Модернизация рабочего оборудования автогрейдера ДЗ-143

МИНОБРНАУКИ Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования

" Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. ШУХОВА"

Транспортно-технологический институт Кафедра: «Подъемно-транспортные, и дорожные машины»

Специальность — 190 100 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование»

Курсовая работа

на тему: " Модернизация рабочего оборудования автогрейдера ДЗ - 143"

Дисциплина — Машины для земляных работ Студент Камалов А.И.

Руководитель работы Харламов Е.В.

Белгород, 2014

Задание

на выполнение курсовой работы по «Машины для земляных работ» студенту группы НКс-31 Байдину Константину Анатольевичу

Выдано 11.02.2014 Срок выполнения 11.02.2014;01.04.2014

Тема работы — Модернизация рабочего оборудования автогрейдера ДЗ-143

Исходные технические данные: базовая машина — автогрейдер ДЗ-143; длина отвала, В=4270мм=4,27 м; высота отвала, Н=610мм=0,61 м; угол захвата косоустановленного отвала, ц=500; угол резания, д=350; толщина срезаемой стружки, h=0,2 м; категория, вид и состояние грунта — I суглинок мягкий Содержание расчетно-пояснительной записки:

1. Анализ технологических схем производства земляных работ, выполняемых автогрейдером

2. Общие сведения об автогрейдерах

3. Сущность модернизации автогрейдера

4. Общий расчет Состав графической части работы Общий вид автогрейдера ДЗ — 143

Контрольные точки проверки хода выполнения курсовой работы: 1.03.2014

Студент Байдин К.А.

Руководитель работы Харламов Е. В

1. Анализ технологических схем производства земляных работ автогрейдером

2. Общие сведения о автогрейдере

2.1 Назначение классификация и область применения автогрейдера

2.2 Устройство и принцип действия рабочего оборудования

2.3 Описание рабочего процесса автогрейдера

3. Сущность модернизации

3.1 Патентное исследование и анализ его результатов

3.2 Описание и технико-экономическое обоснование конструктивной разработки по усовершенствованию автогрейдера

4. Общий расчет

4.1 Исходные данные для расчета

4.2 Выбор и обоснования параметров рабочего оборудования

4.3 Расчет рабочих усилий и потребной мощности привода на копание грунта (по методу Н.Г. Домбровского)

4.4 Тяговый расчет

4.5 Статический расчет

4.6 Расчет производительности Заключение Список используемой литературы Приложения

В настоящее время ни одно строительство не обходится без земляных работ и машин, выполняющих эти работы (кусторезы, бульдозеры, рыхлители, экскаваторы, скреперы и т. д.). Рост темпов, объёмов строительства, усложнения конструкции возводимых сооружений, только увеличил интерес и потребность в машинах для земляных работ.

На сегодняшний день их производством занимается немало компаний с мировыми именами. Некоторые из них используют свои собственные оригинальные разработки и создают конструктивные особенности этих машин, но в целом принципы их устройства и сферы применения являются одинаковыми.

Одной из самых массовых землеройно-транспортных машин, применяемых в дорожном строительстве, является автогрейдер. На долю автогрейдера отводятся планировочные и профилировочные работы по возведению земляного полотна. Существующий СНиП предъявляет высокие требования к точности соблюдения геометрических параметров земляных сооружений, в то время, как серийно выпускаемые автогрейдеры у нас в стране и за рубежом, даже оснащенные системами стабилизации рабочего органа не содержат устройств индикации предоставляющих объективную информацию о точности соблюдения геометрических параметров дорожного полотна. Возникло серьезное противоречие между непрерывно возрастающими требованиями к производительности планировочных работ при высокой точности геометрических параметров земляного полотна и отсутствием систем индикации на серийно выпускаемых машинах. В результате этого даже автоматизированный автогрейдер вынужден совершать лишние проходы по обрабатываемому участку.

Так как парк машин для земляных работ очень велик и разнообразен, как по функциям, так и по устройству конструкции машин в данном курсовом проекте рассмотрим одну из машин данного класса, а именно автогрейдер. Так как автогрейдеры оснащают различным сменным дополнительным оборудованием (до 20 видов) область применения их очень широка. Автогрейдер является одной из распространённых и востребованных машин, что доказывает актуальность данного курсового проекта.

1. Анализ технологических схем производства земляных работ автогрейдером

Копание или перемещение грунта автогрейдером используют, например, при возведении насыпей, устройстве корыта в земляном полотне и профилировании дороги.

Насыпи возводят автогрейдерами при продольных проходах и послойном вырезании грунта, начиная от внутренней бровки резерва (рис. 1). При вырезании грунта и перемещении его в насыпь грейдером или автогрейдером совершают круговые проходы и разрабатывают попеременно резервы с обеих сторон насыпи (рис. 2). Насыпь послойно уплотняется пневмоколесными катками или другими средствами.

Рис. 1. Возведение насыпи автогрейдером из боковых резервов Рис. 2. Порядок проходов автогрейдера при возведении насыпи из боковых резервов: 1−11 -последовательность проходов

Если длина захватки составляет 0,4−1,5 км, то автогрейдеры перемещаются по кругу. При каждом проходе они выполняют только одну операцию при одной установке отвала. Челночные движения автогрейдера применяются при коротких захватках, длиной около 0,15−0,4 км. При длине захватки, близкой к 0,4 км, автогрейдер разрабатывает грунт при прямом и обратном движениях, разворачивая отвал на 1800 в конце участка перед изменением направления движения. Ну, а если длина захватки близка к 0,15 км, автогрейдер совершает обратное движение вхолостую.

Возведение насыпи осуществляется автогрейдером с резанием грунта отвалом двумя схемами: лучевой (рис. 3,а) или послойной (рис. 3, б). Выбрав и установив необходимый угол захвата отвала, его передний конец будет зарезаться в грунт на требуемую глубину. Срезанный грунт при движении автогрейдера смещается вдоль отвала, в сторону возводимой насыпи, и образует валик.

Рис. 3. Схемы лучевая (а) и послойная (б) разработки автогрейдерами боковых резервов и укладки валиков грунта в насыпь в разбежку (в), в полуприжим (г), в прижим (д).

