Проект бульдозера ДЗ-24А на базе тягача Т-180

Землеройно-транспортными называют машины с ножевым рабочем органом, выполняющие одновременно послойное отделение от массива и перемещение грунта к месту укладки при своем поступательном движении. К этой группе машин относится: бульдозеры, скреперы, автогрейдеры, грейдеры. Первые два типа машин, особенно бульдозеры, широко используются в промышленном и гражданском строительстве. В зависимости от вида рабочего оборудования отдельный грунт накапливается перед отвалом или поступает в ковш, в котором транспортируется к месту отсыпки. Основными преимуществами землеройно-транспортных машин является возможность совмещения в одном рабочем цикле всего комплекса операций по копанию, перемещению, отсыпания грунта с предварительным разравниванием и частичным уплотнением, простота конструкции и высокая производительность.

1. Научно-исследовательский раздел

1.1 Обзор и анализ существующих конструкций бульдозеров

Бульдозеры представляют собой навесное оборудование на базовый гусеничный или пневмоколесный трактор (двухосный колесный тягач), включающий отвал с ножами, толкающее устройство в виде брусьев или рамы и систему управления отвалом. Современные бульдозеры являются конструктивно подобные машины, базовые трактора и навесное оборудование которые широко унифицированы. Главный параметр бульдозеров — тяговый класс базового трактора (тягача). Бульдозеры применяют для послойной разработки и перемещения грунтов 1…4 категории, а также предварительно разрыхленных скальных и мерзлых грунтов. С их помощью выполняют планировку строительных площадок, возведение насыпей, разработку выемок и котлованов, нарезку террас на косогорах, разравнивание грунта, отсыпаемого другими машинами, копание траншей под фундаменты и коммуникации, засыпку рвов, ям, траншей, котлованов и пазух фундаментов зданий, расчистку территорий от снега, камней, кустарника, пней, мелких деревьев, строительного мусора и т. п. Широкое использование бульдозеров в строительном производстве определяется простотой их конструкции, надежностью и экономичностью в эксплуатации, высокой производительностью, мобильностью и универсальностью.

Бульдозеры классифицируются:

по назначению - общего назначения, приспособленные для выполнения разнообразных землеройно-планировочных и строительных работ в различных грунтовых условиях, и на бульдозеры специального назначения, которые предназначаются для выполнения определенных видов работ (например, для прокладки дорог, чистки снега, сгребания торфа и т. д.);

в зависимости от тягового класса (номинальному тяговому усилию) базовых машин малогабаритные (класс до 0,9), легкие (класс 1,4…4), средние (класс 6…15), тяжелые (классов 25…35) и сверхтяжелые (класс свыше 35);

по типу ходовому устройства - гусеничные и пневмоколесные;

по конструкции рабочего органа — с неповоротным отвалом (постоянно расположенным перпендикулярно продольной оси базовой машины), с поворотным отвалом (который может устанавливаться перпендикулярно или под углом до 55 градусов в обе стороны к продольной оси машины. Поворотный отвал устанавливают только на гусеничных тракторах, так как колесные тягачи плохо воспринимают боковые нагрузки;

по типу системы управления отвалом - с гидравлическим и механическим (канатно-блочным) управлением. По канатно-блочной системе управления подъем отвала осуществляется зубчато — фрикционной лебедкой через канатный полиспаст, опускание — под действием собственной силы тяжести отвала. При гидравлической системе управления подъем и опускания отвала осуществляется принудительно одним или двумя гидроцилиндрами двустороннего действия. Бульдозеры с механическим управлением в настоящее время промышленностью не выпускаются.

Отвалы бульдозера представляют собой жесткую сварочную металлическую конструкцию с лобовым листом криволинейного профиля. Поворотный отвал длиннее неповоротного, так как в неповоротном положении он должен перекрывать ширину базовой машины. Применяют поворотный отвал для планировочных работ с перемещением грунта в сторону (грунт при этом сходит с отстающим концом отвала в виде бокового валика), для засыпки траншеи, разравнивания валов и других работ при непрерывном движении машины вдоль фронта работ.

