Бульдозер тягового класса 150кН. Часть 2

1 2

---

3. РАСЧЕТ УЗЛА

В данном разделе произведем подбор гидроцилиндров и насоса подъема-опускания рабочего оборудования и расчет элементов конструкции бульдозера на прочность, а именно, расчет отвала и толкающего бруса на прочность.

3.1. Определение гидроцилиндров подъема рабочего оборудования

Усилие в гидроцилиндрах механизма определяется при вывешивании передней части базового трактора при упоре ножа в грунт (заглублении), при этом грунт считается недеформируемым. Расчетная схема показана на Рис. 3.1. [5] Рисунок 3.1 — Схема вывешивания трактора на кромке ножа Максимальное усилие в гидроцилиндре подъема отвала можно рассчитать по приближенной. P_(Ц )=(m_(б )∙9,81∙b)/s (3.1) где m_(т ) — вес базового трактора,m_(т )=18560кг b — расстояние от центра тяжести до задней опорной точки трактора, b =2,3м; S — плечо усилия в гидроцилиндре, зависит от точек крепления гидроцилиндра в проекте, S =2,92м. P_(Ц )=(18560∙9,81∙2,3)/2,92=143414,14Н Подъем осуществляется двумя гидроцилиндрами, следовательно, усилие на штоке одного гидроцилиндра S=143414,14/2=71707,07Н; Скорость движения поршня гидроцилиндров принимаем по базовой машине, vц=0,2м/с; Давление в гидросистеме принимаем по базовой машине, Рн = 16 МПа. Рабочий ход гидроцилиндра осуществляется при подаче жидкости в без штоковую полость, поэтому диаметр можно определить из выражения: [6] (3.2) где ηмц — механический к.п.д. гидроцилиндра, (принимается равным 0,92-0,96); ψ — коэффициент мультипликации, ψ =D2/(D2-dш2), для СДМ ψ принимается равным 1,33 или 1,65; Pc — потери давления в сливной магистрали, Pc=0,3-0,5 Мпа Подъема ковша: d_к=√((4∙71707,07)/(3,14∙0,96∙(16∙〖10〗^6-0,3∙〖10〗^6/1,65)))=0,078м Принимаем диаметр гидроцилиндра по Госту (табл. 3.1) равным 0,08м с диаметров штока 0,04м. Рисунок 3.2 – Схема гидроцилиндра Таблица 3.1 — Стандартные размеры гидроцилиндров [7] Производительность насоса в безштоковую область, м3/c: Q=(z∙π∙D^2∙υ_ц)/(4∙η_оц ) (3.3) где z — число цилиндров, работающих в системе одновременно; D — диаметр цилиндра; 〖 υ〗_ц — скорость движения поршня; υ_ц = 0,2 м/с; оц — объемный к.п.д. гидроцилиндра принимается равным 0,980,99. Q=(2∙3,14∙〖0,08〗^2∙0,2)/(4∙0,99)=0,00203м^3/с=7,3м^3/час Мощность привода насоса, кВт: N=(Q∙ΔРном)/(1000∙η_нас ) (3.4) где ∑▒Q — производительность насоса, м3/с; 〖 η〗_нас — кпд насоса; η_нас = 0,8; где Рном = (0,8 … 0,9)Рном, — перепад давления на гидроцилиндре, Рном = 0,9∙16= 14,4 МПа N=(0,00203∙14,4∙〖10〗^6)/(1000∙0,8)=36,54кВт Выбираем два насоса со следующими характеристиками: Таблица 3.2 – Характеристика насоса [8] Полезный объем бака определяется по формуле, м3 : Vпол = (2 … 3) ∑▒Q (3.5) Vпол = 2∙0,00203= 0,00406 м3=0,0041 м3

