Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Кафедра Автомобили и технологические машины

Курсовой проект на тему:

Плужно-щеточный снегоочиститель

Выполнил: Горбунов Д.М.

Группа: СДМ-12

Проверил: Шардин В.П.

Пермь 2015



Оглавление

снегоочиститель гидроцилиндр сварной

Введение

1. Состояние вопроса и задачи проекта

1.1 Обзор существующих технологий и конструкций машин

1.2 Патентные исследования

1.3 Выбор направления разработки

2. Конструкторский раздел

2.1 Определение основных параметров плужно-щеточного снегоочистителя

2.2 Определение усилий в гидроцилиндрах

2.3 Расчет крепления болтов отвала к раме

2.4 Расчет гидросистемы плужно-щеточного снегоочистителя

2.5 Расчет цилиндрического шарнира на уширителе

2.6 Расчет пальца гидроцилиндра на срез

2.7 Расчет сварного шва

3. Технико-экономический раздел

Заключение

Список используемой литературы



Введение

Одной из важнейших задач благоустройства современного города является содержание улиц, площадей и других мест общего пользования в чистоте и в состоянии, отвечающим требованиям бесперебойного и безаварийного движения автотранспорта, путем их регулярной уборки летом и зимой. Правильная организация зимнего содержания автомобильных дорог невозможна без оснащения специальной снегоочистительной техникой эксплуатационных служб. Увеличение парка машин без изменения их основных параметров и традиционных конструктивных схем не позволяет в полной мере решить указанную проблему, так как наметившаяся тенденция резкого увеличения интенсивности движения автомобильного транспорта осложняет проблему удаления снега с покрытий дорог. Особенностью зимней уборки города является необходимость проведения операций, обеспечивающих очистку дорожных покрытий от снега и ликвидацию скользкости в сжатые сроки по всей территории города. Уборка осложняется тем, что обычно трудно предсказать возникновение, продолжительность и силу снегопадов, и образование гололеда. Важнейшее условие качественного выполнения работ - их своевременность, так как в противном случае выпавший снег под воздействием колес автомобилей уплотняется, и на покрытии образуются накаты, снежные колеи, что значительно ухудшает условия проезда. Плужно-щеточные снегоочистители предназначены для очистки дорожных покрытий от свежевыпавшего неуплотненного снега. С помощью плуга, обычно установленного впереди машины, сгребается и смещается в сторону основной слой снега. Оставшийся слой снега высотой около 10-20 мм подметается щеткой и отбрасывается в сторону. В связи с тем, что это оборудование не оказывает заметного влияния на показатели использования грузоподъёмности базового шасси автомобиля, его выполняют сменным, монтируемым на зимний период.

Целью курсового проекта является ознакомление с назначением, областью применения и классификацией плужно-щеточных снегоочистителей, а также проектирование и методика расчета.



1. Состояние вопроса и задачи проекта

1.1 Обзор существующих технологий и конструкций машин

Плужно-щеточные снегоочистители предназначены для очистки дорог и аэродромов от свежевыпавшего и слежавшегося снега путем перемещения его отвалом, установленным под углом к направлению движения машины, в боковой вал или баллистическим отбрасыванием под действием инерционных сил.

Плужно-щеточные снегоочистители, сдвигающие снег по ширине захвата в виде снежного вала, используют при расчистке дорог после снегопада. Для патрульной очистки дорог во время снегопада от свежевыпавшего снега применяют плужно-щеточные снегоочистители, оборудованные помимо переднего отвала цилиндрической щеткой, установленной под углом 60° к направлению движения машины для зачистки слоя снега толщиной 1-2 см после прохода отвала, а также скоростные плужно-щетоные снегоочистители, отбрасывающие снег на расстояние до 10-15 м (рисунок1.1.).

Плужно-щеточные снегоочистители сдвигающего действия базируются на гусеничных и колесных тракторах и тягачах, автомобилях и автогрейдерах и обеспечивают разработку снега толщиной 0,3 - 0,4 м со скоростью до 2-3 м/с в колесном варианте и толщиной до 1-1,5 м со скоростью до 1 м/с в гусеничном варианте.

Рисунок 1.1 Схемы плужно-щеточных снегоочистителей: а-одноотвальный на автомобиле или колесном тракторе; б-одноотвальный скоростной с дополнительным открылком; в- плужно-щеточный; г-двухотвальный тракторный

Классификация плужных снегоочистителей приведена на рисунке1.2.

