ЗМІСТ
1. Опис застосування машини
2. Вихідні параметри
3. Визначення основних навантажень
4. Визначення параметрів розрахункового перерізу
5. Визначення показників низькочастотного навантаження
6. Визначення показників високочастотного навантаження
7. Визначення довговічності металоконструкції
8. Визначення ресурсу металоконструкції
Список літератури
1. ОПИС ЗАСТОСУВАННЯ МАШИНИ
Бульдозер – машина циклічної дії, призначена для копання, переміщення та укладання ґрунту на відстань 10 – 150 м, іноді - до 200 м. Також він може виконувати планувальні роботи і застосовуватися в якості штовхачів у скреперних загонах при проведенні інших допоміжних робіт.
Бульдозер складається з базового трактора (колісного або гусеничного), який агрегується робочим обладнанням у вигляді відвалу (поворотного чи неповоротного, прямого чи U-подібного) або причіпним обладнанням (корчувальником, кущорізом).
При виконанні об’ємних земельних робіт робочий цикл бульдозера складається з зарізу та набору ґрунту, переміщення призми волочіння, розвантаження ґрунту та холостого ходу.
2. ВИХІДНІ ПАРАМЕТРИ
Таблиця 1.1
Вихідні параметри бульдозера Dressta TP-20H STD з SU-відвалом
| Параметри | Позначення | Значення параметрів |
| 1 | 2 | 3 |
| Марка машини | Dressta TD-20H STD (SU-відвал) | |
| Тип бульдозера | - | Неповоротний |
Параметри відвалу, м: - довжина - висота |
В Н |
3,5 1,49 |
| Кут різання, град | б | 55 |
| Кут установки у плані, град | г | 90 |
| Максимальне заглиблення, м | hз
|
0,439 |
| Система керування робочим органом | - | Гідравлічна |
| Швидкість підйому відвалу, м/с | vп
|
0,25 |
| Маса бульдозерного обладнання, кг | mбо
|
3324 |
| Марка базового трактора | На власному шасі | |
| Тяговий клас трактора, кН | Тт
|
150 |
| Потужність двигуна, кВт (к.с.) | Nдв
|
245 (333) |
| Тип ходового обладнання | - | Гусеничний |
Швидкість руху, м/с - робоча (I передача) - транспортна - заднього ходу |
vр
vтр
vзх
|
1,11 1,4 3,33 |
| Маса машини, кг | mб
|
23740 |
| Довжина машини, м | Lб
|
6,870 |
| Ширина гусениці, м | lг
|
0,559 |
Таблиця 2.1
Характеристика розроблюваних ґрунтів
| Параметр, одиниця вимірювання | Позначення | Значення параметрів по категоріях ґрунтів | ||
| II | III | IV | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Тип ґрунту | - | суглинок | глина м’яка | глина важка |
| Кількість ударів щільноміром ДорНДІ | n | 6 | 12 | 20 |
| Щільність ґрунту у природному стані, кг/м3
|
д | 1750 | 1950 | 2000 |
| Кут внутрішнього тертя, град | с | 37 | 40 | 42 |
| Кут природного уклону, град | - | - | - | - |
| Кут зовнішнього тертя ґрунту по сталі, град | ц | 30 | 32 | 35 |
| Питомий опір ґрунту різанню, кН/м2
|
k | 90 | 122 | 180 |
| Коефіцієнт розпушення | Кp
|
1,2 | 1,25 | 1,3 |
| Коефіцієнт опору пересуванню | f | 0,1 | 0,09 | 0,08 |
| Коефіцієнт зчеплення | цc
ц |
0,9 | 1 | 1,1 |
Таблиця 3.1
Характеристика матеріалу робочого обладнання
| Параметр | Позначення | Значення параметру |
| 1 | 2 | 3 |
| Марка сталі | - | 30 |
| Тимчасовий опір, МПа | ув
|
500 |
| Границя текучості, МПа | ут
|
260 |
| Границя витривалості, МПа | у-1
|
165 |
| Допустиме напруження при розтягненні, МПа | [у] | 176 |
3 ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ НАВАНТАЖЕНЬ
3.1 Визначення номінального тягового зусилля
, (3.1)
де - швидкість машини на I-й передачі, м/с;
- ККД трансмісії,
кН
Вага бульдозера
, (3.2)
де м/с2
– прискорення вільного падіння
кН
3.2 Визначення максимальної та мінімальної глибини різання
Максимальна глибина різання
, (3.3)
де ,
- коефіцієнт опору руху,
- коефіцієнт, що враховує вплив кута різання на питомий опір копанню ґрунту, для кута 55°
м;
м;
м.
Обсяг призми волочіння
, (3.4)
м3
;
м3
;
м3
.
Мінімальна глибина різання
, (3.5)
м;
м;
м.
Середня глибина різання
,
м;
м;
м.
3.3 Визначення складових загального опору копанню
, (3.6)
де - опір переміщенню машини з врахуванням уклону;
- опір ґрунту різанню;
- опір переміщення ґрунту;
- опір переміщення стружки ґрунту по відвалу.
