РОСЖЕЛДОР
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Ростовский государственный университет путей сообщения»
(ФГБОУ ВО РГУПС)
Кафедра «Транспортные машины и триботехника»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОЙ РАБОТЕ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«Строительные и дорожные машины и
оборудование (практикум)»
СДМиО 01 ПЗ
Студент
Аверин В.Ю.
Группа
ТДС-4-240
Работа защищена ______________ с оценкой _________________
Руководитель работы
доцент
___________________
2018
Н.А. Глотова
РЕФЕРАТ
Работа содержит пояснительную записку: 20 с., 3 рис., 2 табл., 3
источника, 1 чертеж графического материала
.
БУЛЬДОЗЕР, ОТВАЛ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ,
РАСЧЕТ, ЧЕРТЕЖ
Объектом разработки является бульдозер с поворотным отвалом на базе
трактора Т–140. Определены основные параметры машины. Выполнены общие
расчеты и расчет узла. Описаны вопросы охраны труда и техники безопасности.
Разработан сборочный чертеж машины. Дана методика разработки 1 м3 грунта.
2
Содержание
Введение ................................................................................................................... 4
1. Описание машины ............................................................................................... 5
2. Общие расчеты машины ……………………………………………………..7
2.1 Основные параметры бульдозера…………………………………………..7
2.2 Сопротивление копанию грунта бульдозером…………………………….8
2.3 Определение мощности двигателя .................................................................. 7
2.4 Производительность бульдозера……………………………………………9
2.5 Общая схема сил действующих на бульдозер……………………………11
3 Расчет металлоконструкции отвала…………………………………………14
4 Основные правила техники безопасности при эксплуатации машин……17
Заключение ............................................................................................................ 18
Список использованных источников………………………………………….22
Спецификация………………………………………………………….………..23
3
ВВЕДЕНИЕ
Технический прогресс неразрывно связан с внедрением в производство
последних достижений науки, техники, передовых технологий, применением
наиболее рациональных и производительных систем машин и агрегатов.
Применение автоматизированных комплексов позволяет исключить
ручной, малоквалифицированный труд, особенно в тяжелых и вредных для
человека условий.
Конструкция
дорожно-строительных
машин
непрерывно
совершенствуется; в связи с этим возникают новые задачи по расчету,
проектированию, и следованию и выбору оптимальных параметров машин,
обеспечивающих высокие технико-экономические показатели и качество
машин.
4
1 ОПИСАНИЕ МАШИНЫ
Бульдозер – самоходная землеройная машина, представляющая собой
гусеничный или колёсный трактор, тягач и т.п. с навесным рабочим органом –
криволинейным в сечении отвалом (щитом), расположенным вне базы ходовой
части машины. Служит для послойного копания, планировки и перемещения
(на
расстояние
60–300 м)
грунтов,
полезных
ископаемых,
дорожно-
строительных и др. материалов при строительстве и ремонте дорог, каналов,
гидротехнических и т.п. сооружений.
Разновидности бульдозеров
1.
С
неповоротным
отвалом,
установленным
перпендикулярно
продольной оси базовой машины;
2. С поворотным отвалом, который в горизонтальной плоскости можно
устанавливать под углом в обе стороны от продольной оси машины или
перпендикулярно к ней;
3. Универсальные с отвалом из двух шарнирно сочленённых половин,
устанавливаемых в горизонтальной плоскости под различными углами к
продольной оси машины или перпендикулярно к ней (путепрокладчик).