Рисунок 1.2 Классификация плужных снегоочистителей

Общее устройство машины

Плужно-щеточные снегоочистители в основном базируются на колесных тракторах, автогрейдерах и автомобилях и разрабатывают свежевыпавший снег толщиной 0,2-0,4 м со скоростью 2,5-5,5 м/с. Скоростные плужно-щеточные снегоочистители базируются на автомобилях и разрабатывают свежевыпавший снег толщиной 0,2-0,4 м со скоростью более 7 м/с. Скоростные снегоочистители в основном применяют на загородных дорогах для отбрасывания снега за один проход за обочину дороги и в придорожный кювет.

По типу рабочего органа плужно-щеточные и скоростные снегоочистители бывают одноотвальные, а снегоочистители сдвигающего действия - как одноотвальные, так и с двумя симметрично установленными углами перед отвалами. Отвалы снегоочистителей могут иметь жесткое крепление или возможность изменения угла установки в плане - с определенным шагом с помощью жестких фиксаторов или бесступенчато с помощью гидроцилиндров управления. В качестве дополнительного оборудования применяют дополнительные боковые открылки» увеличивающие ширину захвата снегоочистителя, опорные устройства в виде стальной лыжи или опорных колес, позволяющих отвалу копировать рельеф дороги при плавающем положении гидроцилиндров подъема, механизм изменения углов резания и наклона отвала в вертикальной плоскости в соответствии с изменением прочности и плотности снега, а также предохранительное устройство, которое уменьшает динамическую нагрузку на рабочее оборудование снегоочистителя при наезде отвалом на непреодолимое препятствие (бордюрный камень, крышку канализационного люка и др.).

Динамическую нагрузку (Н) определяют из условия реализации максимальной силы тяги машины по сцеплению вследствие кратковременного буксования движителя при наезде на препятствие:

Таким образом, динамическая нагрузка снижается при установке в металлоконструкции предохранительных элементов уменьшенной жесткости - пружинных или гидропневматических амортизаторов, подпружиненных ножевых секций отвала с возможностью их плоскопараллельного рычажного смещения вверх и в стороны в плоскости отвала или поворота этих секций в продольной или поперечной плоскостях отвала. Кроме того, амортизирующее действие оказывает упругий нож отвала, выполняемый из листовой резины толщиной 40-50 мм.

Ножи (рисунок 1.3) и отвалы (рисунок 1.4) обеспечиваются устройствами, предотвращающими поломки снегоочистительного оборудования при наезде на препятствие.

Расчет плужно-щеточного снегоочистителя включает в себя определение рациональных параметров процесса взаимодействия рабочего органа со снегом и геометрических параметров рабочего органа, нагрузок на оси колесной машины или гусеничное ходовое оборудование и баланса мощности, прочностной расчет рабочего органа по напряжениям, возникающим в элементах конструкции при действии динамической нагрузки, тягово-динамические расчеты, расчеты продольной, поперечной и курсовой устойчивости и систем управления, определение производительности и др.

Рисунок 1.3 Ножевое оборудование отвалов, предотвращающее поломку при наезде на препятствие: а-ножи из износостойкой резиновой полосы; б-комбинированное оборудование (стальной нож на износостойкой резиновой полосе); 1 - резиноваяполоса; 2 - возвратная пружина; 3 - отвал; 4 - опорная лыжа

Рисунок 1.4 Отвал с подвижными секциями: 1-секция отвала; 2- возвратная пружина; 3- соединительное звено; 4-стальной нож; 5-резиновая полоса; 6-опорная лыжа; а- встреча с препятствием; б- преодоление препятствия.



Таблица 1. Техническая характеристика отечественных плужно-щеточных снегоочистителей.

1.2 Патентные исследования

В результате проведенного патентного поиска и анализа существующих конструкций для работы с курсовым проектом были выбраны следующие наиболее прогрессивные и передовые технологии, патенты и изобретения:

Изобретение относится к машинам для уборки дорог от снега.(авт. св. СССР №1318769, кл. Е 01 Н 5/06, 1987)Целью изобретения является повышение надежности работы. Плужно-щеточный снегоочиститель содержит базовое шасси 1, на котором посредством толкающей рамы 2 шарнирно закреплен с возможностью поворота в вертикальной плоскости отвал 3, подпружиненный в плоскости поворота пружиной 5. На раме 2 установлен концевой выключатель 12, электрически соединенный с дополнительным гидрораспределителем, подключенным к гидроцилиндру 6. При наезде на препятствие отвал 3 поворачивается, что приводит к размыканию контактов выключателя 12, который обесточивает электропривод дополнительного гидрораспределителя. В результате этого включается гидроцилиндр 6 и отвал 3 поднимается, обходя препятствие. После этого пружина 5 поворачивает отвал 3 и он опускается вниз в исходное положение.