Цифрами указаны очередность проходок и укладки валиков.

В свою очередь количество валиков, укладываемых автогрейдером по ширине земляного полотна, зависит от того, как плотно они располагаются друг к другу. При высоте отсыпки грунта до 0,15 м полотно дороги выстилается просто слоем грунта, начиная с края земляного полотна, в направлении к его оси с заданным уклоном. Насыпи высотой до 0,25 м сооружаются путем укладки автогрейдером валиков, чуть соприкасающихся основаниями (рис. 4, а), а при сооружении более высокой насыпи (до 0,5 м) валики отвалом уже частично прижимаются друг к другу и от этого они несколько деформируются в средней части (расстояние между гребнями уменьшается до 0,3…0,4 м) (рис. 4, 6). При строительстве насыпи высотой до 0,7…0,8 м валики должны быть полностью прижаты друг к другу, с тем чтобы на земляном полотне образовался плотный слой грунта высотой, превышающей высоту одного несжатого валика на 0,12…0,15 м. При этом, как видно на рис. 4, в, валики приобретают плоскую форму.

Рис. 4. Особенности укладки валиков Как правило, грейдеры делают проходы вкруговую, т. е. за первую половину каждого прохода обрабатывают одну сторону дорожного полотна, а за вторую половину прохода в обратном направлении — вторую его сторону. Таким образом, грунтовую дорогу с боковыми кюветами сооружают за 15 проходов туда и обратно.

Рис. 5. Схема профилирования грунтовой дороги за 15 проходов (цифры с 1 по 15 указывают последовательность проходов) Рассмотрим устройство корыта в земляном полотне (см. рис. 7) автогрейдером. Оно осуществляется в следующей последовательности:

1) вырезают грунт у оси дороги с некоторым смещением от нее в сторону обочины.

2) затем полученный валик перемещают на обочину дороги.

3) производят вырезание грунта на расстояние около 1 м от оси дороги.

4) осуществляют разравнивание вырезанного грунта на обочине и придают ей поперечный уклон.

5) следующими 2мя проходами ведут вырезание и перемещение грунта на обочину.

6) и за последние 2 прохода достигается окончательная отделка корыта.

Рис. 6. Схема устройства корыта в земляном полотне дороги автогрейдером: 1,3,5,6,7-вырезание грунта; 2,4-перемещение грунта; 8-разравнивание дна корыта; 9-сечение готового корыта

2. Общие сведения о автогрейдере

2.1 Назначение классификация и область применения автогрейдера

Автогрейдером называется самоходная колёсная машина с регулируемым отвалом, расположенным между задними и передней осями. Предназначены для планировочных профилировочных работ при строительстве дорог, аэродромов и других линейных и площадных объектов.

При отделке земляного полотна дороги требуется произвести вырезание кюветов и профилирование поверхности и боковых откосов насыпи и выемок для придания этим элементам дорожного полотна необходимых поперечных и продольных уклонов. Эти работы выполняют автогрейдеры и грейдеры.

Мощные автогрейдеры могут быть использованы и для возведения земляного полотна в нулевых отметках. Автогрейдеры применяют также на планировочных и вспомогательных работах и в других отраслях строительства при сооружении площадок, профильных выемок и насыпей. В зимнее время автогрейдером очищают дороги от уплотненного снега.

Автогрейдер обладает большой маневренностью и возможностью изменения углов установки отвала в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также может осуществлять вынос отвала в сторону.

Кроме основного рабочего органа отвала и имеющегося на многих автогрейдерах кирковщика, эта машина может работать также с различными видами сменного навесного рабочего оборудования: грейдер-элеваторного, снегоочистительного и другого, будучи дешевле специализированных машин. В силу этих причин выпуск прицепных грейдеров продолжается главным образом с целью сезонного использования тракторов, но этот тип машин не является перспективным и не развивается.

Классификация. Автогрейдеры можно классифицировать по следующим основным признакам:

а) по весу машины: легкие весом до 9 т, средние весом 10−12 т, тяжелые весом 13−15 т, и особо тяжелые весом 17−23 т;

б) по устройству ходового оборудования: двухосные — с одной или двумя ведущими осями и трехосные — с двумя или тремя ведущими осями;

в) по системе управления рабочими органами: с механическим (редукторным) или гидравлическим управлением. Легкие автогрейдеры используют для содержания и мелкого ремонта дорог и для постройки грунтовых дорог в нулевых отметках.

Средние автогрейдеры используют для возведения земляного полотна при небольших отметках насыпи и выемки в грунтах оптимальной влажности и для среднего ремонта дорог. Автогрейдеры тяжелые и особо тяжёлые целесообразно использовать при наличии больших объемов работ и в тяжелых грунтовые условиях.

2.2 Устройство и принцип действия рабочего оборудования

автогрейдер грунт трансмиссия Автогрейдер представляет собой самоходную колесную землеройно-транспортную машину с отвальным рабочим органом Рисунок 7 — Автогрейдер вид сбоку

Автогрейдер состоит из следующих основных частей:

Длинной и выгнутой в средней части основной рамы 1, служащей для установки на ней всех механизмов автогрейдера и опирающейся сзади на заднюю тележку 10, снабжённую балансирами с ведущими колёсами 8, а спереди на переднюю ось 4 с управляемыми колёсами; двигателя 14, закреплённого сверху рамы над задней тележкой; трансмиссии, передающей вращение от двигателя к ведущим колёсам, гидронасосам и пр.; грейдерного отвала 7, расположенного в пространстве под выгнутой узкой в плане частью рамы, называемой хребтовой балкой, на специальной тяговой раме 6, закреплённого с помощью сферического шарнира на концевой части хребтовой балки над передней осью и двух гидроцилиндров подъёма отвала 2, установленных на кронштейнах с двух сторон хребтовой балки в её самой приподнятой части; кабины 11 с органами и пультом управления и сиденьем машиниста; отвала бульдозера 5, гидроцилиндра 12 для их привода; капота 9 с откидными стенками, закрывающего двигатель; электросистемы сигнализации и освещения 13.