3.2. Расчет отвала бульдозера на прочность

Критерий выбора положения – наиболее тяжелое с точки зрения нагружения конструкции. Для неповоротного отвала бульдозера- это упор в препятствие посередине отвала в нижней точке – сила Рот (Рис. 3.3). Рисунок 3.3 – Расчетная схема усилия на отвале Опасная сила для отвала равняется P_(01 )=T_сц∙K_(д ) (3.6) где T_сц– сила тяги по сцеплению, T_сц=189Кн (формула 2.11) K_(д ) — коэффициент динамичности, K_(д )=2,5. P_(01 )=189∙2,5=472,5кН Составим расчетную схему и определим необходимое сечение низа отвала (Рис. 3.4). Рисунок 3.4 – Расчетная схема низа отвала бульдозера Величина опорных реакций. R_a=R_b=P_01/2 (3.7) R_a=R_b=472,5/2=236,25кН Максимальный изгибающий момент: M_(изг )=R_a∙L/2 (3.8) где L_ – расстояние центра сечения толкающих брусьев, L_=2,98м; M_(изг )=236,25∙2,98/2=352кН∙м Форма сечения низа отвала, где крепится ножи прямоугольная (Рис. 3.5). Рисунок 3.5 – Схема сечения низа отвала бульдозера Толщина низа отвала t= 0,025м; Ширина B=0,4м. Момент сопротивления в сечении: W_x=(t∙B^2)/6 (3.9) W_x=(0,025∙〖0,4〗^2)/6=0,00067м^3 Таблица 3.3 – Характеристики сталей [7] Выбираем Сталь 20Х, из которой изготовлен низ отвала бульдозера Суммарное напряжение в сечении находится из выражение: σ=M_(изг )/W_x (3.10) σ=352/0,00067=525,4МПа и сравнивают суммарное напряжение с допускаемым: σ_сум≤[σ]=σ_τ/n (3.11) где σ_τ — предел текучести материала, σ_τ=700Мпа (табл. 3.1); n — запас прочности при действии случайных нагрузок. (n =1,1… 1,2). 525,4МПа≤[σ]=700/1,2=583,33МПа Условие выполняется!

3.3. Расчет на прочность толкающего бруса

Прочность толкающего бруса определяется по усилиям, возникающим во втором расчётном случае. Напряжения в сечении 1-1 (Рис. 3.6) определяются по формуле: [7] σ=M_1/W+X_A/A (3.12) Рисунок 3.6 – Схема к расчёту элементов отвала Из суммы проекций на оси X и Y получаем: X_A=F_x-F_ц∙sin⁡β (3.13) Y_A=-F_z+F_ц∙cos⁡β (3.14) где β=14°- угол, получаемый из компоновочной схемы машины; F_x=P_(01 )/2=472,5/2=236,25кН (формула 3.6) F_z=0,25〖∙F〗_x=0,25∙236,25=59,06кН F_ц=P_ц/2=143,4/2=71,7кН (формула 3.1) Момент в сечении 1-1 равен: M_1=Y_A∙l (3.15) Где l – расстояние, l=2,32м X_A=F_x-F_ц∙sin⁡β=236,25-71,7∙sin⁡〖14°〗=218,9кН Y_A=-F_z+F_ц∙cos⁡β=-59,06+71,7∙cos⁡〖14°〗=10,51кН M_1=Y_A∙l=10,51∙2,32=24,38кН∙м Сечения конструкции толкающего бруса представляет с собой сварной элемент из двух швеллеров профиль №14а (Рис. 3.7.). Рисунок 3.7 – Сечение толкающего бруса бульдозера Характеристика выбранного швеллера: Так как два швеллера, то площадь сечения: A=2∙17=34〖см〗^2=0,0034м^2; момент сопротивления по оси Y: W=W_y=2∙77,8=155,6〖см〗^3=0,0001556м^3 (Рис. 3.8). Полученные значения напряжения σ сравним с допускаемыми [σ]. Примем материал, сделанный из Стали 40. Рисунок 3.8 – Характеристики швеллеров [9] [σ]=σ_τ/n=350/1,2=291,67МПа где σ_τ — предел текучести материала, σ_τ=350Мпа (табл. 3.3); n — запас прочности при действии случайных нагрузок. (n =1,1… 1,2). σ=M_1/W+X_A/A=24380/0,0001556+218900/0,0034=163,12МПа<[σ]=291,67МПа Условие выполняется. В данном разделе был произведен расчет усилий гидроцилиндра подъема-опускания рабочего оборудования. По данным значением были подобраны диаметры гидроцилиндра и определена мощность насоса. Прочностной расчет отвала и толкающего бруса показал, что выбранные конструктивные параметры выдерживают нагрузки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе курсового проекта был спроектирован бульдозер с тяговым усилием 150кН. В роли базовой машины выбран бульдозер Б12. В основной части произведен общий расчет, определены основные параметры отвала бульдозера. Определены сумы сопротивлений при работе, рабочая скорость. В результате тягового расчета найдена средняя глубина резания ножом отвала для III категории грунта, которая составила 0,24м. Рассчитали производительность данного бульдозера для перемещения грунта на расстояние 50м, которая составила 63,72м3/ч. Определены усилия на штоках гидроцилиндра подъема-опускания рабочего оборудования, по которым были подобраны диаметр гидроцилиндра и мощность насоса. Прочностной расчет отвала и толкающего бруса показал, что выбранные конструктивные параметры выдерживают нагрузки. В результате данных расчетов, определено, что спроектированный бульдозер с выбранными параметрами эффективно эксплуатируется в заданных условиях, а именно для разработки грунта III категории и соответствует всеми требованиями.

СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Шестопалов К.К. Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование. Учеб. пособие для студентов учреждений сфер сред. проф. образования. – 2-е изд. – М.; Издательский цент «Академия», 2005. – 320 с.; ил. 2. Классификация (РФ) бульдозеров по номинальному тяговому усилию. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://tractorreview.ru/tag/15-ts-150-kn 3. Бульдозер Б12. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://chtz-trak.ru/buldozer-b12.html 4. Шемякин С.А. Расчет землеройно-транспортных машин. Учеб. пособие. – Хабаровск: Издательство Тихоокеанского государственного университета, 2014. – 75 с.; ил. 5. Сорока В.П. Машины для земляных работ. Методические указания и задания на курсовое проектирование проект бульдозера. Учеб. пособие. – Москва: Издательство Московского государственного машиностроительного университета, 2014. – 19 с.; ил. 6. Мерданов Ш.М., Закирзаков Г.Г. и др. Гидравлика и гидропневмопривод: методические указания к выполнению курсовой работе по дисциплине «Техническая гидромеханика и гидропривод» для студентов специальности 190205 – Подъемно-транспортные строительно-дорожные машины и оборудования очной и заочной формы обучения. – Тюмень: ТГНГУ, — 2010. – 25 с.; ил. 7. Доценко А.И., Королёв А.В., Черепанов В.В., Тяпкин А.Ф «Машины для земляных работ». Задания и методические указания к курсовому проектированию для студентов-заочников V курса специальности «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» (1709) Москва 1999. – 36.; ил. 8. Технические характеристики насосов НШ [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://gidropnevm.ru/wp-content/uploads/2018/01/55.jpg 9. Швеллеры стальные горчекатаные. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://yandex.ru/images/search?text=%D1%88%D0%B2%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D1%80%D0%B0%20%D0%BD%D0%B0%D0%B3%D1%80%D1%83%D0%B7%D0%BA%D0%B8&from=tabbar&pos=12&img_url=https%3A%2F%2Fsk-resultat.ru%2F800%2F600%2Fhttps%2Fkonspekta.net%2Fstudopediainfo%2Fbaza10%2F1482359182661.files%2Fimage008.gif&rpt=simage

---

1 2