кН;
кН;
кН.
3.4 Визначення динамічного навантаження
Зведена жорсткість
, (3.7)
де - інтенсивність зростання опорів копанню, Н/м;
, (3.8)
де - інтенсивність зростання опору різанню, Н/м;
- складова інтенсивності зростання опорів копанню, що характеризує нагромадження ґрунту перед відвалом, Н/м.
Для процесу примусового заглиблення ножа інтенсивність зростання опору різанню
, (3.9)
де - поправковий коефіцієнт, який враховує вплив роду ґрунту та конструкції ходових частин бульдозера на нахил траєкторії заглиблення робочого органу;
- ширина ножа, м;
- швидкість проникнення ножу у ґрунт, для машин з гідравлічним керуванням робочим органом дорівнює швидкості підйому відвалу , м/с;
- швидкість бульдозера в момент зустрічі з перешкодою, що дорівнює швидкості руху машини в процесі копання ґрунту (I робоча передача) , м/с.
кН/м;
кН/м;
кН/м.
Складова інтенсивності зростання опорів для випадку заглиблення ножа
, (3.10)
кН/м;
кН/м;
кН/м.
Тоді інтенсивність зростання опорів копанню для ґрунтів II – IV категорії дорівнює
кН/м;
кН/м;
кН/м.
Жорсткість металоконструкції машини:
, (3.11)
бульдозер навантаження довговічність ресурс
де - коефіцієнт жорсткості причіпного обладнання бульдозера на 1 кг маси тракт
- маса базової машини:
кг,
Н/м.
Тоді зведена жорсткість дорівнюватиме:
Н/м
Н/м;
Н/м.
Динамічне зусилля:
, (3.12)
Н;
Н;
Н.
3.5 Визначення горизонтального зусилля
Горизонтальне зусилля
, (3.13)
Н;
Н;
Н.
4. ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ РОЗРАХУНКОВОГО ПЕРЕРІЗУ
Схему для визначення розрахункових навантажень на устаткуванні бульдозера показано на рис.1 (гідроциліндри керування робочим органом встановлені під кутом до штовхальних брусів)
Рис. 1 – Схема для визначення розрахункових навантажень на обладнання бульдозера
4.1 Визначимо параметри розрахункового перерізу штовхального брусу бульдозера
Рис. 2 – Поперечний переріз штовхального брусу
Розглядаючи бульдозерне обладнання як плоску балку, за допомогою звичайних методів статики знайдемо реакції, що виникають у шарнірах. Схему для розрахунку поперечного перерізу брусу бульдозера наведено на рис. 2.
Необхідні дані для розрахунку приймемо з додатку 3 [3, с .22] для трактора 15 т·с:
; м; м; мм.
м;
м;
м;
м.
4.3 Знаходимо площу й момент перерізу штовхального брусу:
, (4.1)
м2
, (4.2)
м3
4.4 Визначаємо вертикальну складову зусилля на ножі:
, (4.3)
де
Н;
Н;
Н.
4.4 Напруга, що виникає у небезпечному перерізі штовхального брусу (рис. 3)
, (4.4)
Рис. 3 – Розрахункова схема штовхального брусу
Приймемо кут нахилу гідроциліндру . З рівняння суми моментів сил відносно точки О кріплення штовхального брусу до базової машини, знайдемо величину зусилля, що діє у гідроциліндрах керування робочим органом (рис. 1):
, (4.5)
Н;
Н;
Н.
З рівняння проекції сил на вісь Х знаходимо горизонтальну реакцію у шарнірі:
(4.6)
,
Н;
Н;
Н.
З рівняння проекції сил на вісь Y знаходимо вертикальну реакцію у шарнірі:
, (4.7)
Н;
Н;
Н.
Тоді напруга у небезпечному перерізі штовхального брусу:
МПа;
МПа;
МПа.
Обчислені розрахункові значення відрізняються від допустимого значення напружень МПа ( - мінімальний коефіцієнт запасу міцності металоконструкції) [1, с. 169,170] менше, ніж на 5 %, тому залишаємо прийняті геометричні розміри штовхального брусу бульдозера.
5. ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИКІВ НИЗЬКОЧАСТОТНОГО НАВАНТАЖЕННЯ
У процесі копання ґрунту навантаження на робоче обладнання постійно змінюється. Коливання цього навантаження складається з двох складових:
- низькочастотної (НЧ), що визначається усім циклом копання;
- високочастотної (ВЧ), що визначається відколами окремих елементів ґрунту.
5.1 У якості максимального значення НЧ-навантаження приймемо номінальну величину тягового зусилля:
Н.
5.2 Визначення амплітуди напруг НЧ навантаження
Для подальших розрахунків будемо вважати, що
Н.
З рівняння суми моментів відносно точки О знайдемо вертикальну складову НЧ навантаження
, (5.1)
Н.
Зусилля у гідроциліндрах:
, (5.2)
Н.