Рисунок 1.5

Известен плужно-щеточный снегоочиститель, содержащий базовое шасси, толкающую раму и связанный с ней центральным шарниром отвал в виде двух секций, снабженных гидроцилиндрами поворота в горизонтальной плоскости (авт. св. СССР №1118734, кл. Е 01 Н 5/06, 1983). Гидроцилиндры обеспечивают поворотом секций трансформацию отвала в соответствии с требованиями технологии уборки снега.

Недостаток известного устройства состоит в наличии гидроцилиндров поворота секций отвала, что предполагает использование гидропривода системы управления. В то же время современные плужно-щеточные снегоочистители, базирующиеся на высокоманевренных минитракторах и мотоблоках, выпускаются с механической (ручной, рычажной) системой управления рабочими органами и установка на них специальной гидросистемы управления поворотом секциями отвала не является целесообразной.

Известен также плужно-щеточный снегоочиститель, содержащий базовое шасси, раму и отвал с шарнирно закрепленными поворотными в горизонтальной плоскости боковыми секциями, которые снабжены винтовыми раскосами-талрепами (патент США N 4356645, 1982).

Недостатком данной конструкции является необходимость ручного вращения винтовых раскосов для изменения угла установки секций отвала в горизонтальной плоскости, что осуществляется при остановке машины, занимает большое количество времени, резко повышает трудоемкость работы и снижает производительность снегоочистителя.

Известна конструкция плужно-щеточного снегоочистителя, содержащая базовое шасси, на котором посредством толкающей рамы шарнирно закреплен с возможностью поворота в вертикальной плоскости отвал, подпружиненный в плоскости поворота пружиной. На раме установлен концевой выключатель, электрически соединенный с дополнительным гидрораспределителем, подключенным к гидроцилиндру (см. патент СССР №1357485, кл. Е01Н 5/06, публ. 07.12.87).

Недостатком конструкции является ее усложнение путем добавления дополнительного трехлинейного двухпозиционного гидрораспределителя с электромагнитным приводом, а также увеличение динамических нагрузок на раму и верхнее звено при преодолении снего-льда вследствие жесткой конструкции рамы.

Известен отвал снегоочистителя, содержащий отвальную поверхность с режущим ножом и размещенные перпендикулярно к нему боковые пластины, выполненные с возможностью поворота в вертикальной плоскости посредством гидроцилиндров (см. патент СССР №1744176, кл. Е01Н 5/06, публ. 30.06.1992).

Недостатком такой конструкции является снижение надежности вследствие возрастания динамических нагрузок на раму при наезде на препятствие.

Известна конструкция плужно-щеточного снегоочистителя, содержащего базовое шасси и отвал, смонтированный с возможностью фиксированного поворота в плане относительно продольной оси машины (Карабан Г.Л. и др. Машины для городского хозяйства. М.: Машиностроение, 1988, с. 43).

Недостаток известной конструкции состоит в том, что при необходимости изменения угла установки отвала в плане во время движения необходимо останавливать машину и вручную разворачивать отвал в соответствии с условиями эксплуатации.

1.3 Выбор направления разработки

В результате проведенного патентного поиска и анализа существующих конструкций я предлагаю на базе плужно-щеточного снегоочистителя поставить рабочее оборудование в виде плуга с уширителем на гидроцилиндре. Это увеличит призму волочения материала, соответственно и производительность. Управление уширителем будет осуществляться из кабины.



2. Конструкторский раздел

2.1 Определение основных параметров плужно-щеточного снегоочистителя

К основным параметрам плужно-щеточного снегоочистителя относятся:

- мощность двигателя N;

- сила тяги ;

- производительность П;

- дальность отбрасывания снега .

Параметры отвала:

- угол захвата , угол резания

Основные параметры базовой машины:

- мощность двигателя, кВт 154,4

- угол захвата снежного плуга 60

- угол резания снежного плуга 30

- размеры отвала, м

Высота 1560

ширина захвата 3700

- Max рабочая скорость, км/ч 50

Рассчитаем действительную дальность отбрасывания снега отвалом плужно-щеточного снегоочистителя:

[1].

где- относительная скорость, м/с;

- угол выброса, ;

- направляющий угол, ;

- высота снимаемого отвалом слоя снега, м;

- плотность снега, г/см3,

В - ширина захвата плуга.

[2].

