Содержание

Введение 4

1 Основные сведения о бульдозерах-рыхлителях 5

1.1 Навесное рыхлительное оборудование 5

1.2 Бульдозеры-рыхлители 5

2. Расчет бульдозера-рыхлителя 9

2.1 Задание 9

2.2 Расчет нагрузок рыхлительного оборудования 9

2.3 Прочностной расчет зуба рыхлителя 12

2.4 Подбор силового оборудования управления рыхлителем 15

2.5 Расчет рамы рыхлителя 16

3 Техника безопасности при производстве рыхлительных работ 20

Список литературы 22

Спецификация 23

Введение

Наиболее эффективными машинами для разработки мерзлых и плотных грунтов и скальных трещиноватых пород больших объемов являются навесные рыхлители.

Основное назначение рыхлителей — отрывка котлованов, широких траншей, разработка россыпей полезных ископаемых, карьеров, выемок и других аналогичных видов.


1 Основные сведения о бульдозерах-рыхлителях

1.1 Навесное рыхлительное оборудование

Наиболее эффективными машинами для разработки мерзлых и плотных грунтов и скальных трещиноватых пород больших объемов являются навесные рыхлители. Простота конструкции рабочего оборудования и достаточная надежность в работе способствовали широкому распространению рыхлителей.

Первые рыхлители были прицепными. Но из-за недостаточной мощности базовых машин, плохой маневренности и канатного управления их работа была малоэффективной.

Создание мощных тракторов способствовало появлению навесных рыхлителей. Навесные рыхлители имеют ряд преимуществ перед прицепными: возможность использования веса тягача для заглубления рабочего органа в грунт, улучшенная маневренность и меньшая металлоемкость. Научные исследования, проводившиеся в СССР и за рубежом, привели к созданию более совершенных конструкций рабочего оборудования навесных рыхлителей.

В зависимости от мощности базового тягача рыхлители классифицируются на легкие (до 120 кВт), средние (120-300 кВт) и тяжелые (свыше 300 кВт).

Основное назначение рыхлителей — отрывка котлованов, широких траншей, разработка россыпей полезных ископаемых, карьеров, выемок и других аналогичных видов

На вспомогательных работах рыхлители применяются преимущественно как планировщики.

1.2 Бульдозеры-рыхлители

Бульдозеры-рыхлители предназначены для предварительного рыхления грунтов повышенной прочности и мерзлых с последующей их разработкой и перемещением к месту укладки. Эти бульдозеры-рыхлители имеют бульдозерное и рыхлительное оборудование, смонтированное на тракторе.

Бульдозер-рыхлитель ДЗ-116АХЛ среднего типа создан на базе бульдозера ДЗ-ПОАХЛ путем установки на него рыхлительного оборудования ДП-26С. Управление осуществляется от гидросистемы трактора. При выдвижении штоков гидроцилиндров рабочая балка с зубом поднимаются, а при втягивании - опускаются. Наконечник выполнен съемным.

Наряду с бульдозерами-рыхлителями среднего типа, в строительстве используют бульдозеры этого же типа на базе тракторов тягового класса 15.

Бульдозеры-толкачи предназначены для ускорения набора грунта скреперами при разработке тяжелых грунтов. Их создают на базе бульдозеров, снабжают амортизаторами вместо раскосов и усиливают лобовую часть отвала накладкой в месте его контакта с буфером скрепера.


Рис. 1.1 Бульдозер-рыхлитель ДЗ-116ЛХЛ:

1— бульдозер нос оборудование, 2 — трактор, 3 — опорная рама рыхлителя,

4 — верхняя тяга, 5— гидроцилиндр, 6 — балка, 7, 8- зуб, 9 — нижняя рама.

Аналогичную конструкцию имеют бульдозеры-рыхлители среднего типа на базе тракторов тяговых классов 6 и 10.


Рис. 1.2. Бульдозер ДЗ-35С с рыхлительным оборудованием ДП-22С:

1 — бульдозерное оборудование, 2 — трактор, 3 — верхняя рама рыхлителя, 4 — верхняя тяга, 5 — гидроцилиндр, 6 — балка, 7 — поворотное устройство, 8 — зуб, 9 — нижняя рама



Рис. 1.3. Бульдозер ДЗ-34С с рыхлительным оборудованием ДП-9С:

1 — бульдозерное оборудование, 2 — трактор, 3 — верхняя рама рыхлителя, 4 — верхняя тяга,

5 — гидроцилиндр, 6 — балка, 7 —поворотное устройство, 8 — зуб, 9 — нижняя рама

Рис. 4. Бульдозер-рыхлитель ДЗ-94С:

1 — бульдозерное оборудование, 2 — трактор, 3 — верхняя тяга, 4 -гидроцилиндр,

5 — поворотное устройство, 6 — зуб, 7 — нижняя рама.
Отечественная промышленность выпускает два типа бульдозера-тягача ДЗ-120 и ДЗ-121. Первый из них создан на базе бульдозера ДЗ-110А, а второй — на базе бульдозера ДЗ-118. Общий вид бульдозера-тягач ДЗ-120 показан на рис. 5.