Отвалы
всех
типов
бульдозеры
оснащаются
механизмами
с
гидравлическим, канатным или электромеханическим приводом для подъёма –
опускания, поворотов в плане, перекосов в поперечной плоскости, наклона
вперёд – назад по ходу. Бульдозеры снабжаются сменным оборудованием
(рыхлителями, откосниками, уширителями, открылками и др.), расширяющим
область их применения и повышающим эффективность на отдельных работах.
Применение бульдозеров: послойное срезание и копание, разравнивание,
планировка, перемещение горных пород, грунта, сыпучих материалов
5
2 ОБЩИЕ РАСЧЕТЫ МАШИНЫ
2.1 Основные параметры бульдозера
Основными параметрами отвала бульдозера (рис.2.1) являются: высота
отвала Н, угол резания  , угол наклона  , угол опрокидывания  .
Рисунок 2.1 – Основные параметры отвала бульдозера
Высота отвала для бульдозера с поворотным отвалом:
Н  450  3 Т Н  5  Т н ,
где ТН = 8 – номинальная сила тяги бульдозера, л.с.;
Н  450  3 8  5  8  860 мм.
Радиус кривизны поверхности отвала рассчитывается по формуле:
R
H  a sin 
,
cos   cos 
где δ = 50 – угол резанья, град;
β = 65 – угол опрокидывания, град.
R
860  250 sin 50
 627,4 мм.
cos 50  cos 65
6
2.2 Сопротивление копанию грунта бульдозером
Объем призмы волочения зависит от геометрических размеров отвала и
свойств грунта:
Vпр 
LH 2
,
2k ПР
где L=4,6 – длина отвала, м;
Н =0,86 – высота отвала, м;
kПР = 1,15 – коэффициент зависящий от характера грунта в призме
волочения и отношения H/L.
Vпр 
4,6  0,86 2
 1,44 м 3 .
2 1,15
При транспортировании грунта отвалом бульдозера по горизонтальной
площадке возникают сопротивления, Н:
W  W р  WПР  WВ  WТ  WУ ,
где Wр – сопротивление грунта резанию, Н;
Wпр – сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом, Н;
WВ – сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу, Н;
WТ – сопротивление перемещению (транспортированию) бульдозеру, Н;
WУ – сопротивление перемещению от уклона.
W р  kBh,
где k =17000 удельное сопротивление лобовому резанию, кгс/м2;
B = 4,6 – ширина отвала бульдозера, м;
h1 =0,25 – глубина резания во время перемещения призмы грунта, м.
W р  17000  4,6  0,25  191250 Н ,
Wпр  Vпр   Г   2  Gпр  2 ,
где γГ = 1650 – средняя плотность грунта в плотном теле, кгс/м3;
µ2 = 0,7 – коэффициент трения грунта по грунту;
Gпр – сила тяжести призмы волочения, Н.
Gпр  9,81   Vпр  9,81 1500  1,44  21189,6 ;
7
Wпр  21189,6  0,7  14832,72 Н.
WВ  Gпр cos 2 1 ,
где µ1 = 0,5 – коэффициент трения грунта по металлу.
WВ  21189,6 cos 2 50  0,5  4377,5 Н .
WТ  Gf ,
где G = 313800 – сила тяжести трактора и бульдозера, Н;
f = 0,1 – коэффициент сопротивления перемещению движителей трактора.
WТ  313800  0,1  31380 Н ,
WУ  G  GПР sin  ,
где   10 – уклон местности, град.
WУ  133800  21189,6sin 10  58170,33Н .
W  191250  14832,72  4377,5  31380  58170,33  127885,5Н .
2.3 Определение мощности двигателя
Мощность двигателя определяем по формуле:
N
W v
,
1000 
где W=127885,5 – суммарное сопротивление, Н;
v=1, 25 – скорость бульдозера, м/с;
η=0,7 – КПД трансмиссии.
N
127885,5  1,25
 228 кВт.
1000  0,7
2.4 Производительность бульдозера
Производительность бульдозера при резании и перемещении грунта
определяется по формуле:
П
3600  VФ  k в  k укл
ТЦ
8
,
где VФ – фактический объем грунта (в плотном теле) перед отвалом, м3;
VФ 
BH 2
,
2  k пр  k р
где kв = 0,8 – коэффициент использования бульдозера по времени;
kр = 1,2 – коэффициент разрыхления грунта;
kукл =2,1 – коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на
производительность бульдозера.
VФ 
4,5  0,86 2
 1,2 м 3 .
2  1,15  1,2
ТЦ – длительность цикла;
ТЦ 
lр
v1