Рабочее оборудование автогрейдера подразделяется на основное и дополнительное

Тяговые рамы с отвалом. С помощью тяговой рамы передается отвалу тяговое усилие, необходимое для резания грунта. Поэтому тяговая рама содержит мощную продольную балку или два сходящихся лонжерона, оканчивающихся в месте их схода шаровым шарниром для шарнирного крепления тяговой рамы к переднему мосту автогрейдера. Сзади тяговая рама имеет поперечную связь, которая придает ей жесткость и позволяет закрепить снизу поворотный круг, изготовленный в виде открытого зубчатого венца большого диаметра с внутренними зубьями.

Сам поворотный круг, помимо плоского зубчатого венца, имеет кольцевую обечайку, придающую ему жесткость. К ней с боков параллельно продольной оси тяговой рамы приваривают два опущенных вниз плоских дугообразных кронштейна, предназначенных для шарнирного крепления непосредственно отвала. Как правило, опущенные вниз относительно поворотного круга концы этих кронштейнов жестко связываются с помощью труб между собой и с нижней плоскостью поворотного круга.

Отвал изготавливают из толстого стального листа, изогнутого по радиусу. С задней стороны этот лист усилен уголками или листами, придающими отвалу коробчатое поперечное сечение. Режущая наружная часть лобового листа несколько отогнута по всей его длине и в это место помещен и закреплен с помощью болтов с утопленными головками съемный нижний режущий нож 6, выполненный из специальной износостойкой стали с наплавкой из твердого сплава на режущей кромке. По бокам отвала закреплены на болтах также съемные боковые режущие ножи 5. Так как отвал во время работы автогрейдера должен быть ориентирован в пространстве определенным образом, в конструкции тяговой рамы предусмотрена возможность его бокового перемещения относительно рамы и изменения угла резания отвала.

2.3 Описание рабочего процесса автогрейдера

При первом проходе намечается разбивка дороги по ширине и направлению и поэтому первый проход является наиболее ответственным; целесообразно перед первым проходом размечать внешние края кюветов колышками, которые облегчают водителю сохранять направление при движении.

При последующих проходах боковые кюветы углубляют и вырезанный из них грунт перемещают на дорожное полотно. Последними проходами дорожное полотно планируют (выравнивают) и профилируют, т. е. его поверхности придают поперечные уклоны (см. рис. 3, поз. 15) обеспечивающие сток воды в боковые кюветы.

3. Сущность модернизации

3.1 Патентное исследование и анализ его результатов

Объект исследования — машина для земляных работ — автогрейдер Д 3 143 класса 140 является автогрейдером, не имеющим аналогов в России. Комплектация и модификация данной техники позволяют использовать его для содержания и строительства дорог, а также выполнять разработку грунтов от первой до четвертой категории. Автогрейдер способен эксплуатироваться в строительстве аэродромов, ирригаций, железных дорог, гидротехники и мелиораций.

Все основные функции автогрейдера Д 3−143 выполняются при помощи специального рабочего органа, которым является отвалом с ножом, смонтированным на раме машины и приводящегося в действие от дизеля. Им можно выполнять функции опускания, подъема, поворота в вертикальной и горизонтальной плоскости.

В результате проведения патентных исследований для модернизации автогрейдера ДЗ-143 были отобраны 5 технических решений, защищенных патентами

1) РФ № 2 498 022 МПК E02F3/76 — Составной отвал автогрейдера

2) РФ № 2 399 724 МПК E02F3/76 — Рабочее оборудование автогрейдера

3) РФ № 2 184 813 МПК E02F3/80 - Рабочий орган автогрейдера

4) РФ № 2 435 908 МПК E02F3/76 — Боковое рабочее оборудование автогрейдера

5) РФ № 2 164 576 МПК E02F3/76 — Автогрейдер Из перечисленных патентов на изобретение в качестве основного был выбран патент №№ 2 184 813 МПК E02F3/80 - Рабочий орган автогрейдера целью которого является уменьшение металлоемкости рабочего оборудования, а также повышение производительности автогрейдера за счет увеличения длины отвала на легких операциях, таких как перемещение, разравнивание грунта и планировочные работы.

3.2 Описание и технико-экономическое обоснование конструктивной разработки по усовершенствованию автогрейдера

На основании анализа технического решения, запатентованного патентом №№ 2 184 813 МПК E02F3/80

Изобретение относится к землеройно-транспортным машинам типа автогрейдеров. Рабочий орган автогрейдера состоит из центральной, двух боковых секций и гидроцилиндров их выдвижения. Каждый гидроцилиндр связан с соответствующей боковой секцией с помощью шарнира, представляющего корпус, образованный стаканом и втулкой, который своим стаканом закреплен на конце штока гидроцилиндра, а втулкой охватывает верхний конец пальца, который своим нижним концом шарнирно соединен с верхней частью наружного конца соответствующей боковой секции. Центральная секция снабжена с тыльной стороны винтовыми направляющими «шевронного» типа, с подъемом в направлении от торцов к середине центральной секции, в которых посредством ползунов установлены боковые секции. Каждая боковая секция имеет длину l=(L/2)-0,25 м, где L — длина центральной секции. Увеличивается производительность планировочных работ, упрощается конструкция рабочего органа.

Изобретение относится к землеройно-транспортным машинам, в частности к автогрейдерам.

Требуемый технический результат достигается тем, что в рабочем органе, состоящем из центральной, двух боковых секций и гидроцилиндров их выдвижения, при этом каждый гидроцилиндр связан с соответствующей боковой секцией с помощью шарнира, представляющего корпус, образованный стаканом и втулкой, который своим стаканом закреплен (с возможностью вращения за счет радиально-упорных подшипников) на конце штока гидроцилиндра, а втулкой охватывает (с возможностью продольных перемещений в ней) верхний конец пальца, который своим нижним концом шарнирно соединен с верхней частью наружного конца соответствующей боковой секции, согласно изобретению центральная секция снабжена с тыльной стороны винтовыми направляющими «шевронного» типа, с подъемом в направлении от торцов к середине центральной секции, в которых посредством ползунов установлены боковые секции. При этом каждая боковая секция имеет длину

l = (L/2) — 0,25 м, где L — длина центральной секции.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило выявить отличительные признаки, подтверждающие соответствие критерию «Новизна» .