Амортизаторы, предназначенные для смягчения ударных нагрузок при толкании скреперов, представляют собой пакет резинометаллических упругих элементов, помещенных в корпус, который взаимодействует с

гильзой одной проушиной. Амортизатор одним концом соединен с отвалом, а другим - с толкающим брусом.

Масса бульдозера-тягача ДЗ-120 составляет 17939 кг, а ДЗ-121 — 40886 кг. Габаритные размеры (длина, высота, ширина) первого из них 6500 X 3087 X Х3220, а второго 8925x3215x4310 мм.



Рис. 5. Бульдозер- рыхлитель ДЗ-120:

а) — общий вид, б) — амортизатор; 1 — отвал, 2 — амортизатор, 3 — плавающий брус, 4 — трактор. 5 — резинометаллический элемент, 6 — кор, 7 — упор, 8 — стакан, 9 — гильза, 10 — планка, 11 — проушина.

2. Расчет бульдозера-рыхлителя

2.1 Задание

Спроектировать рабочее оборудование навесного рыхлителя плотных и мерзлых грунтов на промышленном образце бульдозера ДЗ-35С, с навесным бульдозерным оборудованием.

Исходные данные:

Номинальное тяговое усилие бульдозера Т_н = 180 кН;

Наибольшая высота подъема зубьев рыхлителя 500 мм;

Количество зубьев 1-3 шт.;

Ширина полосы рыхления 86-1680 мм;

Управление гидравлическое.

Расстояние между зубьями рыхлителя 800 мм.

Разработать раму и управление ее подъемом — опусканием.

Подвеску рамы выбираем трехшарнирную (трехточечную) ввиду ее простоты конструкции. Раму конструируем для установки на ней от одного до трех зубьев. Для укрепления зуба под нужным углом к плоскости рамы в зависимости от глубины рыхления предусматриваем перестановку пальца в отверстиях. Рама из листовой стали δ имеет проушины для соединения с трактором, гидроцилиндрами управления и для крепления зубьев. Для жесткости между проушинами приваривают трубы диаметром D. К раме трактора прикрепляют два кронштейна, к которым шарнирно присоединяются гидроцилиндры.

2.2 Расчет нагрузок рыхлительного оборудования

В процессе работы на зуб рыхлителя (без толкача) действуют следующие нагрузки:

горизонтальная составляющая сопротивления грунта R_x:

,

кН,

где К_t - коэффициент использования тягового усилия (К_t = 0,8);

К_д - коэффициент динамичности (К_д = 2,5);

вертикальная составляющая R_z, действующая вверх или боковая составляющая, равная:

,

кН,

или с учетом К_д =1,2:

,

кН.
Усилие заглубления Rz определим из условия вывешивания задней части бульдозера на зубе рыхлителя:

G_б = 29,4 кН - вес бульдозерного оборудования; G_тр =119,49 кН - вес бульдозера; G_р =31,4 кН - вес рыхлителя (рис 2.1).

,

где l₁, l₂, l₃, l₄ - расстояние от оси опор до точки приложения сил от G_т,, G_б, G_р, R_z; L - расстояние между осями опор ходового оборудования.

кН.

С учетом коэффициента динамичности R_z = 55,3∙1,5=83 кН



Рис. 2.1. Схема заглубления рыхлителя
Определим усиления выглубления рыхлителя R'_z (рис 2.2).

,

где l₅, l₇ - расстояние от точки R'_z и точки опоры В до оси опоры ходового оборудования.

кН.

С учетом коэффициента динамичности R'_z = 71,45∙1,5 = 107,17 кН.


Рис. 2.2. Схема выглубления рыхлителя
Определим опорные реакции в шарнирах крепления зуба (рис. 6). Принимаем, что нагрузки приложены на конце зуба; на центральный зуб при максимальной глубине рыхления действуют максимальные величины R_x, R_y и половина от максимального значения R_z.

Сила 0,5∙R_z воспринимается опорой В, что обеспечено посадкой пальца в отверстии.

