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 0,980,99.
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∙sinβ (3.13)
Y_A=-F_z+F_ц∙cosβ (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∙sinβ=236,25-71,7∙sin〖14°〗=218,9кН
Y_A=-F_z+F_ц∙cosβ=-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