Расчет скрепера самоходного

Реферат

Пз. — ___ стр., илл. - 4, табл. - 1, библ. - 4 наим., прил. - 1.

Скрепер, мощность, ковш, рама, производительность, прочность, тяговое усилие, оборудование, себестоимость, затраты.

Целью курсового проекта является расчет скрепера со следующими исходными данными:

Масса машины — 34 т;

Вместимость ковша — 15 м³.

При выполнении курсового проекта были решены следующие основные рычаги:

выбор основных параметров скрепера;

тяговый расчет;

расчет мощности;

расчет на прочность деталей;

определение основных технико-экономических показателей.

В графической части проекта выполнены следующие чертежи:

чертеж общего вида машины;

чертеж скреперного оборудования;

деталировочный чертеж.

• Введение
• 1. Конструкторская часть
• 1.1 Выбор прототипа
• 1.2 Расчет основных параметров скрепера
• 1.3 Тяговый расчет скрепера
• 1.4 Расчет мощности привода базовой машины
• 1.5 Проверка скрепера на устойчивость
• 1.6 Расчет производительности скрепера
• 1.7 Расчет на прочность
• 2. Экономические расчеты
• 2.1 Определение капитальных вложений
• 2.2 Определение эксплуатационной производительности
• 2.3 Определение удельных капиталовложений
• 2.4 Определение удельного расхода энергоресурсов
• 2.5 Определение удельной металлоемкости
• 2.6 Определение себестоимости машино-смены
• 2.7 Определение себестоимости продукции
• 2.8 Годовой экономический эффект от внедрения проектируемой машины
• Заключение
• Список литературы

Скрепер является землеройно-транспортной машиной цикличного действия, предназначенной для послойного резания грунта, транспортирования его к месту укладки и разгрузки в сооружение или в отвал. Рациональная дальность продольного перемещения грунта для прицепных скреперов до 500 м и для самоходных — до 2−3 км и в отдельных случаях — до 5 км.

Скреперы используются при производстве земляных работ по возведению насыпей, устройству выемок, планировке больших площадей.

Скрепер представляет собой ковш с передней режущей кромкой, укрепленной на раме с пневмоколесным ходом. Дышлом скрепер присоединяется к гусеничному трактору или пневмоколесному тягачу.

При опускании ковш передней режущей кромкой врезается в грунт. При движении скрепер непрерывно срезает слой грунта. Заполненный ковш закрывается передней заслонкой.

1. Конструкторская часть

1.1 Выбор прототипа

Выбираем параметры прототипа по массе базовой машины [3, стр.106], и эти параметры заносим в табл.1.

Таблица 1 - Технические характеристики скрепера

Предназначен для послойной разработки грунтов, не содержащих каменистых включений размером более 350 мм. Набор грунта производится с помощью трактора-толкача тягового класса 25…35, оборудованного отвалом бульдозера или толкающим устройством.

скрепер самоходный землеройный транспортный

1.2 Расчет основных параметров скрепера

Главным параметром скреперов является вместимость ковша q_{К. К основным параметрам ковша относят также его ширину ВК, высоту НК и длину LК (рис.1). С уменьшением высоты и длины ковша, увеличением ширины сопротивление грунта снижается. У скреперов с большой вместимостью ковша увеличивать ширину его невозможно по транспортным соображениям. Наиболее приемлемыми для определения внутренних размеров ковшей вместимостью 10< qК > 25 м³ являются размеры, определяемые по формулам подобия:}

где — длина днища,

— длина ковша поверху.

Рисунок 1 — Основные параметры ковша скрепера

1.3 Тяговый расчет скрепера

Тяговый расчет скрепера производится при транспортном и тяговом режимах работы скрепера, при этом определяется сопротивления W, возникающие в конце процесса наполнения ковша.

