центра давления.

Если пренебречь лобовым сопротивлением движению гусениц, возникающим вследствие уплотнения грунта, а также действием сил инерции ходовой части и трансмиссии, то в общем случае центр давления бульдозера может быть определён по формуле (рис. 3)

,                            (3.5)

где Сcц - эксплуатационный вес бульдозера;

Rz - вертикальная составляющая результирующей сил сопротивления на отвале;

Rх - горизонтальная составляющая результирующей сил сопротивления на отвале;- равнодействующая всех нормальных реакций грунта на гусеницы;

d - расстояние от центра тяжести бульдозера до оси ведущей звездочки;

d1 - расстояние от точки приложения результирующей сил cопротив- ления на отвале до оси ведущей звездочки;

hR - высота точки приложения результирующей сил сопротивления на отвале.

При рабочем ходе бульдозера тяговое усилие базовой машины в связи с неточностью управления и переменным сопротивлением грунта копанию изменяется от нуля до максимально возможного значения. В среднем номинальное тяговое усилие бульдозера используется только на 60-70%. Учитывая это, при определении давления горизонтальная составляющая сил сопротивления на отвале Rx принимается равной

,                             (3.6)

где Тн6 - номинальное тяговое усилие бульдозера;

Кт - коэффициент использования тягового усилия (в средних грунтовых условиях при оптимальных параметрах профиля отвальной поверхности, обеспечивающих правильное прохождение процесса копания с непрерывным формированием и движением стружки принимают коэффициент использования Кт =0,6).

 кН,

Вертикальная составляющая результирующей сил сопротивления на отвале Rz находится из следующего выражения:

,                                    (3.7)

где φ - угол наклона результирующей сил сопротивления на отвале (φ = 17° вниз от горизонтали при копании грунта плотной структуры (рис. 4)).

Рисунок 18- Положение результирующей сил сопротивления на отвале.

 кН,

Расстояние от режущей кромки ножа отвала до точки приложения результирующей сил сопротивления на отвале определяем по формуле

,                                                       (3.8)

где Н - высота отвала.

 мм,

Отсюда

м.

С учётом модернизации центр давления смещается в сторону рабочего оборудования.

Отсюда

Положение центра давления характеризует распределение нормальных реакций грунта на опорные поверхности гусениц, а, следовательно, и тягово-сцепные качества базовой машины при работе с бульдозером.

3.5 Наибольшее возможное вертикальное давление на режущей кромке отвала

Удельные напорное и наибольшее вертикальное усилие на режущей кромке ножа отвала характеризуют возможность разработки бульдозером грунтов различной прочности.

Удельное напорное усилие на режущей кромке ножа отвала определяется из выражения

,                                                     (3.9)

где Тнб - номинальное тяговое усилие бульдозера;

В - длина отвала,

 Н/м;

С учётом модернизации

Наибольшее возможное вертикальное давление на режущей кромке отвала определяется из выражения

,                                                  (3.10)

где qв - удельное напорное усилие режущей кромки ножей отвала, qв=0,4;

F - опорная площадь режущей кромки ножей отвала

,                                                      (3.11)

где В - длина отвала;

t - ширина режущей кромки, t=0,015 (согласно [3]).

м2;

Отсюда

 кН/см2

3.6 Выбор длины и высоты отвала

Длина отвала бульдозера выбирается минимально возможной из расчета перекрытия габарита базовой машины по ширине или наиболее выступающих в стороны элементов толкающей рамы при любом положении отвала. Отвал должен перекрывать наиболее выступающие части базовой машины или толкающей рамы не менее чем 100мм с каждой стороны.

Это требование объясняется стремлением получить максимально возможные удельные напорное усилие и вертикальное давление на режущей кромке ножей, приходящиеся на 1 погонный см длины и 1 см2 опорной площади ножей отвала, и необходимостью обеспечения возможности беспрепятственной работы траншейным способом и "по одному следу".

Чем меньше длина отвала, тем большие удельные горизонтальное напорное усилие и вертикальное давление могут быть получены на режущей кромке ножей отвала и тем более прочный грунт может разрабатывать бульдозер. Повышение этих показателей способствует росту эффективности бульдозера и расширению его области применения.

При выборе длины отвала бульдозера следует также учитывать возможность его перевозки по железной дороге и на тракторах. Желательно, чтобы бульдозер мог быть перевезен по железной дороге без разборки. Однако соображения транспортировки не являются решающими при выборе длины отвала, и они не должны ограничивать выполнение указанных выше требований.