При сравнении отличительных признаков с известными науке и технике решениями установлено, что предлагаемый настоящей заявкой рабочий орган автогрейдера соответствует критерию «Существенное отличие» .

Критерий «Положительный эффект» для предлагаемого настоящей заявкой рабочего органа автогрейдера подтверждается тем, что он приводит к увеличению производительности автогрейдера при проведении планировочных работ при выдвинутых боковых секциях за счет увеличения длины боковых секций, а следовательно, и длины всего секционного отвала.

Критерий «Положительный эффект» для предлагаемого настоящей заявкой рабочего органа автогрейдера подтверждается тем, что предлагаемое техническое решение по размещению винтовых направляющих для установки в них с помощью ползунов боковых секций с тыльной стороны центральной секции является рациональным, так как это значительно упрощает конструкцию рабочего органа и снижает его металлоемкость.

Критерий «Положительный эффект» для предлагаемого настоящей заявкой рабочего органа автогрейдера подтверждается тем, что указанные винтовые направляющие и ползуны, а также высота боковых секций позволяют разместить боковые и нижние ножи боковых секций вне зоны резания соответствующих ножей центральной секции при сдвинутых боковых секциях. Вывод ножей боковых секций из зоны резания соответствующих ножей центральной секции происходит одновременно, в результате чего нижние ножи боковых секций оказываются на более высоком уровне, чем нижние ножи центральной секции, а боковые ножи боковых секций оказываются сдвинутыми за пределы действия боковых ножей центральной секции.

Вычислительный эксперимент с математической моделью автогрейдера показал, что оптимальная длина боковой секции определяется из соотношения

l = (L/2) — 0,25 м, где L — длина центральной секции.

В результате принятых мер уменьшаются усилия и мощность, затрачиваемые на резание грунта, что позволяет снизить интенсивность износа нижних ножей. Это, в свою очередь, приведет к увеличению точности, снижению стоимости и энергоемкости производства планировочных работ.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен вид спереди рабочего органа автогрейдера в рабочем положении, на фиг.2 — вид сзади, на фиг.3 — рабочий орган в транспортном положении.

Рабочий орган включает секционный отвал, выполненный из центральной секции 1 и двух боковых секций 2 и 3. Центральная секция 1 снабжена нижним 4 и боковыми 5 и 6 режущими ножами, а боковые секции 2 и 3 — нижними 7 и 8 и боковыми 9 и 10 режущими ножами, причем высота боковых секций меньше высоты центральной секции на величину высоты нижнего ножа при сохранении величины угла опрокидывания в пределах 70…75° в соответствии с требованиями.

Боковые секции 2 и 3 своими ползунами 11 и 12 установлены с тыльной стороны центральной секции 1 с возможностью перемещения в винтовых направляющих «шевронного» типа 13 и 14, принадлежащих центральной секции 1. На тыльной стороне центральной секции 1 шарнирно закреплены корпуса гидроцилиндров выдвижения боковых секций 15 и 16, каждый из которых своим штоком связан с соответствующей боковой секцией посредством пространственных шарниров 17 и 18, обеспечивающих перемещение боковых секций по винтовым направляющим.

Отвал может быть установлен на автогрейдере посредством направляющих 19 и 20. Он также снабжен кронштейном 21 для присоединения к нему штока базового гидроцилиндра выдвижения всего отвала относительно тяговой рамы.

Функционирование рабочего органа автогрейдера При сдвинутых боковых секциях 2 и 3 работа осуществляется только одной центральной секцией 1, которая при внедрении в грунт устанавливается под углом к направлению движения автогрейдера. Вырезаемый из массива нижним 4 и боковым 5 (6) ножами грунт перемещается центральной секцией 1 и укладывается в боковой валик.

При необходимости увеличения длины рабочего органа гидроцилиндрами 15 и 16 производится выдвижение боковых секций 2 и 3. При этом пространственные шарниры 17 и 18 преобразуют поступательное движение штоков гидроцилиндров во вращательно-поступательное движение боковых секций 2 и 3.

Боковые секции 2 и 3, выдвигаясь по винтовым направляющим 13 и 14 в рабочее положение, своими нижними ножами 7 и 8 устанавливаются на уровень нижнего ножа центральной секции 4. В результате выдвижения боковых секций 2 и 3 рабочий орган автогрейдера готов к выполнению планировочных работ всеми тремя секциями.

При необходимости выполнения работ только одной центральной секцией 1 при поступательном втягивании штоков гидроцилиндров 15 и 16 посредством пространственных шарниров 17 и 18 производится вращательно-поступательное перемещение боковых секций 2 и 3 в транспортное положение.

Рабочий орган автогрейдера, состоящий из центральной, двух боковых секций и гидроцилиндров их выдвижения, при этом каждый гидроцилиндр связан с соответствующей боковой секцией с помощью шарнира, представляющего корпус, образованный стаканом и втулкой, который своим стаканом закреплен на конце штока гидроцилиндра, а втулкой охватывает верхний конец пальца, который своим нижним концом шарнирно соединен с верхней частью наружного конца соответствующей боковой секции, отличающийся тем, что центральная секция снабжена с тыльной стороны винтовыми направляющими «шевронного» типа, с подъемом в направлении от торцов к середине центральной секции, в которых посредством ползунов установлены боковые секции, при этом каждая боковая секция имеет длину

l= (L/2)-0,25 м,

где L — длина центральной секции.

Рисунок 8 — вид спереди рабочего органа автогрейдера в рабочем положении Рисунок 9 — вид сзади Рисунок 10 — рабочий орган в транспортном положении.