где W_{Д — сопротивление движению скрепера, кН;}

W_{Р — сопротивление резанью, кН;}

W_{Н — сопротивление наполнению ковша скрепера, кН;}

W_{П — сопротивление перемещению грунта или призмы волочения, кН.}

Сопротивление движению скрепера

где — вес скрепера, кН

— вес грунта, кН

f - коэффициент перемещения, f =0,1, [2]

где m — эксплуатационная масса скрепера, т

где г — объемная масса грунта, г=1,6 т/м³

к_{Н — коэффициент наполнения, кН = 0,9}

к_{Р - удельное сопротивление резанью грунта}

кН

кН

кН

Сопротивление резанию

где к_{1 -} удельное сопротивление резанию грунта,

в — ширина отвала, м

h - толщина стружки, м

кН

Сопротивление наполнению ковша скрепера

где W?_{H — сопротивление силы тяжести грунта, поступающего в ковш, кН}

W?_{H - сопротивление трению грунта в ковш, кН}

где ч — коэффициент, учитывающий внутреннее трение, ч=0,4

кН

кН

кН

Сопротивление перемещению грунта или призмы волочения

где у — коэффициент объема призмы волочения перед заслонкой

м_{2 — коэффициент трения грунта}

кН

кН

Для самоходного скрепера при работе без толкача необходимо, чтобы окружная сила на ведущих колесах была равна или несколько превышала суммарное сопротивление

кН

Условие выполняется. Суммарное сопротивление преодолевается тяговым усилием.

1.4 Расчет мощности привода базовой машины

Мощность привода базовой машины N можно рассчитать по суммарным сопротивлениям

кВт

где v — скорость движения машины, км/ч;

з - механический КПД машины, з=0,8.0,9

кВт

В нашем тягаче БелАЗ-531 установлен двигатель, с мощностью 360 кВт.

1.5 Проверка скрепера на устойчивость

В значительной степени безопасность скрепера зависит от его устойчивости. Скрепер при работе испытывает ассиметрично приложенные нагрузки, преодолевает значительные и поперечные уклоны, работает в тяжелых грунтовых условиях. Действие перечисленных факторов может привести к опрокидыванию скрепера либо к его остановке из-за недостаточного сцепления ведущих колес с грунтом ввиду перераспределения нагрузок между осями. С увеличением угла б (рис.2) уменьшается нагрузка на ведущие колеса. Максимальное тяговое усилие Т_max при движении на подъем характеризуется углом ц_СЦ при условии сохранения сцепления ведущих колес с грунтом:

где R — реакция грунта на ведущих колесах

где L_{M — база скрепера}

кН

Необходимое для движения скрепера тяговое усилие

где f — коэффициент сопротивления передвижению скрепера

кН

Предельный угол подъема определяем следующим образом:

Предельный угол подъема б_МАХ=15?

Рисунок 2 — Схема для определения устойчивости по сцеплению

Устойчивость на повороте проверяется при движении по косогору (рис.3). Появляющаяся в этом случае сила инерции способствует опрокидыванию скрепера:

где r_{п — радиус поворота, м}

н — скорость движения скрепера,

кН

Уравнение моментов относительно точки А

Из этого уравнения можно найти предельное значение либо угла при известной скорости, либо скорости при заданном косогоре, на которых устойчивость не теряется

м/с

Рисунок 3 — Схема для определения поперечной устойчивости

1.6 Расчет производительности скрепера

Длина участка заполнения ковша:

где k_{H — коэффициент наполнения ковша,}

k_{ПР — коэффициент, учитывающий наличие призмы волочения}

k_{P — коэффициент разрыхления грунта}

м

Время, затрачиваемое на заполнение ковша:

где k_{g — коэффициент, учитывающий время движения скрепера без копания}

сек

Продолжительность движения груженого и порожнего скрепера:

где ? — длина участка

k_{y - коэффициент условий работы}

сек

сек

Требуемое тяговое усилие:

кН

Длина участка разгрузки зависит от толщины отсыпаемого слоя грунта:

м

Время на разгрузку:

где н_{Р — скорость движения при разгрузке}

сек

Продолжительность рабочего цикла:

где t_{пов — время, затрачиваемое на повороты}

сек

Сменная эксплуатационная производительность:

где Т_{СМ — время смены}

м³/ч

1.7 Расчет на прочность

Определение внешних сил и расчет на прочность узлов и деталей проводят для положений скрепера, соответствующих наибольшей нагрузке при нормальной эксплуатации.

Анализ работы скрепера позволяет установить основные положения для транспортного режима груженого скрепера и для режима копания.

Конец заполнения и начало подъема ковша. При расчете скрепера в таком положении конца резания грунта и наполнения ковша принято, что скрепер движется равномерно по горизонтальной поверхности. При этом коэффициент динамики k_{д=1. На рис. 4 показана схема сил, действующих на скрепер со всеми ведущими колесами.}

Рисунок 4 — Схема сил, действующих на скрепер в конце заполнения и начале подъема ковша

На машину действуют активные силы — суммарные окружные силы Р_{К1 и РК2 ведущих колес по осям, сила G тяжести скрепера с грузом. Реактивными являются вертикальные реакции R1 и R2 грунта на оси и силы Pf1 и Pf2 сопротивления движению передних и задних колес и вертикальная реакция RВ грунта на ноже скрепера.}

Для упрощения расчета в конце наполнения ковша толщину стружки принимаем h = 0.