Длинный отвал отрицательно сказывается на развеске машины, ухудшает управление отвалом и внедрение его, в результате чего скорость рабочего хода уменьшается в больших пределах, чем при коротком отвале.

Применение съемных концевых частей на отвале позволяет также легче решить проблему транспортировки бульдозера по железной дороге. Принимаем длину отвала В=3420 мм.

Высота отвала определяется тяговым усилием бульдозера при скорости, требующейся для бульдозерных работ, параметрами профиля отвала и грунтовыми условиями, для которых в основном предназначается бульдозер.

Определение высоты отвала в зависимости от мощности двигателя базовой машины в большинстве случаев не дает точных результатов. Это объясняется тем, что мощность двигателей современных тракторов и других гусеничных базовых машин часто значительно выше, чем это требуется для получения определенного тягового усилия при скорости, на которой можно выполнять бульдозерные работы.

Принимаем высоту отвала H=1310 мм.

3.7 Определение производительности бульдозера

Бульдозер является машиной периодического действия, и его производительность определяется по формуле

,                                     (3.12)

где Vпр - объем призмы, перемещаемой бульдозером за один цикл, м3;

Т - время цикла бульдозера в мин.;

кв - коэффициент использования машины по времени, кв=0,85 ;

кc - коэффициент заполнения отвала, кc=1,2.

Перемещаемый объем призмы волочения зависит от геометрии отвала, наличия боковых закрылков, козырька. Для поворотных отвалов призмы волочения определяется по формуле

,                                         (3.13)

где Н - высота отвала в м;

В - ширина отвала в м;

р - коэффициент, учитывающий профиль отвала, р=0,92 (согласно [1]).

 м3,

Время цикла бульдозера определяется по формуле

,                                             (3.14)

где tпост - постоянная часть времени цикла на загрузку, разгрузку и реверсирование, tпост=0,5 мин. (согласно таблицы 2.13 [2]);

tпер - переменная часть времени цикла на движение в загруженном и порожнем состояниях;

Переменная часть времени цикла определяется по формуле

,                                  (3.15)

где Lзаг- путь движения машины в загруженном состоянии;

Lпр- путь движения машины в порожнем состоянии;

Vзаг- скорость движения машины в загруженном состоянии;

Vпр- скорость движения машины в порожнем состоянии;

Значения Lзаг, Lпр, Vзаг и Vпр находятся из таблиц 2.14 и 2.15 соответственно литературы [3],

Получаем,

 м3/ч

3.8 Определение пути и времени наполнения отвала

Типовая схема работы бульдозера представлена на рисунке 5. Бульдозер набирает грунт в начале участка на длине 1н а затем транспортирует его на расстояние 1тр. В конце участка грунт разгружается в отвал. За среднюю длину перемещения принимаем

,                                   (3.16)

 м, Фактический объём призмы волочения зависит от геометрических размеров отвала и свойств грунта:

,                                       (3.17)

где В - длина отвала;

Н - высота отвала;

K1- коэффициент, зависящий от характера и стыка, грунта, принимаем K1=0,8, исходя из рисунка 6.

Рисунок 19- Схема работы бульдозера бестраншейным способом.

Рисунок 20- Зависимость коэффициента К1; от значения Н/В:

- несвязные грунты I - II категорий; 2 - связные грунты I - II категорий.

Получаем,

 м3;

3.9 Определение рабочих сопротивлений

При транспортировании грунта отвалом бульдозера по горизонтальной площадке возникают следующие сопротивления:

W1 - резанию;

W2 - перемещению призмы грунта перед отвалом;

W3- перемещению грунта вверх по отвалу;

W4- движению бульдозера.

Сопротивление резанию определяем по формуле

,                                               (3.18)

где В - длина отвала бульдозера;

К - удельное сопротивление грунта лобовому резанию, K=80:

h - глубина резания в процессе перемещения призмы грунта.

 кН;

Сопротивление перемещению призмы волочения определяем по формуле

,                                        (3.19)

где Vф - фактический объём призмы волочения в плотном теле;

q - плотность грунта в плотном теле;

Получаем,

 кН;

Сопротивление от перемещения грунта вверх по отвалу определяем по формуле

,                                  (3.20)

где γ - угол резания;

fгм - коэффициент трения грунта по металлу, fгм=tgφ,

Получаем,

 кН;

Сопротивление перемещению бульдозера

,                                                 (3.21)

где С6 - суммарный вес трактора и бульдозера;