Сферические отвалы, состоящие из трех или пяти секций, которые установлены под углом 10…15 градусов одна к другой, набирают грунта на 15…20 процентов больше, чем прямые отвалы. Сферические отвалы применяются для работ с кусковыми и сыпучими материалами при мощности базовых машин более 130 кВт. Совковый отвал имеет увеличенные боковые щитки и применяются при перемещении сыпучих и слабопрочных материалов на большие расстояния (до 150 м). Отвал рыхлящими боковыми зубьями применяются в крепких каменистых и мерзлых грунтах на гусеничных бульдозерах мощностью не менее 50 кВт и на колесных бульдозерах мощностью не менее 220 кВт. Короткий прямой отвал снабжен амортизатором и предназначен для установки на толкачах, помогающих загружать скреперы.

Рис. 1. Основные типы бульдозерных отвалов: 1 - прямой поворотный; 2 - прямой неповоротный; 3 - полусферический; 4 - сферический; 5 — сферический для сыпучих материалов; 6 - с толкающей плитой

Для расширения области применения бульдозеров отвала оборудуют специальными приспособлениями — окрылками, уширителями, выступающими средними ножами, грузовыми вилами, траверсами, подъемными крюками и др.

1.2 Цели и задачи курсового проекта

Спроектировать бульдозер ДЗ-24А на базе тягача Т-180, для определения грунтовых условий и режимов работы.

2. Конструкторский отдел

2.1 Назначение, устройство и принцип действия бульдозера

Бульдозеры представляют собой навесное оборудование на базовый гусеничный или пневмоколесный трактор.

По назначению - общего назначения, приспособленные для выполнения разнообразных землеройно-планировочных и строительных работ в различных грунтовых условиях, и на бульдозеры специального назначения, которые предназначаются для выполнения определенных видов работ (например, для прокладки дорог, чистки снега, сгребания торфа и т. д.).

Устройство: отвал состоит из отвала, толкающего бруса, гидроцилиндра, раскоса, проушины и рамы.

Полный цикл работ бульдозера при вырезании и перемещении грунта состоит из следующих этапов: внедрения отвала в грунт и набор призмы волочения, перемещение грунта к месту укладки, укладка грунта слоями или грудами, возвращение в забой, опускания отвала и установка его в положение для очередного внедрения. Наиболее распространенной схемой циклической работы бульдозера является челночная схема, при которой обратный (ходовой) ход выполняют задним ходом без разворота машин.

Бульдозер ДЗ-24А.

Базовый трактор: Т — 180.

Тип отвала: неповоротный.

Размер отвала: длина 3640 мм, высота 1480 мм.

Наибольший подъём отвала: 1200 мм.

Наибольшее заглубление отвала: 1000 мм

Объём грунта перемещаемого отвалом: 55 м^2.

Габаритные размеры бульдозера: длина 6660 мм, ширина 3690 мм.

Масса: бульдозера 18 255 кг, оборудования 2980 кг.

Габаритные размеры тягача: длина 5420 мм, ширина 2740 мм, высота 2825 мм.

2.2 Выбор и расчет основных параметров разрабатываемого бульдозера

Эксплуатационный вес определяется как сумма эксплуатационных весов базовой машины и бульдозерного оборудования:

G_б = G_бм + G_бо = 18 255 + 2980 =21 235 кг.

Сцепной вес бульдозера в рабочем состоянии:

G_сц = 21 235 • 9,81 = 208 315 Н.

Номинальное тяговое усилие:

Т_нб = G_сц • ц_опт = 208 315 • 0,6 =125 кН.

Среднее статическое удельное давление для гусеничных базовых машин:

q = G_б / 2Lb = 18 255 / (2 • 5060 • 600) = 0,003 Н.

Если пренебречь лобовым сопротивлением движителя, а также силами инерции, то координата центра давления бульдозера может быть определена по формуле:

x = (G_б d + R_z d₁ + R_x h_r) / N

где R_z = R_x tg v =62,5 • tg 17 =19,1 Н,

R_x = 0,5 • 125 = 62,5 Н,

N = G_б + R_z = 21 235 + 19,1 = 21 254,1 Н,

x = (21 235 • 5,7 + 19,1 • 5,7 + 62,5 • 0,15) /21 254,1 = 5,7 м.

Удельное напорное усилие на режущей кромке:

q _H = T _нб / В = 125 / 3,640 = 0,029 (1 категория грунта)

где В-длина отвала.

Удельное вертикальное давление на режущей кромке:

q_B = P_z / F = 10 Н/м², (из таблице)

Длину неповоротного отвала выбирают из расчета перекрытия габарита базовой машины по ширине или наиболее выступающих в стороны элементов толкающей рамы не менее 50 мм с каждой стороны.