При определении окружных сил на ведущих колесах

где ц_{мах — коэффициент сцепления.}

Вертикальная реакция R_{В грунта на нож при подъеме груженого ковша действует вниз. Её значение определяют по соотношению}

где ш = 0,37ч0,45.

Из уравнения суммы моментом относительно точки О и суммы проекций сил на оси Х и У, а также учитывая, что

, ,, ,

получим значения вертикальных реакций грунта на оси и сумму сил сопротивления резанию и наполнению ковша:

;

кН

кН

кН

Нагрузки для расчета отдельных узлов скрепера.

Для определения нагрузок, действующих от ковша на гидроцилиндры его подъема и тяговую раму, рассмотрим схему сил (рис.5). В схеме принято, что усилие в гидроцилиндрах подъема ковша направлено вертикально. Искомые нагрузки:

;

;

кН

Проверим на прочность пальцевое соединение в месте крепления гидроцилиндра, поднимающего заслонку к проушине.

В пальцевом соединении действуют силы R_o H,

Условие прочности на срез:

где, — касательное напряжение, МПа,

i — количество площадей среза,

А_ср — площадь среза, мм^2, — допускаемое напряжение на срез,

Площадь среза А_ср, мм², определяется по формуле; [1]

где d — диаметр пальца, мм.

Допускаемое напряжение на срез, МПа, определяем по формуле

где — предел текучести, для стали 45 нормализованной = 409 МПа.

МПа

МПа

‹ =123 МПа

Пальцевое соединение на срез прочно.

Условие прочности на смятие:

где — напряжение смятия, МПа,

А_см — площадь смятия, мм²;

[] - допускаемое напряжение при смятии, МПа, для стали 45 [] =150МПа. [3]

Площадь смятия А_см, мм², определяется по формуле:

А_см=d*д

где, d — диаметр пальца, мм,

— ширина смятия, мм

А_см=50*35=1750 мм²

МПа ‹ МПа

Пальцевое соединение на смятие прочно.

2. Экономические расчеты

2.1 Определение капитальных вложений

Расчетно-балансовая стоимость машины К, руб. определяется по формуле:

где Ц_оп — оптово-отпускная цена, 1 000 000 руб.;

К_б — коэффициент перехода от оптовой цены к расчетно-балансовой стоимости, 1,09.

2.2 Определение эксплуатационной производительности

Сменная производительность П_см, м³/см определяется по формуле:

где П_{т -} техническая производительность, 907 м³/ч; t_{см -} число часов работы машины в смену, 8,2 ч; К_э — коэффициент перехода от эксплуатационной к сменной производительности, 0,75; К_в — коэффициент перехода от часовой технической производительности к эксплуатационной, 0,3.

м³/ч

Определяем годовую эксплуатационную производительность П_эг, м³/год:

где z_смг — число смен работы машин в году с учетом выходных и праздничных дней, продолжительности простоев по метеоусловиям на все виды ремонта и обслуживания.

Т_чг — число часов работы в году (годовой фонд времени), 2025 ч.

смен

м³/год

2.3 Определение удельных капиталовложений

Удельные капитальные вложения К_У, руб. год/м³ на единицу продукции или выполняемых работ определяют по расчетно-балансовой стоимости машины и ее годовой производительности при использовании на различных видах работ или операций определяем по формуле

где К - расчетно-балансовая стоимость машины, 1 090 000 руб;

Z_{cмг оп -} число смен работы машины на отдельной операции, 247;

Z_{cмг -} число смен работы машины в год на всех операциях, 247;

П_{эг -} годовая эксплуатационная производительность машины на отдельных операциях, 413 333 м³/год.

руб. год/м³

2.4 Определение удельного расхода энергоресурсов

Данный показатель характеризует экономичность машины по разным видам энергоресурсов или расход энергии на заданный объем работ.

Удельный расход энергоресурсов Э_уд, кВт ч см/м³, определяется по формуле:

где Э - суммарный расход энергоресурсов машиной в смену, кВт ч,

где N_{н -} номинальная мощность двигателя, 360 кВт.