В плоскости XOZ ∑М_а = 0, тогда:

,

где L' - расстояние от верхнего шарнира до острия зуба;

L'₁ - расстояние от верхней точки крепления зуба до шарнира крепления к рам трактора;

L'₄ - расстояние от верхней точки крепления стойки зуба до острия зуба.

кН.

,

где L'₂ - расстояние от острия зуба шарнира крепления рамы;

L'₃ - расстояние от зуба до изгиба стойки.

кН.

В плокости YOZ:

,

кН.



Рис 2.3 Расчетная схема зуба рыхлителя

2.3 Прочностной расчет зуба рыхлителя

На центральный зуб при максимальной глубине рыхления действуют максимальные величины R_x, R_y (см. рис. 6) и максимальное значение R'_z, которое учитывается неполностью в связи с тем, что при значении вертикальных нагрузок на зуб, близких к максимальным, значительно уменьшаются тяговосцепные качества базового трактора.

Геометрическая характеристика сечения 1 - 1 (рис 2.3):

,

где δ = 0,09 м - толщина пластины;

Н = 0,4 м - длина пластины;

d = 0,1 м диаметр отверстия под шарнир.

м³,

,

м³.
Изгибающий момент в сечении в плоскости ZOX (рис 2.3):

,

где l'₂ = 1,2 м, l'₃ = 0,69 м - расстояние от острия ножа до оси проушины крепления и до изгиба стойки:

кН∙м.

Напряжение в сечении:

,

Н/м².

Изгибающий момент в сечении плоскости YOZ:

,

кН∙м.

Напряжение в сечении:

,

Н/м².

Суммарное напряжение:

,

Н/м².

Зуб изготовляется из марганцовомолибденовой стали с пределом прочности порядка 14∙10⁸ - 18∙10⁸ Н/м².

Рассмотрим сечение II - II.

Моменты сопротивления определятся (рис 2.3):

, ,

где В = 0,09 м, Н =0,19 м - толщина и длина пластины стойки зуба:

м³, м³,

Площадь сечения пластины стойки, м²:

м².

Изгибающий момент в плоскости YOZ:

,

где λ = 25⁰ - угол наклона зуба к горизонту,

l'₅ = 0,41 м - половина длины наклонной части зуба.

Н∙м.

Изгибающий момент в плоскости YOZ:

Н∙м.

Сжимающая нагрузка, Н:

,

Н

Напряжение в сечении II - II, Н/м²:

,

Н/м².

Решение удовлетворяет условию прочности:

Н/м².

2.4 Подбор силового оборудования управления рыхлителем

Выбор гидроцилиндров и насоса. Наибольшее усилие создается при действии на зуб максимальной составляющей R_x (рис 2.1).

Предполагаем плечо приложения этого наибольшего усилия при работе в мерзлых грунтах Н_м = 1,0 м. Большее плечо приложения горизонтального усилия возможно при рыхлении на большую глубину, что возможно в немерзлых грунтах, где величина динамической нагрузки будет значительно меньше.

Таким образом, по соотношению плеч действия сил Р_ц = R_x =720 кН (на два цилиндра). По справочнику [4] выбираем цилиндры с креплением на проушине с демпфированием, шифр гидроцилиндра 1-220×125 (диаметр D = 220 мм, ход = 125 мм, максимальное расчетное усилие на штоке 380 кН). Объем масла, поступающего в цилиндр при заглублении, м³.

,

где h - ход штока.

м³.

Ввиду значительного объема масла, подаваемого в один цилиндр, подбираем насос производительностью Q = 410 л/мин (марки УРС-10 аксиально-плунжерный, установленный на тракторе Т-180Г с рыхлителем).

Время полного опускания зуба с помощью двух цилиндров, при величине объемного к. п. д. ≈ 0,95, равно:

,

где Q = 0,0068 м³/с.

с.

2.5 Расчет рамы рыхлителя

Определим необходимую толщину δ стальных листов, из которых сварена рама. Проведем расчет опасного сечения II—II проушины (крон­штейна рамы) на изгиб от наибольшей силы Р_ц (рис. 2.4).

Принимая это нагружение за случайное, берем значение коэффициента запаса n_зп = 1,4. Материал Ст. 3, допустимое напряжение при σ_т = 2,2∙10⁸ Н/м².

,

Н/м².

Изгибающий момент от силы Р_ц (рис 2.4):

,

где P_ц = R_x;

h₀ = 0,5 м - расстояние от опоры кронштейна до оси подвеса:

Н∙м.