З рівняння проекції сил на вісь Х знаходимо горизонтальну реакцію у шарнірі:
, (5.3)
Н.
З рівняння проекції сил на вісь Y знаходимо вертикальну реакцію у шарнірі:
, (5.4)
Н.
Амплітуда напруг НЧ навантаження:
, (5.5)
МПа.
5.3 Визначення часу різання
, (5.6)
де - шлях набору ґрунту для бульдозера, м;
- швидкість бульдозера при різанні ґрунту, м/с.
Шлях набору призми ґрунту:
, (5.7)
де - обсяг призми ґрунту, м3
.
м;
м;
м.
Тоді час різання:
с;
с;
с.
5.4 Визначення частоти НЧ навантаження:
, (5.8)
Гц,
Гц,
Гц.
6. ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ВИСОКОЧАСТОТНОГО НАВАНТАЖЕННЯ
6.1 Визначення сили зсуву
Максимальна сила зсуву елемента ґрунту:
, (6.1)
де - опір пересуванню ґрунту по робочому органу, Н;
- коефіцієнт зчеплення ґрунту, Па;
- кут зсуву ґрунту, град.
Коефіцієнт зчеплення ґрунту:
, (6.2)
де - число ударів ударником ДорНДІ
Па;
Па;
Па.
Кут зсуву
, (6.3)
;
;
.
Тоді
Н;
Н;
Н.
При рівномірному розподілі моментів зсуву по усій довжині ножа мінімальна сила зсуву знаходиться з формули
, (6.4)
Н;
Н;
Н.
Середнє значення сили зсуву:
, (6.5)
Н;
Н;
Н.
6.2 Визначення амплітуди напруг ВЧ навантаження
Горизонтальне навантаження:
, (6.6)
Н;
Н;
Н.
Вертикальне навантаження:
, (6.7)
Н;
Н;
Н.
Зусилля у гідроциліндрах керування відвалом:
, (6.8)
Н;
Н;
Н.
Горизонтальне зусилля у шарнірах:
, (6.9)
Н;
Н;
Н.
Вертикальне зусилля у шарнірах:
, (6.10)
Н;
Н;
Н.
Амплітуда напруг ВЧ навантаження:
, (6.11)
МПа,
МПа,
МПа.
6.3 Визначення шляху зсуву елемента ґрунту
Шлях зсуву елемента ґрунту:
, (6.12)
де - коефіцієнт деформації ґрунту, МН/м;
- показник деформування ґрунту.
Показник деформування ґрунту на практиці незначно відрізняється від одиниці, тому можна прийняти .
м;
м;
м.
6.4 Визначення частоти ВЧ навантаження
Зсуви елементів ґрунту відбуваються по усій довжині ножа. При цьому результуюча сила копання навантаження на ножі буде мінімальною у випадку одночасного зсуву по усій довжині ножа а максимальною – при рівномірному розподілі моментів зсуву. Для такого випадку справедлива залежність:
, (6.13)
Мінімальна частота ВЧ навантаження визначається шляхом сколювання та швидкістю машини у момент різання ґрунту:
, (6.14)
Гц;
Гц;
Гц.
Тоді максимальна частота ВЧ навантаження:
Гц;
Гц;
Гц.
Середня частота ВЧ навантаження:
, (6.15)
Гц;
Гц;
Гц.
7. ВИЗНАЧЕННЯ ДОВГОВІЧНОСТІ МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЇ
Довговічність металоконструкції у циклах навантаження
, (7.1)
де – база випробувань, ;
– показник кривої втоми, для більшості машинобудівних сталей ;
– коефіцієнт довговічності, що залежить від фізико-механічних властивостей сталі, .
циклів;
циклів;
циклів.
8. ВИЗНАЧЕННЯ РЕСУРСУ МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЇ
8.1 Визначення часу циклу процесу навантаження
Цикл ЗТМ складається з таких операцій: набір призми ґрунту, транспортування ґрунту, повернення машини до забою, маневрування, керування робочими органами. В залежності від вибраної технології проведення робіт деякі елементи можуть виключатися з циклу.
Загальний час циклу:
,
де – тривалість окремих операцій циклу, с
, (8.1)
де – довжина шляху різання, переміщення ґрунту та зворотного ходу відповідно, м;
– швидкості бульдозера під час різання ґрунту, переміщення та зворотного ходу, м/с (табл. 1.1 [1, с. 18-19]);
– час на перемикання передач, здійснення повороту бульдозера, опускання відвалу, с.
с;
с;
с.
Ресурс металоконструкції:
, (8.2)
де – коефіцієнт використання машини за часом, .
год;
год;
год.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Проектирование машин для земляных работ / Под ред. А.М. Холодова – Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. Ун-те, 1986 – 272 с.
2. Холодов А.М. и др. Землеройно-транспортные машины. – Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. Ун-те,1982 – 192 с.
3. Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни «Якість дорожніх машин». Укладачі: В.В. Нічке, О.А. Єрамкова, І.В. Рибалко, О. І. Жинжера, - Харків ХНАДУ 2002.