Основной расчет автогрейдера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство инфраструктуры

Украинская государственная академия железнодорожного транспорта

Кафедра: СППРМ

Курсовой проект

по дисциплине: строительные машины

на тему: «Расчет автогрейдера»

Выполнил:

А. С. Васянович

Проверил:

Кравец В.Г.

2011



Содержание

Введение

1. Описание машин для земляных работ

2. Выбор прототипа машины

3. Расчет основных параметров

4. Прочностной расчет

4.1 Определение внешних нагрузок

4.2 Расчет тяговой рамы

5. Тяговый расчет

6. Определение основных технико-экономических характеристик

7. Охрана труда

Вывод



Введение

В современном строительстве одно из наиболее значительных мест принадлежит земляным работам - производственным процессам по возведению земляных сооружений и добыче ископаемых материалов. Большая трудоемкость производства земляных работ вызывает необходимость их максимальной механизации, массовость и разнообразие - многочисленность парка машин.

Ускорение научно-технического процесса и рост производительности труда потребовали создания и освоения эффективных систем различных машин для комплексной механизации строительства. Среди них большой удельный вес занимают машины для земляных работ.

Все строительные машины и оборудование делят на классы: транспортирующие, грузоподъемные и монтажные, погрузочные и разгрузочные, для земляных работ и свайных работ, для переработки каменных и вяжущих материалов, для приготовления бетонов и растворов, для отделочных работ, для арматурных работ, для производства строительных изделий и конструкций. Отдельный класс строительных машин и оборудования составляет механизированный инструмент.

В данном курсовом проекте рассматривается автогрейдер - один из многочисленных представителей класса машин для земляных работ. Существуют различные по своему устройству и параметрам автогрейдеры, но все они снабжаются одинаковым по форме и принципу действия рабочим органом в виде узкого и криволинейного в поперечном сечении отвала. Отвал крепится к поворотному кругу, установленному на тяговой раме, которая соединена с основной рамой машины универсальным шарниром.

Начинается проект с обзора литературных и патентных источников и выбора прототипа. Далее рассчитываются основные параметры рабочих органов, разрабатываются гидравлическая и кинематическая схемы привода рабочих органов. После чего производится тяговый и силовой расчет, расчет основных несущих конструкций, а также рассчитывается производительность данного автогрейдера. В последнем разделе приводятся условия безопасной эксплуатации автогрейдера.



1. Описание машин для земляных работ

Машины для земляных работ образуют один класс. Этот класс состоит из групп, в которые включают машины с одинарными рабочими процессами.

Основные машины для земляных работ по характеру рабочего процесса можно разделить на ряд групп:

3емлеройные машины. К землеройным машинам относят одноковшовые экскаваторы (цикличного действия) и многоковшовые (непрерывного действия). Наибольшее применение имеют одноковшовые экскаваторы, которые выполняют около 40% всего объема землеройных работ. Одноковшовые экскаваторы находят широкое применение на земляных работах в различных грунтовых условиях. При оснащении различным видом рабочего оборудования они выполняют разработку грунта в выемках, отсыпку насыпей, планировку площадей, рыхление мерзлых грунтов, погрузоразгрузочные работы, обратную засыпку и уплотнение грунта. Для успешного выполнения такого комплекса работ на экскаваторах имеется следующее навесное оборудование: прямая лопата - грунт разрабатывается, как правило, выше уровня стоянки экскаватора с перемещением в отвал или транспортные средства.

Одноковшовый экскаватор - это самоходная землеройная машина с рабочим органом в виде ковша, предназначенная для разработки грунтов и перемещения их на определенные расстояния в транспортные средства или отвал.

Одноковшовые экскаваторы относят к числу наиболее распространенных машин: их широко применяют в гражданском, гидротехническом и транспортном строительстве. В рабочем цикле одноковшовых экскаваторов за наполнением ковша следует подъем его и перемещение к месту разгрузки, разгрузка ковша к месту забоя, опускания его в исходное положение для следующего цикла. После выполнения нескольких рабочих циклов экскаватор перемещается для копания следующих объемов копания грунта. Он должен также перемещаться на большое расстояние при смене объектов работ.

Экскаватор снабжен рабочим оборудованием экскаватора, состоящим из рукояти, ковша и стрелы, установленными на поворотной платформе. Платформа с помощью опорно-поворотного устройства опирается в ходовую часть, через которую нагрузка передается на грунт.

Экскаватор имеет следующие механизмы: подъема ковша, напорный для выдвижения ковша, стрелоподъемный для изменения положения стрелы, поворотный для поворота верхней платформы с рабочим оборудованием, для перемещения. Привод механизмов осуществляется от силовой установки, а и включение - соответствующей системой управления.