Техническая производительность (т/ч) плужно-щеточного снегоочистителя:

гдеВ - ширина захвата отвала, м;

v_m- рабочая скорость снегоочистителя, м/с;

р_си- плотность снега, кг/м³

Уравнение тягового баланса плужно-щеточного снегоочистителя:

w= w₁ + w₂+ w₃

гдеW₁ - сопротивление снега резанию, Н,

W₁= ВHcК0,

где- коэффициент зависящий от плотности снега и угла наклона отвала ()

W₃ - сопротивление перемещению базовой машины, Н;

W₃ =[3].

Где: m_пл- масса плуга опирающегося на дорогу

m_м- масса машины

f1- коэффициент трения металла о снег = 0,1

fкач- коэффициент сопротивления перекатыванию = 0,15

W₃ = H

Суммарное сопротивление, преодолеваемое снегоочистителем при работе:

w=6200+1420 +750 7690 Н

Определим силу тяги по сцеплению снегоочистителя:

Следовательно условиевыполняется.

2.2 Определение усилий в гидроцилиндрах

Схема нагружения плуга

Рисунок 2.1 - Схема нагружения плуга.

Расчетная схема для определения усилия в гидроцилиндре при подъеме плуга.

Рисунок 2.2-Расчетная схема для определения усилия в гидроцилиндре при подъеме плуга.

Расчетная схема для определения усилия в гидроцилиндре при повороте плуга.

Рисунок 2.3-Расчетная схема для определения усилия в гидроцилиндре при повороте плуга.

Усилия, действующие на гидроцилиндр отвала при подъеме равно:

где: - количество гидроцилиндров;

- вес отвала, =300кг;

G_пл - вес призмы волочения;

Усилия, действующие на гидроцилиндр отвала при повороте равно:

где: - сила трения снега об отвал:

(1.47)[3]

где: - коэффициент трения снега о металл, =0,1 (стр.411)[2]

- вес призмы волочения;

k_cн- коэффициент, учитывающий трение снега о снег (=5);

где: - угол естественного откоса снега в призме волочения,

- расчетная высота призмы волочения:

(261)[6]

_P- плотность снега в разрыхленном состоянии:

где: - плотность снега, =500 кг/см³;

- коэффициент разрыхления снега, ;

;

;

.

2.3 Расчет болтов крепления отвала к раме

Определяем диаметр болтов крепления навесного оборудования к толкающей раме, расчет ведем на срез, при условии - число болтов равно 4:

Расчетная схема

Рисунок 2.4-Расчетная схема

Где F_ср=5100 Н - усилие, срезающее болт (складывается из веса плуга и веса снежной призмы волочения);

m=4 - количество болтов;

[_cр]=0,4_т=0,4300=120МПа - допускаемое напряжение при срезе

Принимаем болты диаметром 40мм

2.4 Расчет гидросистемы плужно-щеточного снегоочистителя

Расчетная схема гидросистемы плужно-щеточного снегоочистителя.

Рисунок 2.5-Расчетная схема гидросистемы плужно-щеточного снегоочистителя.

На плужно-щеточном снегоочистителе используются гидроцилиндры с односторонним штоком. Диаметр гидроцилиндра определяется по формулам:

[5].

где: - заданное усилие выталкивания или втягивания гидроцилиндра, Н;

- перепад давления на гидроцилиндре, принимаем ;

- механический КПД гидроцилиндра, ;

- коэффициент мультипликации, принимаем

По ГОСТ 12447-80 принимаем

Максимальный расход, необходимый для обеспечения заданной скорости движения гидроцилиндров равен:

где:

- объемный КПД гидроцилиндра, принимаем ;

- заданная скорость движения гидроцилиндра, ;

- число параллельно установленных гидроцилиндров;

Требуемый рабочий объем насоса определяем по формуле:



где:- требуемая подача насоса;

- частота вращения вала насоса, принимаем по ГОСТ 12446-80

;

- объемный КПД насоса, ;

- количество насосов.

;

Принимаем шестеренный насос типа НШ-32У-3(табл.7.1)[7].

2.5 Расчет цилиндрического шарнира на уширителе

Определение диаметра пальца.

По напряжениям на срез:

,

Где Р -усилие на гидроцилиндре выдвижения уширителей,

Р_ГЦ = 220000Н;

d_n - диаметр пальца;

n - число плоскостей среза, n = 2;

[ф] - допускаемое напряжение среза, для Стали 09Г2С [ф] = 200 - 210 МПа

С учетом динамических нагрузок и конструктивных соображений принимаем d_n = 50 мм.

Проверка проушины на смятие.

Рисунок 2.6-Проверка проушины на смятие.

=30 мм, =120 мм, R=50 мм, =500 МПа.