l р  lп
lп

 2  t п  to  tc ,
v2
v3
где lр = 8 – длина пути резания, м;
v1 = 0,5 – скорость движения бульдозера при копании грунта, м/с;
lп = 60 – длина пути перемещения грунта, м;
v2 = 1 – скорость движения бульдозера при перемещении грунта, м/с;
v3 = 1,5 – скорость обратного холостого движения трактора, м/с;
tп = 10 – время необходимое на поворот, с;
tо = 2 – время на опускание отвала, с;
tс = 4 – время на переключение скоростей, с;
ТЦ 
8
60 8  60


 2  10  2  4  145 с.
0,5
1
1.5
П
3600  1,2  0,8  2,1
 50 м 3 / ч.
145
Производительность бульдозера при планировочных работах:
П 
3600  l B  sin   0.5k в
,
l

n  t n 
v

где l = 110 – длина планируемого участка, м;
φ =45 – угол захвата отвала, град;
0,5 – величина перекрытия проходов, м;
n = 1 – число проходов по одному месту;
v = 1 – рабочая скорость движения трактора, м/с.
9
П
3600 1104,6  sin 45  0,50,8
 7080 м 3 / ч.
 110

1 
 10 
 1

2.5 Общая схема сил действующих на бульдозер
Схема
сил,
действующих
на
рабочее
оборудование
бульдозера,
расположенного на горизонтальной площадке, приведена на рисунке:
Рисунок 2.2 – Схема сил действующих на бульдозер:
а – в конце заглубления; б – в начальный момент заглубления
Толкающее усилие тягача по сцеплению следует определять с учетом
двух положений рабочего оборудования:
1 Механизм управления не удерживает отвала, отвал опирается на грунт.
Тогда
Т  GТ   с ,
где GТ = 274000 – сила тяжести тягача, Н;
φс = 0,63 – коэффициент сцепления ходовой части тягача с грунтом.
Т  274000  0,63  172620 Н .
2 Отвал удерживается механизмом управления
Т  (GТ  G ' ) с ,
где G’ = 39800 – сила тяжести тягача, Н.
Т  ( 274000  39800)  0,63  197694.
10
При прочностном расчете толкающее усилие принимается с учетом
динамических
нагрузок,
неизбежно
возникающих
в
процессе
работы
в
процессе
работы
бульдозера:
Т расч  Т  kд ,
где kд = 1,5 –коэффициент динамичности.
Т расч  197694  1,5  296541Н .
Вертикальная
составляющая
реакции
грунта
бульдозера меняется как по величине, так и по направлению. В начальный
момент заглубления отвала вертикальная реакция Р2 направлена вверх. При
направлении вниз вертикальная реакция равна:
P2  P1ctg    ,
где φ= 28° - угол трения грунта об отвал.


P2  197694ctg 50  28  42021Н .
Наибольшая сила тяжести получается при максимальном значении
вертикальной реакции Р’2, направленной вверх, и при минимальном значении
горизонтальной реакции Р1, которая в начальный момент заглубления отвала
определяется только силой трения его ножа о грунт,
P1  P2'  1 ,
где 1  0,5 ;
P2'  k '  x  L,
где k ' = 60 – коэффициент несущей способности грунта, Н/см2;
x =1,5 – ширина нижней площадки, трущейся о грунт, см.
P2'  60  1,5  450  40500 H .
Тогда
P1  40500  0,5 H .
Gmin  k '  x  L(lб    hш )
где lб =4,8 м;
  0,4 ;
hш=0,45 м.
11
1
,
lб
Gmin  40500  ( 4,8  0,4  0,45)
1
 45194 H .
4,8
Тогда
M
ш
Gmin  lG  P2'  lб  P2'  1  hш ,
где lG=4,26 м.
M
ш
45195  4,26  40500  4,8  40500  0,5  0,45 H .
Для надежного заглубления фактическая сила тяжести рабочего
оборудования бульдозера должна быть несколько больше, т. e. G>Gmin .
12
3 РАСЧЕТ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ ОТВАЛА
Часть отвала, воспринимающая всю нагрузку, показана на рис.3.1.
Координаты центра тяжести сечения:
xцт 
F x
F
i
i
;
yцт 
i
F  y
F
i
i
.
i
Рисунок 3.1 – Расчетное сечение отвала
Расчеты сводим в таблицу.
№
элемента
на рис 3.1
1
2
3
4
5
Площади
элементов
F, см2
27
24
4.8
48
32
135.8
Координаты ц.т.
элемента
Xсм
Yсм
44
32.5
36
8.5
14
7.0
20
27.5
6.5
8.0
-
13
F·x
F·y
1188
864
67.2
960
208
3287.2
877.5
204
33.6
1320
256
2691.1
Координата центра тяжести сечения XЦ.Т. =24,2 см и YЦ.Т. = 19,8 см.
Определение моментов инерции сечения относительно осей Х и Y также
сводим в таблицу.
№
элемента
на рис
3.1
1
2
3
4
5
Jxi
Jyi
3330
1210
3020
160
18.7
6.8
9660
4740
714
0.349
16742.2 6465.8
Fi
Координаты
ц.т.
xi
yi
27
24
4.8
48
32
19.8
11.8
-10.2
-4.2
-17.7
x2iFj
18.7
-11.3
-12.8
7.7
-11.8
y2iFj
x2iyiFj
10584 9441.9 10000
3340.8 3064.8 -3200
499.2
786.2
625
844.8
2846.4 -1550
10025.6 4454.4 6700
25294.4 20593.7 12575
После расчета получим:
J x  42037см 4 ; jY  27059см 4 ; J xy  12575см 4 .
Угол наклона главных осей
tg 2  
tg 2  
J xy
Jy  Jx
;
12575  2
 1,472.
27059  42037
  62 9.
Максимальные и минимальные главные моменты инерции:
J max 
min
1
J x  J y  
2 
J
2 
 J y   4 J xy
,