Рисунок1.1 - Принципиальная схема одноковшового экскаватора с механическим приводом и оборудованной прямой лопатой.

1 - ходовая часть; 2 - поворотная платформа; 3 - силовая установка; 4 - опорно-поворотное устройство; 5 - двуногая стойка; механизмы: 6 - стрелоподъемный; 7 - поворотный; 8 - подъемный; 9 - напорный; 10 - канатный напор; 11 - рукоять; 12 - ковш; 13 - стрела.

Одноковшовые экскаваторы по количеству видов рабочего оборудования подразделяются на следующие типы: неуниверсальные, которые имеют, как правило, один вид рабочего оборудования (прямая, обратная лопаты или драглайн), полууниверсальные, имеющие два-три вида рабочего оборудования (прямая, обратная лопаты или драглайн), и универсальные, имеющие более трёх видов рабочего оборудования (прямая, обратная лопаты, драглайн, грейфер, кран и др.).

Рабочий цикл у экскаваторов с различным оборудованием различен. Если принять его длительность у прямой лопаты за единицу, то у обратной лопаты она составит 1,15, а у драглайна - 1,20. У обратной лопаты это объясняется невозможностью совмещений операций подъема и поворота до полного выхода ковша из забоя. Большая длительность цикла драглайна объясняется большим вылетом оборудования, увеличением времени копания и поворота, а также сложностью управления. Рабочие оборудование прямой и боратной лопат у экскаваторов с ковшом вместительностью 0,15 - 0,4 монтируют, как правило, из унифицированных элементов.

В зависимости от назначения различают одноковшовые экскаваторы строительные, карьерные, вскрышные и специальные. С учетом видов ходового оборудования экскаваторы бывают неповоротного и поворотного устройства, типов привода и управления.

Землеройно-транспортные машины. Основные землеройно-транспортные машины - бульдозер и скрепер, которые за один цикл разрабатывают грунт, перемещают его, разгружают в насыпь и возвращаются в забой в порожнем состоянии. Бульдозеры предназначены для разработки и перемещения грунта на расстояние до 100 м, возведения насыпей высотой до 2 м, разработки выемок, засыпки траншей после укладки коммуникаций, планировки строительных площадок, очистки дорог и трасс (корчевка пней, валка деревьев, срезка растительного слоя и т.п.), планировки откосов. На базе бульдозеров применяют рыхлители, имеющие навесные или прицепные рабочие органы в виде зуба или нескольких зубьев для послойного разрушения и рыхления тяжелых и мерзлых грунтов глубиной до 1,5 м.

Бульдозеры представляют собой навесное оборудование на базовый гусеничный или пневмоколесный трактор (двухосный колесный тягач), включающее отвал с ножами, толкающее устройство в виде брусьев или рамы и систему управления отвалом. Главный параметр бульдозеров - тяговый класс базового трактора (тягача). Бульдозеры применяются для послойной разработки и перемещения грунтов I-IV категорий, 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 и строительного мусора и т. п. Широкое использование бульдозеров в строительном производстве определяется простотой их конструкции, надежностью и экономичностью в эксплуатации, высокими производительностью, мобильностью и универсальностью.

Бульдозеры классифицируют по назначению, тяговому классу и типу ходового устройства базовых машин, конструкции рабочего органа и типу системы управления отвалом.

Рабочий цикл бульдозера следующий: при движении машины вперед отвал с помощью системы управления заглубляется в грунт, срезает ножами слой грунта и перемещает впереди себя образовавшуюся грунтовую призму волоком по поверхности земли к месту разгрузки; после отсыпки грунта отвал поднимается в транспортное положение, машина возвращается к месту набора грунта, после чего цикл повторяется. Максимально возможный объем призмы волочения современные бульдозеры набирают на участке длиной 6...10 м. Экономически целесообразная дальность перемещения грунта не превышает 60..80 м для гусеничных бульдозеров и 100... 140 м для пневмоколесных машин. Отвал бульдозера представляет собой жесткую сварную металлоконструкцию с лобовым листом криволинейного профиля. Вдоль нижней кромки отвала крепятся сменные двухлезвийные режущие ножи (два боковых и средние), наплавленные износоустойчивым сплавом. В середине верхней части отвала имеется козырек, препятствующий пересыпанию грунта через верхнюю кромку.