Высоту отвала определяют в зависимости от номинального тягового усилия тягача при скорости, подходящей для бульдозерных работ, параметров отвальной поверхности и грунтовых условий:

для неповоротного отвала

Н н ? 500 ³v Т_нб? 5 Т_нб = 500 • 5? 5 • 125 = 1875 мм.

Основные показатели отвалов

Радиус кривой части отвальной поверхности R, высота отвала H и углы резания г, опрокидывания в и наклона е связаны между собой зависимостью:

R = H (sin (е? г) / sin е (1? sin (в + г? р/ 2))) =

= 1875 (sin (75? 55) / sin 75 (1? sin (75 + 55? 3,14/2))) = 1836,5 мм.

Скорость перемещения отвала следует выбирать такой, чтобы зарезание производилось только режущей кромки. Вертикальная составляющая скорость перемещения отвала в процессе заглубления:

V_c^в < V _px^p tg и = 4,85 • tg 55 = 6,9 м/с.

2.3 Тяговый расчет

Суммарное сопротивление движению бульдозера при копании и перемещению грунта по горизонтальной поверхности:

W = W_p + W _1f + W_2f + W_пр + W_в,

где сопротивление резанию W_p = k _p B _h = 40 • 3,64 = 145,6,

сопротивления перемещению базовой машины

W _1f = G_бм f= 15 275 • 0,08 = 1222 Н

отвала W_2f = G_бо м = 2680 • 0,5 = 1490 Н

призмы волочения W_пр = V _ф1 м₁ г_р = 30 • 1900 • 0,8 = 45 600 Н

и грунта вверх по отвалу

W_в = V _ф1 м г_р cos ² г = 30 • 1900 • 0,5 • cos ² 55 = 9376,2 Н

W = 57 833,8 Н = 57,8 кН.

Фактический объем грунта, перемещаемый бульдозером в конце наполнения и при перемещении:

V _ф = (15 275 (0,6? 0,08) — 2680 • 0,5? 3,64 • 0,05 • 40) / 1900 (0,8 + 0,5 • cos ² 55) = 3,2 м^2.

2.4 Расчет на прочность

Первое расчетное положение. Внезапный упор в препятствие средней точкой отвала при движении по горизонтальной поверхности; цилиндры находятся в запертом положении.

Второе расчетное положение. В процессе заглубления отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивается на средней точке отвала; в цилиндрах развивается усилие, достаточное для опрокидывания базовой машины, относительно точки А.

Третье положение. В процессе заглубления отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивает на крайней точке отвала; в цилиндрах, развивается усилие достаточное для опрокидывание трактора относительно точки А.

Четвертое расчетное положение. В процессе выглубления отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивается на средней точке отвала; в цилиндрах развивается усилие, достаточное для опрокидывания трактора относительно точки В.

Пятое расчетное положение. В процессе выглубления отвала при одновременном движении вперед по горизонтальной поверхности трактор вывешивается на крайней точке отвала; в цилиндрах развивается усилие, достаточное для опрокидывания трактора относительно точки В.

Расчет сил, действующих на отвал, в каждом расчетном положении производят по формулам:

Коэффициент жесткости препятствия, грунт 2-ой группы, С₂ = 1 • 15 275 = 15 275,

угол резания 55 градусов, то С ₁ = 520

тогда С_о = (С ₁ • С ₂) / (С ₁ + С ₂) = (520 • 15 275) / (520 + 15 275) = 520

1-е положение: P_y = 208 315,35 • 0,8 + 4,85 v (18 255/ 9,81) • 520 = 275,4 кН.

2-е положение: P_y = (21 235 — 6583,8) • 0,8 + 4,85 v 1860,9 • 520 = 97,1 кН,

P_z = 18 255 (2,2/(3,9 + 2,2) = 6,6 кН.

3-е положение: P_y = (21 235 — 6583,8) • 0,8 + 4,85 v 1860,9 • 520 = 97,1 кН,

P_z = 18 255 (2,2/(3,9 + 2,2) = 6,6 кН,

P_х = ((21 235 — 6,6) • 0,8 • 3,64) / (2 • (2,2 + 3,9)) = 5,1 кН.