кВт ч

кВт ч см/м³

2.5 Определение удельной металлоемкости

Удельной металлоемкостью называется отношение общего веса машины к ее производительности за весь период службы, М_уд кг/м³, определяется по формуле:

где М_В - масса металла в машине и вспомогательных устройствах, 34 000 кг; Т - срок службы машины, 8 лет;

кг/м³

2.6 Определение себестоимости машино-смены

Себестоимость машино-смены руб. /м· см, рассчитываем по формуле:

где С_{ед -} сменные единовременные затраты, руб/м· см. С_ам — сменные затраты по амортизационным отчислениям, приходящиеся на одну машино-смену, руб/м· см; С_обс сменные затраты на обслуживающий персонал, руб/м· см; С_эн — сменные энергетические затраты, руб/м· см; С_осн — сменные затраты на износ и ремонт сменной оснастки, руб/м· см; С_{то -} сменные затраты на ТО и ТР машины, руб/м· см. Сменные единовременные затраты определяем С_сд, руб/м· см, по формуле:

где К_зс — коэффициент, учитывающий заготовительно-складские расходы, 1,04; С_{тр -} стоимость транспортных расходов 1 тонны машины, 225 000 руб; G_{э -} масса машины, 34 т; К_нп — коэффициент учитывающий плановые накопления на монтажных работах, 1,13; С_мон — стоимость монтажа, 10 000 руб.; n - число перебазирования машины с объекта на объект в году с монажом и демонтажем, 1.

т. руб/м· см

Сменные затраты на амортизационные отчисления С_ам руб/м см, приходящейся на одну машину-смену определяем по формуле:

где 1,1 — коэффициент учитывающий косвенные расходы; A — амортизационные отчисления на полное восстановление и капитальный ремонт машин, руб.

где, а — норма амортизационных отчислений, 12%.

руб, руб/м· см

Сменные затраты на обслуживающий персонал С_обс, руб/м· см, принимаем в соответствии с числом и квалификацией персонала. Эти затраты определяют с учетом косвенных расходов (25%) и премиальных надбавок в размере 12,5%, определяются по формуле:

где 3_тч — часовая тарифная ставка, 10 руб;

руб/м· см

Сменные энергетические затраты С_эн руб/м см, определяются по формуле:

где N_дв — номинальная мощность двигателя, 360 кВт, С_{всп -} стоимость вспомогательных смазочных и обтирочных материалов, принимается 1,7% от расчетно-балансовой стоимости машины, 18 530 руб.

руб/м· см

Сменные затраты на ТО и ТР принимают в размере 13% от расчетно-балансовой стоимости машины:

руб/м· см

Сменные затраты на износ и ремонт сменной оснастки, принимаем в размере 5% от расчетно-балансовой стоимости машины:

руб/м· см

Подставим все найденные значения в формулу (46):

руб/м· см

2.7 Определение себестоимости продукции

Себестоимость единицы продукции определяем по величине ее себестоимости и сменной производительности машины С_у, руб/м³ определяем по формуле:

руб/м· см

2.8 Годовой экономический эффект от внедрения проектируемой машины

Годовой экономический эффект от внедрения проектируемой машины Э, руб/год, определяем по формуле:

где С_ун — себестоимость единицы продукции машины, 1305 руб/м³;

Е_н — нормативный коэффициент капиталовложений, 0,15;

К_ун - удельные капиталовложения машины, 2.32 руб год/м³.

руб/год

Заключение

В данном курсовом проекте спроектирован скрепер с вместимостью ковша 15 м³.

В процессе проектирования были определены основные параметры скрепера.

В проекте проведены тяговый расчет и расчет на устойчивость, условия этих расчетов выполняются.

В экономической части проекта определяются основные технико-экономические показатели спроектированной машины. Кроме того, в результате экономического расчета был определен годовой экономический эффект от внедрения спроектированной машины, он составляет 61 442 777 руб/год.

1. Бородачев И. П. Справочник конструктора дорожных машин — М.: Машиностроение, 1973 — 504 с.

2. Гаркави Н. Г., Аринченков В. И., Карпов В. В. и др. Машины для земляных работ. — М.: Высш. шк., 1982. — 335.

3. Полосин М. Д. Машинист дорожных и строительных машин. — М.: Издательский центр «Академия», 2002. — 288 с.

4. Методические указания Машины для земляных работ — Чита: ЧитГТУ, 1997 — 41 с.