грунтах на его отвал устанавливают с обоих концов сменные уширители, открылки и удлинители. Для уменьшения потерь грунта при его транспортировании современные неповоротные гусеничные бульдозеры оборудуют сферическими и полусферическими отвалами. Конструктивные особенности неповоротных и поворотных бульдозеров. У бульдозера с неповоротным отвалом отвал 1 крепится посредством универсальных шарниров 8 к толкающему устройству в виде двух брусьев 7 коробчатого сечения, задние концы которых соединены с помощью упряжных шарниров 8 с балками 5 ходового устройства базового трактора 4. Шарниры позволяют толкающим брусьям поворачиваться в вертикальной и горизонтальной плоскостях при перекосе отвала. Подъем и опускание отвала осуществляются с помощью двух гидроцилиндров двойного действия 3, штоки которых шарнирно прикреплены к отвалу через кронштейны. Отвал в рабочем положении удерживают гидрораскос 2 и винтовой жесткий раскос 10, которые установлены в плоскостях соответственно левого и правого толкающих брусьев. Нагрузка между толкающими брусьями равномерно распределяется механизмом 9 компенсации перекоса, обеспечивающим устойчивость отвала в горизонтальной плоскости.

Рисунок 1.2 - бульдозер с неповоротным отвалом и поворотным отвалом.

Гидрораскос осуществляет перекос отвала в поперечной плоскости путем поворота его на угол до + 12° и представляет собой гидроцилиндр двойного действия с гидрозамком, который включен в гидросистему трактора. Винтовой раскос служит для механического изменения угла резания ножей.

У поворотного бульдозера отвал 1 монтируется на универсальной толкающей раме 7, охватывающей снаружи трактор 4 и состоящей из двух жестко соединенных между собой полурам прямоугольного сечения. Рама крепится к ходовым тележкам трактора с помощью упряжных шарниров 5. На раме вместо отвала может быть установлено различное сменное оборудование с гидравлическим управлением - кусторез, древовал, корчеватель-собиратель, плужный снегоочиститель и др. Поворотный отвал соединен с толкающей рамой посредством центрального шарового шарнира 10 и двух боковых толкателей 8 с винтовыми раскосами 2, обеспечивающими различное положение отвала относительно рамы. При одинаковом изменении длины раскосов от среднего положения регулируют угол резания ножей. Угол поперечного перекоса отвала в вертикальной плоскости регулируется путем изменения межцентрового расстояния проушин раскосов. Отвал может быть установлен в плане под углом ? в обе стороны от продольной оси машины и под прямым углом к ней. Для установки отвала в три положения (прямое, правое и левое) на верхней полке каждой полурамы установлены по три опорных кронштейна 6, в которых шарнирно крепятся толкатели. На скошенной части полурам установлены кронштейны 9 для крепления гидроцилиндров 3 подъема-опускания отвала. У некоторых моделей бульдозеров изменение угла поворота отвала в плане и регулировка угла перекоса отвала осуществляются с помощью гидроцилиндров.

Скреперы - наиболее высокопроизводительные землеройно-транспортные машины; используются при отрывке котлованов и планировке поверхностей. В настоящее время применяют прицепные (с объемом ковша 3, 7 и 8 м.) скреперы. Применение прицепных и полуприцепных скреперов наиболее эффективно при транспортировке грунта на расстояние до 1000 м, а самоходных - до 3000 м.

Скреперами ведут разработку, транспортировку и укладку грунтов 1 и 2 групп по трудности разработки (песчаных, супесчаных, суглинистых, глинистых и др., не имеющих валунов, с примесью гальки и щебня не более 10%).

Грейдеры предназначены для профилирования и отделки земляного полотна в дорожном строительстве, возведения невысоких насыпей из боковых разрезов, срезки и планировки откосов насыпей и выемок, планировки поверхности площадок, перемешивания и распределения дорожно-строительных материалов с вяжущими, содержания и ремонта дорог в летний и зимний периоды.

Скрепер является самоходной или прицепной (к гусеничному или колесному трактору, колесному тягачу) землеройно-транспортной машиной, рабочим органом которой служит ковш на пневмоколесах, снабженный в нижней части ножами для срезания слоя грунта. Скреперы предназначены для послойного копания, транспортирования, послойной отсыпки, разравнивания и частичного уплотнения грунтов I-IV категорий при инженерной подготовке территории под застройку, планировке кварталов, возведении насыпей, разработке широких траншей и выемок под различные сооружения и искусственные водоемы и др. Наиболее эффективно скреперы работают на не переувлажненных средних грунтах (супесях, суглинках, черноземах), не содержащих крупных каменистых включений. При разработке скреперами тяжелых грунтов их предварительно рыхлят на толщину срезаемой стружки.

Главным параметром скреперов является геометрическая вместимость ковша (м3), которая лежит в основе типоразмерного ряда этих машин.