4-е положение: P_y = (21 235 + 6,6) • 0,8 + 108 793,1 = 125,8 кН,

P_z =? 18 255 (2,34/ 3,9) =? 11 кН.

5-е положение: P_y = (21 235 + 6,6) • 0,8 + 108 793,1 = 125,8 кН,

P_z =? 18 255 (2,34/ 3,9) =? 11 кН,

P_х =? (18 255 • 0,5) / 2 = ?4,6 кН.

Усилие в гидроцилиндре:

P_г = (P_z • b? P_y • а) / 2S = (6,6 • 6,6? 97,1 • 1,5) / (2• 4,5) =? 11,34

Реакции в шарнире О':

R'_z =(? Р_х • а? Р_z • с_б + Р_г • l • sin л)/ l = (?5,1 • 1,5? 6,6 • 5,2? 11,34 • 3,6 • 0,7)/3,6 = = 19,5

R'_y = (? Р_х •b + Р_у е? Р_г l cosл) / l = (? 5,1 • 6,6 + 97,1 • 2,7 +11,34 • 3,6 •0,7) / 3,6 = = 97,9

Реакция в шарнире О'':

R''_z = 2• P_г • sin л? P _z? R'_z = 2 (?11,34) • 0,7? 6,6? 19,5 = ?41,98

R''_y = P_y? 2• P_г cosл? R'_y = 97,1? 2• (?11,34)• 0,7? 97,9 = 15,1

Для определения боковых реакций, действующих в шарнирах, необходимо рассмотреть усилие, действующие в плоскости рамы отвала.

А. Реакции в шарнирах от действия силы Р_у

R'_xPy = R''_xPy = (^_p + ^_ip)/ h д₁ + (P _y о₁) / 2 h,

где ko = 0,15 • l/h = 0,15 • 3,6 / 6,6 = 0,08,

д₁ = (2/3 (1? мІ) + k _o (1? 4/3 v)) = 2/3 ((1? 0,5І) + 0,08 (1? 4/3 • 4,85)) = 0,94

l = 3,6 м, h = 6,6 м, v = 4,85, о ₁ = 0,15, м =0,5, P _y = 97,1

^_p =? 1/3 (1+ k₁ • v) о₁ • l • P _y =? 1/3 (1+ 0,08 • 4,85)•0,15 •3,6 •97,1 =

= ?21,5

Величина ^_ip зависит от соотношений между о и v:

а) при о1 < v

^_ip = о₁• l • k_o ((0,5? v)І / 2 + (((0,5? о₁) +(v (v? о₁))/3v) • оІ₁ +

+ (1+ ((v (v? о₁)) /2м)? ((v+о₁) • (vІ? оІ₁) / 2v)) P_y =

= 0,15•3,6•0,08 ((0,5? 4,85)І /2 +(((0,5? 0,15) +(4,85 (4,85? 0,15))/3•4,85)•0,15І + (1 + ((4,85 (4,85? 0,15))/2• 0,5)? ((4,85+0,15) • (4,85І? 0,15І) / 2• 4,85)) • 97,1 = 34,7

R'_xPy = R''_xPy =(?21,5 + 34,7)/ (0,94 • 6,6) + (97,1 • 0,15) / (2 • 6,6) = 3,2

Б. Реакции в шарнирах от действия сил Р_г

R'_xPг = R''_xPг = 2 ((^_p +^_pi)/ (д₁ • h) + (P_г • о₂ • cos л)/ 2h =

= 2 ((?21,5 + 34,7) / (0,94 • 6,6) + (? 11,34 • 0,15 • 0,7)/ 2 • 6,6 = 2

В. Реакция в шарнирах от действия силы Р_х

Боковые реакции от силы Р_х

R'_xPх= R''_xPх? (b /h) • (P_x/2) = (6,6 /6,6) / (5,1 /2) = 2,55

Суммарная реакции в шарнирах О' и О''