4. Общий расчет

4.1 Исходные данные для расчета

Табл. 1- Исходные данные

4.2 Выбор и обоснования параметров рабочего оборудования

Для предварительного расчета принимаем размер отвала 4270*610

4.3 Расчет рабочих усилий и потребной мощности привода на копание грунта (по методу Н.Г. Домбровского)

На рисунке 11 представлена общая схема сил, действующих на режущий клин как со стороны рабочего органа Рi, так и со стороны грунта Wi, приведенных к его режущей кромке.

Рис. 11. Схема сил, действующих на режущий клин: P, W — суммарные силы копания и сопротивления грунта копанию соответственно; P01, W01 — касательные составляющие этих сил; Р 01, W01 — нормальные составляющие силы копания и сопротивления грунта копанию соответственно; b и c — ширина и толщина срезаемой стружки соответственно; д — угол резания.

· Сопротивление грунта резанию (кН) определяется по формуле:

WР= k1*h*b* sin ц=25*0,61*4,27*sin500=49,88 кН, где k1 — удельное сопротивление грунта резанию, зависящее от категории грунта и вида рабочего органа машины; по табл. 1.1 k1=15…40=25 кПа;

h — толщина срезаемой стружки, h=0,61 м (по заданию);

b — ширина срезаемой стружки, равная, как правило, ширине режущей кромки рабочего органа, b=4270мм=4,27 м ц — угол захвата косоустановленного отвала, ц=0−900=350

· Сопротивление перемещению призмы грунта (кН), образующейся перед рабочим органом при углах резания д=35−600, определяется по формуле:

WПР=VПР*с*g*м1*sin ц/kР=1,12*1,3*9,8*0,6*sin500/1,24=5,28 кН, где VПР — объем призмы грунта перед рабочим органом, зависящий от его конструкцией и характеристик грунта, мі

VПР=В*Н 2/2* kПР=4,27*0,612/2*0,7=1,12 мі;

В — ширина (длина) отвала, В=4270мм=4,27 м;

Н — высота отвала, Н=610мм=0,61 м

kПР — поправочный коэффициент, зависящий от соотношения Н/В, по табл. 1.2 kПР=0,7;

с — плотность грунта, для грунтов I категории с=1,2…1,5=1,3 т/мі;

kР — коэффициент разрыхления грунта, зависящий от вида грунта, по табл. 1.4 kР=1,24…1,3=1,24;

м1 — коэффициент трения грунта о грунт, зависящий от вида и состояния грунта, по табл.1.5 м1=0,6;

· Сопротивление заполнению рабочего органа грунтом (кН) определяют (для отвальных рабочих органов):

кН, где м₂ — коэффициент трения грунта о поверхность рабочего органа, зависящий от вида грунта, по табл. 1.5 м₂=0,5…0,7=0,6; д — угол резания, принимаемый в пределах 35…600; д=500 (по заданию).

· Сопротивление, возникающее на площадке затупления (кН) при угле резания д=550, определяют по формуле:

WПЛ=сУД*L=0,8*3,27=2,61 кН, где сУД — удельное сопротивление от затупления, зависящее от ширины площадки затупления, а и вида грунта, по табл. 1.6 сУД=0,8 кН/м;

L — длина режущей кромки рабочего органа, практически равная длине отвала,

L=В*sinц=4,27*sin500=3,27 м.

· Основная касательная составляющая сопротивления грунта копанию определяется методом и формулой Н. Г. Домбровского:

W01=WР+WПР+WЗАП+WПЛ=49,88+5,28+7+2,61=64,77 кН

· Нормальная составляющая сопротивления грунта копанию определяется в долях от касательной составляющей:

W02=ш* W01=0,2*64,77=12,95 кН, где Ш — коэффициент, зависящий от однородности и прочности грунта, степени затупления, размера и формы износа задних граней режущего элемента, заднего угла резания б, для менее прочных однородных грунтов ш=0,2.

· Суммарное сопротивление грунта копанию определяется по формуле:

УWКОП= кН

· Мощность, затрачиваемая на процесс копания определяется по формуле:

кВт

4.4 Тяговый расчет

Исходными данными для тягового расчета являются: тип машины — автогрейдер ДЗ — 143 тип движетеля — колесный вид опорной поверхности грунт свежеотсыпанный сила тяжести машины — Gv = 200 кН уклон местности — 2 град. скорость движения машины на рабочем режиме — vq = 1.18 м/с на транспортном режиме vq = 4,2 м/с мощность двигателя базовой машины N = 184 кВт наветренная площадь автогрейдера Fв = 7 мІ

Определяем тяговое усилие развиваемое двигателем машины на рабочем режиме при vq = 1.18 м/с где — установленная мощность двигателя машины, кВт — скорость движения машины на соответствующем режиме, м/с — КПД трансмиссии ходового оборудования (для механической

на транспортном режиме при v_q = 4,2 м/с

Определяем максимальную силу тяги где — сцепной вес машины, т. е. вес приходящейся на ведущие колеса Н, — коэффициент сцепления движителя с опорной поверхностью зависящий от типа движителя, вида состояния опорной поверхности (табл. 4,1)

Определяем суммарное сопротивление на рабочем режиме.

— сопротивление перекатыванию движителя по заданной опорной поверхности Где — сила тяжести машины, Н — коэффициент сопротивления перекатыванию, зависящий от типа движетеля и вида опорной поверхности (табл 4,1) — угол уклона местности, град.

— внутреннее сопротивление в движетелх

*

— сопротивление при движении машины по уклону

— сопротивление от сил инерции, возникающие при трогании с места Где — коэффициент учитывающий инерцию вращающихся масс привода; vр — рабочая скорость машины на первой передачи после трогания с места, для колесных машин vр = 1,15 м/с — время разгона .