2
x
J max  44550  14500  59050см 4 ,
J min  44550  14500  30050см 4 .
Опасными
сечениями
являются
сечения
гидроцилиндров и действия внешних сил (1-1 и 2-2).
Для сечения 1-1:
Изгибающий момент относительно оси Х:
M x  Rx 2l.
Изгибающий момент относительно оси Y:
14
приложения
усилия
от
M y  Rx b  Ry 2l.
Крутящий момент:
  Rz b.
M кр
Для сечения 2-2:
Изгибающий момент относительно оси Х:
M x  Rz
l
 Pr cos  0.5   2 l.
2
Изгибающий момент относительно оси Y:
M y  Rx b  Ry
l
 Pr sin  0.5   2 l.
2
Крутящий момент:
  Rz b.
M кр
При этих расчетах приближенно принято, что центр тяжести расчетных
сечений отвала находится в плоскости осей толкающих брусьев.
15
4 ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ
ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИН
К эксплуатации - самостоятельному управлению допускаются лица,
достигшие совершеннолетия, имеющие специальное удостоверение на право
управления машиной и прошедшие инструктаж по техники безопасности. При
этом используемая машина должна быть закреплена за водителем специальным
документом.
Водитель машины должен иметь спецодежду, защитные очки и
индивидуальный пакет первой помощи. Перед началом работы машина должна
быть осмотрена и проверено ее техническое состояние: исправность тормозов,
электроосвещения, системы управления ходового оборудования и т. п. работа
на неисправной машине запрещена.
Во избежание пожара при заправке топливом нельзя курить и
пользоваться открытым огнем.
Уровень топлива следует проверять только меркой.
В случае воспламенения топлива пламя следует засыпать песком, грунтом
или прикрыть брезентом. Нельзя заливать пламя водой.
При пуске двигателя нельзя охватывать пусковую рукоятку большим
пальцем или наматывать шнур на руку, во избежание повреждения руки при
обратном ударе.
Перед началом движения машин следует убедиться, что путь свободен, а
на машине нет посторонних предметов. При транспортировании машины за
пределы строительной площадки нужно согласовывать маршрут с механиком.
При движении и работе машины на ней запрещается находиться
посторонним лицам.
Нельзя оставлять работающую машину без присмотра.
Перед движением машины на подъем и при спуске необходимо убедиться
в возможном их преодоления. Особое внимание при этом следует обратить на
исправность тормозов.
Нельзя транспортировать и работать на машине ночью без освещения.
16
При движении колонны машин интервал между ними должен быть не
менее 10м.
При работе машин на свеженасыпанной насыпи колесный ход не должен
находиться ближе 1 метра от края насыпи.
Запрещается производить ремонтные работы на машине во время ее
движения.
Все работы по техническому обслуживанию машин должны выполняться
при остановленном двигателе.
При подъеме машины домкратом необходимо устанавливать ее на
надежные подставки.
Кабины машины должны быть чистыми и свободными от посторонних
предметов.
После остановки машины необходимо ее надежно затормозить и
установить подкладки на ходовое оборудование.
Если по производственной необходимости машина остановлена на
обочине дороги, она должна быть ограждена знаками: днем - красным
флажком, ночью – красными фонарями.
С водителями машин периодически проводится инструктаж по вопросам
охраны труда и техники безопасности.
Кроме перечисленных общих правил, ниже изложены специальные
правила безопасной работы на бульдозерах:
1 Запрещается оставлять машину с поднятым отвалом. Категорически
запрещается находиться под поднятым отвалом.
2 Нельзя вовремя работы бульдозера становиться на отвал и толкающие
балки.
3 Работа бульдозера разрешается на подъемах на более 25 ° и спусках не
более 35°. Допустимый поперечный уклон при работе бульдозера не должен
превышать 30°.
4 Запрещается выдвигать отвал за край откоса (при сборе грунта).
17
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной курсовой работе был спроектирован бульдозер универсальный
на тракторе Т–140. В ходе работы были произведены: тяговый расчет, расчет
мощности
силовой
установки,
расчет
устойчивости,
расчет
производительности, расчет отвала. А также были затронуты такие вопросы как
экология, защита труда и правила техники безопасности.
18
Список использованных источников
1. Добронравов С.С. Строительные машины и оборудования /С.С.
Добронравов, М.С. Добронравов –М.: Высшая школа, 2006 – 445с.
2. Белецкий Б.Ф. Строительные машины и оборудования /Б.Ф. Белецкий –
Ростов н/Д; Феникс, 2002 – 592с.
3. Бульдозер с неповоротным отвалом. Теория и расчет: учебнометодическое пособие / Н.В. Дымов, Н.А. Глотова, М.А. Буракова; РГУПС. –
Ростов н/Д, 2008. – 25с.
19