R'_x =? R'_xPi = 3,2 +2 + 2,55= 7,75

R" _x =? R" _xPi = 3,2 + 2+ 2,55 = 7,75

Г. Реакция в шарнирах от действия силы Р_у

R'_xPу = R''_xPу = (^_p +^_pi)/ (д₁ • h) + (Р_у ?о₁) / 2 h =

= (? 21,5 + 34,7) /(0,94 • 6,6) + (97,1 • 0,15) / 2• 6,6 = 3,2

Д. Реакция в шарнирах от действия силы Р_гcosл

R'_xPг = R''_xPг = 2 ((^_p +^_pi)/ (д₁ • h) + Р_гcosл / 2h) =

= 2 ((? 21,5 + 34,7) /(0,94 • 6,6) + (? 11,34 • 0,7)/ 2 • 6,6) = 3

Е. Реакция в шарнирах от действия силы Р_х

R'_xPх = R''_xPх = (P_x • b) / (2h) = (5,1 • 6,6) / (2 • 6,6) = 2,55

Суммарная реакция в шарнирах

R'_x = ?R'_xPi = 3,2 + 3 + 2,55 =8,75 +7,75 =16,5

R" _x = ?R" _xPi = 3,2 + 3 + 2,55 =8,75 + 7,75 = 16,5

2.5 Производительность при разработке грунта

П т = 3600 V _ф / Т_ц, м³/ч

Время цикла

Т _ц = t _px + t _ох+ t _ов = 100 + 75 + 20 = 200 с.

П _т = (3600 • 3,2) / 3,3 = 3490,9 м³/ч.

3. Технический раздел

3.1 Организация и технология производства работ

Бульдозеры применяют для строительства земляного полотна автомобильных и железных дорог, сооружения плотин и дамб, рытья каналов и котлованов, засыпки траншей и ям, планировки строительных площадок, территорий и орошаемых полей, очистки дорог и аэродромов, подготовки трасс, валки деревьев, корчевке пней, срезке и уборке кустарников и мелколесья, уборке валунов и других работ.

Бульдозеры-рыхлители используют на этих же работах, но для рыхления промерзших грунтов и при разработке прочных и скальных грунтов.

Рабочий цикл бульдозера включает следующие операции: опускание отвала в требуемое положение, резание и набор грунта, перемещение грунта, укладка грунта, передвижение бульдозера в исходное положение.

Основной операцией цикла является резание и набор грунта. Ее осуществляют при прямолинейном движении бульдозера на первой передаче при угле резания 55-60° - на легких грунтах и планировочных работах и 45-55° - на плотных грунтах, применяя наиболее целесообразные способы срезания стружки в зависимости от категории грунтов и видов работ. Так, на планировочных работах при наборе грунта под уклон применяют способ постоянной толщины стружки (прямоугольный). На глинистых грунтах стружку срезают переменной толщины клиновым или гребенчатым способом. Последний способ срезания стружки применяют и при разработке супесчаных грунтов.

Для облегчения разработки плотных и мерзлых грунтов их рыхлят бульдозерами-рыхлителями. Рабочий их цикл состоит из следующих операций: опускание зубьев и их заглубление в грунт, рыхление грунта, выглубление зубьев рыхлителя и возвращение рыхлителя в исходное положение (холостой ход). Если при рыхлении и перемещении грунта используют бульдозеры-рыхлители, то сначала они разрыхляют грунт на определенном участке и работают по циклу рыхлителя, а затем перемещают его отвалом бульдозера.

Набор грунта ускоряется при движении бульдозера под уклон и при работе с острыми ножами. Наиболее целесообразный уклон 10-15°. Ножи следует переставлять или затачивать (если они уже переставлялись) через 400-600 ч работы на песчаных и через 1000-1200 ч - на глинистых грунтах.

Перемещение грунта к месту его укладки осуществляют на первой передаче бульдозера. На уклонах его скорость может быть повышена. При этом увеличивается и производительность бульдозеров. Так, при уклоне 10° производительность возрастает более чем на 30% по сравнению с производительностью бульдозера, перемещаемого грунт при нулевом уклоне.

Для уменьшения потерь грунта при его перемещении бульдозер рекомендуется снабжать уширителем, удлинителем, а также применять траншейный способ перемещения грунта, спаренную работу бульдозеров и другие способы.

Укладка грунта осуществляется послойной отсыпкой, местной отсыпкой без разравнивания и местной отсыпкой с разравниванием. Послойная отсыпка применяется при возведении насыпей, дамб. Грунт при этом разравнивают при приподнятом отвале бульдозера. Толщина слоя отсыпки 20-25 см. Местную отсыпку без разравнивания используют при засыпке рвов, котлованов, устройстве оградительных валов, а с разравниванием - при подсыпке грунта к искусственным сооружениям, засыпке траншей и других работах.