Необходимый момент сопротивления, м³:

,

м³.

Соответственно, момент инерции, м⁴:

, м⁴.
Сечение II—II коробчатое равностенное, размеры показаны на рис. 2.4.

Момент инерции:



Тогда толщина листа стенки:

,

м.

Принимаем δ = 20 мм.



Рис. 2.4 Схема кронштейна рамы рыхлителя

Проверим сечение I - I:

На срез:

,

где F - площадь сечения коробчатого кронштейна рамы без учета наваренных шайб, м²:

, м²,

Н/м².

На смятие:

,

где d, δ - диаметр отверстия и толщина пластин, м.

Н/м².

Из условий наибольшего возможного нагружения металла на смятие в нижнем отверстии крепления зуба определим диаметр этого отверстия d_п (диаметр пальца).

Допустимое напряжение [σ] принимаем при R_зп = 1,15:

, Н/м².

В месте крепления пальца щеки проушин усилены приваренным стальным листом (δ = 30 мм). Таким образом, суммарная толщина металла в отверстии δ_∑ = 50 мм.

Определим d_п:

, м

Принимаем d_п =90 мм. Проверим напряжение τ на срез в металле пальца, Н/м²:

, Н/м².

Напряжение на изгиб при расстоянии между опорами (парными проушинами), равном b, м, определится, Н/м².

,

где b = 100 мм.

Н/м².

Предел текучести металла пальца должен быть не меньше:

Н/м².

Выбираем материал пальца сталь 40Х с пределом текучести σ_т = 85∙10⁷, Н/м².
3 Техника безопасности при производстве рыхлительных работ

Незнание правил техники безопасности или пренебрежительное отношение к ним приводит неизбежно к авариям и несчастным случаям. Нарушение правил безопасности работ не только не ускоряет их темп, а наоборот, часто бывает причиной невыполнения задания.

При проведении рыхлительных работ необходимо соблюдать следующие основные правила:

- к работе допускаются лица, имеющие права вождения трактора и работы на бульдозере; они должны хорошо знать правила управления, технического ухода и эксплуатации этих машин;

- перед началом работ бульдозерист обязан выяснить, имеются ли на участке работ кабели высокого напряжения, трубопроводы или подземные телефонные провода;

- прежде чем начать работу, бульдозерист должен провести наружный осмотр бульдозера;

- запрещается работать на неисправном бульдозере;

- нельзя исправлять, смазывать или регулировать машину, находящуюся в движении; эти работы разрешается выполнять, когда бульдозер остановлен и отвал опущен на грунт;

- запрещается находиться под трактором с работающим двигателем;

- категорически запрещается осматривать отвал снизу, если он прочно не опирается на надежные подкладки;

- расчет бульдозера должен иметь на время работы спецодежду и защитные очки от пыли;

- категорически запрещается становиться на толкающие балки рамы бульдозера или на отвал во время работы машины;

- во избежание сползания бульдозера запрещается выдвигать его отвал за край откоса при сбрасывании грунта под откос насыпи или при засыпке глубоких рвов и траншей;

- нельзя делать резкие повороты во время работы на крутых косогорах и высоких насыпях;

- нельзя оставлять без присмотра машину с работающим двигателем;

- во время ночных работ необходимо иметь надежное освещение машины и места работ;

- во время заправки бульдозера горючим машинисту и лицам, находящимся вблизи, не разрешается курить и пользоваться огнем. После заправки машину необходимо вытереть от подтеков топлива и смазки, а замасленную обтирочную ветошь положить в металлический закрывающийся ящик. Разведение огня на расстоянии менее 50 м от места работы или стоянки машины не допускается;

- в холодное время года запрещается пользоваться открытым огнем для подогрева двигателя;

- при работе бульдозера в местах проведения взрывных работ перед каждым взрывом грунта бульдозер следует удалить на безопасное расстояние, указанное руководителем. Возвращение бульдозера к месту производства работ после взрыва разрешается только после соответствующего сигнала.
Список литературы

1) Проектирование ЗТМ. Бульдозер. Методическое указание.

2) Радько Ю.М. Конструкции и рабочие процессы землеройно-транспортных машин./ Ю.М.Радько.- Тамбов.: «Издательство ТГТУ», 2004.

3) Басов И.Г. Атлас конструкций машин для земляных работ./ И.Г. Басов.- Томск, 2001.

4) Гоберман Л.А. Атлас конструкций.Строительные и дорожные машины./ Л.А.Гоберман.- М,: «Машиностроение» 1985.