МПа <- прочность проушины на смятие обеспечена.

2.6 Расчет пальца гидроцилиндра на срез

Условия нагружения пальцев подобно условиям нагружения болтов, поставленных без зазора. Поэтому для пальцев остаются справедливыми расчетные формулы, которые определяют прочность по напряжениям среза. При расчетах пальцевых соединений, нагруженных силой в плоскости стыка, допускают, что нагрузка распространяется равномерно между всеми пальцами, силы трения не учитываются.

Расчетные положения пальца.

Рисунок 2.7-Расчетные положения пальца.

Условия прочности по напряжениям среза:

где Р- внешняя нагрузка,

d- диаметр пальца,

i- число плоскостей среза.

Условие прочности выполняются.

2.7 Расчёт сварного шва

Р_ГЦ=220 кН

- расчётная длина шва;

- допускаемые напряжения среза, для электрода Э50 и марки проволоки Св-08Г3С =215 МПа ;

- коэффициент, зависящий от типа сварки, для ручной сварки =0,7;

к - катет шва, к=0,015 м.

Для угловых швов:

МПа

Принимаем =0,28 м

F=Р_х=220•cos1°=219,8 кН

Р_y=220•sin1°=3,74 кН

кН•м

МПа- прочность шва обеспечена.



3. Технико-экономический раздел

Конструктивная производительность

В - ширина захвата материала раб. органом, м

х - расчётная скорость машины, м/с

Техническая производительность

72467 м³/ч

K₁ - коэффициент учитывающий от грунтовых условии

K₂ - коэффициент учитывающий уплотнение материала

K₃ - коэффициент учитывающий снижение скорости работы машины

Эксплуатационная производительность

, м³/ч

К_В - коэффициент использования машины по времени

Для базовой машины К_В=0.7

Для модернизированной машины К_В=0.8

Эксплуатационная производительность базовой машины

м³/ч

Эксплуатационная производительность модернизированной машины

м³/ч

Модернизированная машина показывает большую эксплуатационную производительность.

Удельная энергоёмкость машины

Удельная энергоемкость базовой машины

Удельная энергоемкость модернизированной машины

Удельная металлоёмкость машины

Удельная металлоемкость базовой машины

Удельная металлоемкость модернизированной машины

Удельная производительность машины по массе

Удельная металлоемкость базовой машины

Удельная металлоемкость модернизированной машины

Удельная мощность машины



Удельная мощность базовой машины

Удельная мощность модернизированной машины

Комплексный показатель машины

Комплексный показатель базовой машины

Комплексный показатель модернизированной машины

Результаты технико-экономического расчета представлены в таблице

Показатель	Базовая машина	Модернизированная машина
Конструктивная производительность	80000	87100
Техническая производительность	66560	72467
Эксплуатационная производительность	46592	57973
Удельная энергоемкость машины	3,31	2,66
Удельная металлоемкость машины	0,26	0,22
Удельная производительность машины по массе	3,73	4,61
Удельная мощность машины	0,012	0.011
Комплексный показатель машины	0.0397	0,0293

Вывод: При выполнении данного проекта было спроектировано и рассчитано плужно-щеточное оборудование с уширителем. Это позволило нам увеличить производительность машины.



Заключение

При выполнении данного проекта было спроектировано и рассчитано плужно-щеточное оборудование с уширителем на гидроцилиндре. Также при выполнении работы рассмотрены и решены вопросы, предусмотренные техническим заданием:

- произведён анализ научных трудов сделанных в данной области (патентный поиск);

- проведен обзор и анализ существующих конструкций;

- выполнена модернизация РО снегоочистителя, конструкция которого включает в себя плуг и боковой уширитель на гидроцилиндре;

Доказана эффективность конструктивных изменений параметров нового плуга, который имеет боковой уширитель.



Список используемой литературы

1.Алексеева Т.В., Артемьев К. А., Бромберг А. А. Дорожные машины. Часть IМашины для земляных работ. «Машиностроение», 1972, 504 с.

2.ГалдинН.С. Элементы объемных гидроприводов:Справочные материалы. - Омск: Издательство СибАДИ, 2008. 128 с.

Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.1. - М:Машиностроение, 1979.- 728с.

Сопротивление материалов: Расчёт.-проектировоч. работы: Учеб. Пособие длявузов/ Е. Ф. Винокуров, А. Г. Петрович, Л. И. Шевчук.-Мн.: Выш. Шк., 1987. -227 с: ил.

http://www.findpatent.ru/patent/100/1006569.html

http://mash-xxl.info/

Размещено на Allbest.ru

...