— сопротивление в процессе копания Wр = 66,05кН Суммарное сопротивление на рабочем режиме При этом условие нормального движения автогрейдера без буксования соблюдается так как 120кН > 117кН >103,1кН Определяем суммарное сопротивление на транспортном режиме

— сопротивление перекатыванию движетеля по заданной опорной поверхности

— внутреннее сопротивление в движетелх

*

— сопротивление повороту автогрейдера при его движению по кривой

— сопротивление при движении машины по уклону

— сопротивление от сил инерции, возникающие при трогании с места

— сопротивление воздуха при движении автогрейдера Где q — предельно допустимое удельное динамическое давление ветра равное 125 Па — наветренная площадь машины мІ

Суммарное сопротивление на транспортном режиме По результатом данного расчета условие нормального движения автогрейдера на транспортном режиме соблюдается так как 120кН > 32,8кН >26,44кН

4.5 Статический расчет

Проверку устойчивости автогрейдера в горизонтальной плоскости проводят для случая, когда копание совершается одним концом отвала установленным под углом захвата и углом зарезания л. При этом положении касательная составляющая сопротивления копанию Рк будет стремится повернуть машину вокруг центра тяжести (рис 12). Этому повороту препятствуют силы сцепления S1 и S2 или боковые реакции грунта действующие на передние и задние колеса. При таком расчете следует принять максимальное значение Рк из следующего уравнения:

Где — сила тяжести автогрейдера, кН

— нормальная составляющая сопротивления копанию грунта, принимают

— коэффициент сцепления движетеля с грунтом (табл 3,7)

Для обеспечения устойчивости машины должно быть соблюдено неравенство Где — плечи действующих сил (м) относительно центра тяжести (см. рис. 12), принимаются по конструктивной схеме Силы сцепления S1 и S2 определяются из условия сцепления и велечин реакции грунта на колеса R1 и R2

Величину реакции грунта на передние и задние колеса орентировочно можно принять из условия распределение силы тяжести машины и сопротивления копанию. В отечественных трехосных машинах имеет место следующее распределение общей нагрузке по осям: на переднюю 30 — 35% на заднюю 65−70%. исходя из этого для расчетов принимают для трехосных ;

4.6 Расчет производительности

При возведении земляного полотна дороги из двухстороннего резерва производительность автогрейдера можно определить по формуле

мі/ч где — объем вырезанного в резерве и перемещенного в тело насыпи грунта мі

— коэффициент использования машины во времени принимают

— время затраченное на разработку и перемещения грунта в объеме при производстве работ на участке протяженностью lр (км) объем грунта (мі), вырезанного и перемещенного автогрейдером за один проход туда и обратно составит мі

Время цикла

где Fс — площадь поперечного сечения стружки определяемая по формуле мІ

где В — длина отвала автогрейдера м,

h — максимальная длина срезаемой стружки м,

— угол захвата

— угол зарезания время вырезания грунта

а время перемещения грунта

где — рабочая скорость копания грунта м/с

— скорость перемещения грунта м/с

и — протяженность участков резания и перемещения грунта соответственно м. время на разворот автогрейдера или его отвала в конце участка принимают равным 15 с часовую эксплуатационную производительность автогрейдера при производстве профилировочно — планировочных работ определяют по формуле

мІ/ч где — длина планируемого участка м,

— коэффициент перекрытия смежных проходов автогрейдера по одному месту при планировке принимают до 10, при профилировочных работах ;

— рабочая скорость автогрейдера принимают км/ч

nПЛ — число проходов по одному следу, при профилировочных работах nПЛ=10…16=16.

Заключение

В данной курсовой работе по модернизации рабочего оборудования автогрейдера было произведено патентное исследование, в результате которого было отобрано техническое решение по повышения производительности автогрейдера. Также познакомились с устройством, назначением и принципом работы автогрейдера. Произвели расчет рабочих усилий и потребной мощности привода на копание грунта, при этом мощность на копание грунта составила 108,5 кВт, этого достаточно для копания грунта так как мощность двигателя установленного на машине больше полученной мощности. Еще произвели тяговый расчет в результате которого получили условие движения автогрейдера без буксования на транспортном и рабочем режиме 120кН > 117кН >103,1кН 120кН > 32,8кН >26,44кН. В конце провели статический расчет и расчет производительности

Список используемой литературы

1. А. А Богомолов М Д Герасимов Строительные и дорожные машины

2. А, А Богомолов Машины для земляных работ

3. www1.fips.ru Роспатент

4. Интернет ресурс

Приложение 1

Российская Федерация Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам

Описание изобретения к патенту

Статус: по данным на 17.02.2014 — действует Пошлина: учтена за 3 год с 06.10.2013 по 05.10.2014

СОСТАВНОЙ ОТВАЛ АВТОГРЕЙДЕРА

Реферат:

Изобретение относится к землеройно-транспортным машинам, в частности к автогрейдерам. Отвал автогрейдера включает отвал и выдвижные секции, симметрично расположенные относительно его вертикальной оси. Выдвижные секции установлены сзади отвала, выполнены в форме секторов и шарнирно соединены с отвалом с возможностью поворота секций, приводимых в движение с помощью индивидуальных приводов. Обеспечивает повышение производительности автогрейдера в процессе копания и перемещения грунта в сторону косопоставленным отвалом, устраняет проблему просыпания грунта под задние ведущие колеса. 3 ил.

Изобретение относится к землеройно-транспортным машинам, в частности к автогрейдерам.

Известны отвалы автогрейдеров, обеспечивающие выполнение большого количества различных видов технологических операций. Одной из таких операций, при устройстве земляного дорожного полотна, является копание грунта косопоставленным отвалом с одновременным перемещением его в сторону (ГОСТ № 11 030−93, с.2).

Недостатком такого отвала автогрейдера при выполнении данной операции является просыпание разрабатываемого грунта под задние ведущие колеса машины и, как следствие, снижение тягово-сцепных качеств движителя, а также невозможность перемещения всего грунта в сторону на всю длину отвала.

Наиболее близким к предлагаемому является рабочее оборудование бульдозера, содержащее толкающие Г-образные брусья, шарнирно соединенные с рамой бульдозера раскосы, гидроцилиндры управления и составной отвал, состоящий из средней секции и двух боковых секций, секции отвала выполнены независимыми друг от друга, с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, средняя секция отвала жестко связана с Г-образными толкающими брусьями и шарнирно с гидроцилиндром управления средней секцией, а боковые секции жестко связаны с дополнительными толкающими брусьями и шарнирно с индивидуальными гидроцилиндрами управления секции (Авторское свидетельство № 2 057 852 «Рабочее оборудование бульдозера»).

Недостатком этой конструкции является то, что при копании и перемещении грунта в сторону таким косопоставленным отвалом также происходит просыпание грунта под движитель.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности автогрейдера при копании и перемещении грунта в сторону косопоставленным отвалом.

Задача решается за счет того, что составной отвал автогрейдера, содержащий отвал и выдвижные секции, симметрично расположенные относительно его вертикальной оси, сзади выполнены в форме секторов и шарнирно соединены с отвалом с возможностью поворота секций приводимых в движение с помощью индивидуальных приводов.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен предлагаемый составной отвал автогрейдера с выдвижными секциями и механизмом их привода (вид сзади); на фиг.2 — отвал автогрейдера, при копании грунта косопоставленным отвалом; на фиг.3 — предлагаемый составной отвал автогрейдера, при копании грунта косопоставленным отвалом с одной выдвижной секцией в рабочем положении.

Составной отвал автогрейдера состоит из: основного отвала 1, с задней частью которого посредством нижних шарниров 10 и 11 соединены симметрично расположенные относительно вертикальной оси отвала O-O выдвижные секции 2 и 3, имеющие форму секторов. Шарниры 8 и 9, расположенные в верхней части выдвижных секций, соединены с механизмами управления (например — штоками гидроцилиндров 4 и 5, которые шарнирами 6 и 7 соединены с основным отвалом).

Необходимый угол поворота секций должен соответствовать рекомендуемому углу зарезания отвала, который составляет 12 15° (ГОСТ № 11 030−93, с.10).

На фиг.2 показан отвал автогрейдера в процессе копания грунта косо-поставленным отвалом, когда происходит просыпание грунта под задние ведущие колеса. На фиг.3 показан предлагаемый составной отвал автогрейдера с одной выдвинутой секцией в процессе копания грунта косопоставленным отвалом, в этом случае, благодаря выдвижной секции, не происходит просыпание грунта под задние ведущие колеса.

Механизм приведения в рабочее положение выдвижных секций, например, с помощью гидроцилиндров работает следующим образом.

При подаче масла под давлением в поршневую полость гидроцилиндра 5 поршень со штоком выдвигаются из его корпуса и секция 3 поворачивается по часовой стрелке, устраняя зазор между плоскостью отвала и поверхностью, по которой движется машина, тем самым устраняя проблему просыпания грунта под ведущие колеса, фиг.3. Аналогичным образом в действие приводится вторая секция 2 при копании грунта противоположной стороной отвала.

Формула изобретения Составной отвал автогрейдера, включающий отвал и выдвижные секции, симметрично расположенные относительно его вертикальной оси, отличающийся тем, что выдвижные секции, установленные сзади отвала, выполнены в форме секторов и шарнирно соединены с отвалом с возможностью поворота секций, приводимых в движение с помощью индивидуальных приводов.

Приложение 2

Российская Федерация Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам

Описание изобретения к патенту

Статус: по данным на 17.02.2014 — может прекратить свое действие Пошлина: учтена за 4 год с 21.04.2012 по 20.04.2013

РАБОЧЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ АВТОГРЕЙДЕРА

Реферат:

Изобретение относится к землеройно-транспортным машинам, в частности к автогрейдерам. Технический результат — уменьшение металлоемкости рабочего оборудования, а также повышение производительности автогрейдера за счет увеличения длины отвала на легких операциях, таких как перемещение, разравнивание грунта и планировочные работы. Рабочее оборудование автогрейдера включает отвал, состоящий из центральной и двух боковых секций, а также механизма выноса секций. В рабочем оборудовании автогрейдера при работе отвалом стандартной длины боковые секции смыкаются перед центральной секцией, и их ножи находятся ниже ножа центральной секции. При этом удлинение отвала осуществляется за счет выноса боковых секций назад и в стороны, так что боковые и центральная секции образуют отвал увеличенной длины. Механизм выноса секций содержит закрепленную на центральной секции раму для крепления рычагов и тяг, обеспечивающих перемещение боковых секций относительно центральной секции, упоры передачи нагрузки с боковых секций на центральную секцию и раму и гидроцилиндры, обеспечивающие перемещение боковых секций отвала относительно центральной.

Изобретение относится к землеройно-транспортным машинам, в частности к автогрейдерам.

Известно рабочее оборудование (РО) автогрейдера, зарегистрированное в США японской фирмой Mitsubishi [Blade Assemble: United States Patent 4 369 847 / Mizunuma W. (Japan). — 4р.], которое представляет собой трехсекционный отвал, состоящий из центральной основной секции и боковых правой и левой секций, выдвигающихся параллельно основной секции по горизонтальным направляющим. Боковые секции имеют профиль и высоту, идентичные параметрам основной секции.

Недостатком этого РО автогрейдера является уменьшение заднего угла ножа отвала. Втянутые боковые секции расположены перед лобовым листом основного отвала, что вызывает повышенное сопротивление при одновременном резании грунта ножами основной и боковых секций при минимальной длине отвала.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является секционный отвал [Патент РФ № 2 135 698, E02 °F 3/76, 25.12.97], выполненный из центральной и боковых секций, которые имеют одинаковую высоту профиля отвала при сохранении величины угла опрокидывания 70−75°. Боковые секции выдвигаются с помощью гидроцилиндров. Боковые секции при втягивании поднимаются по прямолинейным направляющим относительно коробчатой центральной секции по ее задней стенке.

Основным недостатком этой конструкции РО является большая масса из-за коробчатого сечения основной и боковых секций.

Техническая задача, которую решает данное изобретение, — это уменьшение металлоемкости РО по сравнению с прототипом, а также повышение производительности автогрейдера за счет увеличения длины отвала на легких операциях, таких как перемещение, разравнивание грунта и планировочные работы. При этом конструкция позволяет изменять угол резания, сохраняется угол опрокидывания, и при резании грунта отвалом минимальной длины дополнительные ножи не контактируют с грунтом.

Указанный технический результат достигается тем, что в рабочем оборудовании, включающем трехсекционный отвал, раму, гидроцилиндры управления, кронштейны, рычаги и тяги, согласно изобретению при работе отвалом боковые секции смыкаются перед центральной секцией, и их ножи находятся ниже ножа центральной секции, а удлинение отвала осуществляется за счет выноса боковых секций назад и в стороны, так что боковые и центральная секции образуют отвал, центральная секция с несущей рамой на тыльной стороне, ползунами для установки кронштейнов и проушин для крепления четырех рычагов, которые непосредственно соединяют среднюю секцию отвала с боковыми секциями и позволяют им выноситься перед средней секцией, и гидроцилиндров, и при этом ферма и проушины находятся под углом, это позволяет при работе вынесенных вперед боковых секций относительно средней не задействовать нож средней секции, боковые секции имеют на тыльной стороне проушины для крепления двух рычагов и тяги, которая в свою очередь соединяет боковую секцию с фермой средней и позволяет при выносе боковой двигаться параллельно, и упоры, упирающиеся в ферму средней секции, при выносе боковых секций вперед и в ферму при удлиненном отвале и снимающие часть напряжения с рычагов и тяг, а также гидроцилиндров, крепящихся к средней секции и нижним рычагам и позволяющих вынос боковых секций относительно средней.

Изобретение поясняется чертежами, где: фиг.1 — РО с отвалом увеличенной длины (боковые секции отведены назад); фиг.2 — РО с отвалом стандартной (минимальной) длины (боковые секции выдвинуты вперед); фиг.3 — РО с отвалом стандартной длины, вид справа.

РО включает секционный отвал, состоящий из центральной секции 1 и двух боковых секций 2 и 3. Лобовые листы центральной секции 1 и боковых секций 2 и 3 имеют одинаковую высоту профиля отвала при сохранении величины угла опрокидывания 70−75° в соответствии с требованиями к профилю грейдерного отвала.

Центральная секция 1 снабжена с тыльной стороны рамой 4, выполненной в виде фермы, и проушинами 5, 6, 7. Проушины 5, 6, 7 служат для крепления рычагов 8, гидроцилиндров 9 управления боковыми секциями и гидроцилиндра изменения угла резания соответственно. Для изменения угла резания на центральной секции 1 закреплены направляющие 10 для установки в посадочных местах поворотных кронштейнов 11. На боковых секциях 2 и 3 установлены нижние режущие ножи 12, на центральной секции 1 установлен нож 13.

Рама 4 и проушины 5 и 6 находятся под углом к опорной поверхности грунта, благодаря чему при выносе секций 2 и 3 вперед относительно центральной секции 1 нож 13 секции 1 не мешает резанию грунта ножами 12 опускающихся боковых секций 2 и 3.

На раме 4 имеются проушины 14 для шарнирного крепления тяг 15, а также упоры 16, воспринимающие нагрузку с боковых секций 2 и 3 при перемещении грунта отвалом увеличенной длины.

Слева и справа на центральной секции 1 сзади имеются упоры 17 для предотвращения движения боковых секций 2 и 3 назад относительно центральной секции 1 при увеличенной длине отвала, воспринимающие нагрузку с боковых секций 2 и 3 при перемещении грунта. Сзади на секции 1 имеются проушины 18 для шарнирного крепления рычагов 8.

Боковые секции 2 и 3 представляют собой симметричные конструкции, на тыльной стороне листов которых находятся проушины 18 и 19 для шарнирного крепления рычагов 8 и тяг 15 соответственно. Сзади на секциях 2 и 3 имеются упоры 20, которые при выносе секций 2 и 3 вперед упираются в центральную секцию 1 при работе отвалом минимальной длины, а при работе удлиненным отвалом — в упоры 16.

Рычаги 8 имеют проушины для шарнирного крепления штоков гидроцилиндров 9 и служат для крепления боковых секций 2 и 3 к центральной секции 1, а также для выноса боковых секций 2 и 3 вперед. Гидроцилиндры 9 управления служат для перемещения рычагов 8. Рычаги 8, гидроцилиндры 9 и тяги 15, имеющие возможность перемещения относительно секции 1 и рамы 4, образуют механизм выноса вперед боковых секций 2 и 3.

Гидроцилиндр 21, установленный между поворотным кругом и проушиной 7 центральной секции 1, предназначен для изменения угла резания. На базовых кронштейнах 22 поворотного круга шарнирно закреплены поворотные кронштейны 11, позволяющие изменять угол резания.

Функционирование рабочего оборудования автогрейдера

При необходимости производить работу по резанию и перемещению грунта отвалом минимальной (стандартной длины) в поршневые полости гидроцилиндров 9 подается жидкость, штоки цилиндров 9 выдвигаются, поворачивая нижние рычаги 8. Правые рычаги 8 и правая тяга 15 поворачиваются против часовой стрелки в плане относительно секции 1 и рамы 4, левые рычаги 8 и левая тяга 15 — по часовой стрелке. Боковые секции 2 и 3 совершают поступательное движение, выносятся вперед и вниз относительно центральной секции 1 и смыкаются перед секцией 1, образуя отвал минимальной длины. Упоры 20 боковых секций 2 и 3 при этом упираются в отвальную поверхность секции 1, препятствуя дальнейшему движению секций 2 и 3. При смыкании боковых секций 2 и 3 перед центральной секции 1 ножи 12 установлены ниже ножа 13. Резание грунта осуществляется ножами 12, нож 13 не контактирует с грунтовой поверхностью.

Для увеличения длины отвала в штоковые полости гидроцилиндров 9 подается жидкость, штоки цилиндров 9 втягиваются, поворачивая нижние рычаги 8 в обратном направлении. Боковые секции 2 и 3 совершают поступательное движение назад, вверх и в стороны относительно центральной секции 1 до образования удлиненного отвала из секций 1−3. Упоры 20 боковых секций 2 и 3 прижимаются к упорам 16 рамы 4, а края секций 2 и 3 — к упорам 17 секции 1. Ножи 12 секций 2 и 3 при этом находятся на одном уровне с ножом 13 секции 1. Отвальные поверхности всех секций образуют отвал увеличенной длины.