По вместимости ковша скреперы классифицируют на машины малой (до 5 м3), средней (5...15 м3) и большой (свыше 15 м3) вместимости; по способу загрузки ковша - с пассивной загрузкой движущим усилием срезаемого слоя грунта, с принудительной загрузкой с помощью скребкового элеватора; стенки ковша вперед (основной способ), со свободной (самосвальной) разгрузкой опрокидыванием ковша вперед по ходу машины; по способу агрегатирования с тяговыми средствами - на прицепные (рисунок 1.3, а) к гусеничным тракторам и двухосным колесным тягачам; самоходные, агрегатируемые с одноосными (рисунок 1.3, б) и двухосными (рисунок 1.3, в) колесными тягачами; по способу управления - с канатно-блочным (механическим), гидравлическим и электрогидравлическим управлением.

Выпускаемые в настоящее время скреперы имеют гидравлическую или электрогидравлическую систему управления рабочим органом, обеспечивающую принудительное опускание, подъем и разгрузку ковша, изменение глубины резания, подъем-опускание передней заслонки ковша с помощью гидроцилиндров двойного действия. Принудительное заглубление ножей ковша в грунт позволяет довольно точно регулировать толщину срезаемой стружки, сокращать время набора грунта и эффективно разрабатывать плотные грунты.

Рисунок 1.3 - Скреперы: а - прицепной; б, в - самоходные двух- и трехосный

1,7 - гусеничный и колесный тракторы; 2,6 - сцепное и седельно-сцепное устройства; 3 - рама; 4 - ковш; 5 - одноосный тягач

Рабочий процесс скрепера состоит из следующих последовательно выполняемых операций: резание грунта и наполнение ковша, транспортирование грунта в ковше к месту укладки, выгрузки и укладка грунта, обратный (холостой) ход машины в забой.



Рисунок 1.4

При наборе грунта (рисунок 1.4, а) ножи опущенковш при поднятой подвижной заслонке 3. Наполненный грунтом ковш на ходу поднимается в транспортное положение (рисунок 1.4, б), а заслонка 3 опускается, препятствуя высыпанию грунта из ковша. При разгрузке ковша (рисунок 1.4, в) заслонка поднята, а грунт вытесняется принудительно из приспущенного ковша выдвигаемой вперед задней стенкой 5 ковша, причем регулируемый зазор между режущей кромкой ковша и поверхностью земли определяет толщину с укладываемого слоя фунта 4, который разравнивается (планируется) ножами ковша и частично уплотняется колесами скрепера. При холостом ходе порожний ковш поднят в транспортное положение, а заслонка опущена. Для увеличения тягового усилия скрепера при наполнении ковша в плотных грунтах обычно используют бульдозер-толкач 1 (смотри рисунок 1.4, а). При наполнении ковша скорость движения скреперов составляет 2...4 км/ч, при транспортном передвижении - 0,5...0,8 максимальной скорости трактора или тягача.

У некоторых моделей скреперов для уменьшения сопротивлений при работе в ковше устанавливают наклонный скребковый конвейер (элеватор), осуществляющий принудительную загрузку срезанного ножом слоя грунта в ковш и его выгрузку. Скреперы с элеваторной загрузкой наиболее рационально используются на сыпучих грунтах при выполнении небольших объемов работ.

В зависимости от вида и объема выполняемых земляных работ применяют различные схемы движений скреперов в плане - по эллипсу, восьмеркой, челночно-поперечное и др. Схему движения по эллипсу применяют при разработке выемок и широких траншей, челночно-поперечное и восьмеркой - при копании неглубоких, но больших по площади котлованов.

Прицепные скреперы к гусеничным тракторам, обладающие высокой проходимостью, способны работать в плохих дорожных условиях. Низкие транспортные скорости этих машин (не более 10...15 км/ч) ограничивают экономически целесообразную дальность транспортирования грунта 500...800 м. Самоходные скреперы характеризуются более высокими мобильностью, маневренностью, транспортными скоростями (до 50 км/ч) и производительностью (в 1,5...2,5 раза) по сравнению с прицепными машинами той же вместимости.

Дальность транспортировки грунта самоходными скреперами экономически эффективна на расстоянии до 5000 м.

Машины для уплотнения грунтов. Долговечность земляных сооружений в большей мере зависит от качества уплотнения грунтов, которое выполняется при планировочных работах, возведении насыпей, обратных засыпках траншей и фундаментов. С целью получения наибольшей плотности уложенного грунта, наименьшей фильтрационной способности и уменьшения последующих осадок грунт укладывают и уплотняют с соблюдением определенных технологических требований. Для уплотнения грунтов в зависимости от физико-механических свойств могут быть использованы два вида уплотняющих воздействий статическое и динамическое.

Машины статического действия предназначены для послойного уплотнения грунта под действием собственного веса. К ним относятся: самоходные катки с гладкими вальцами - для окончательного уплотнения грунтовых дорог и площадок, гравийных, щебеночных, черных и асфальтобетонных покрытий дорог; прицепные кулачковые катки - для послойного предварительного уплотнения связных грунтов; прицепные, полуприцепные и самоходные катки на пневматических шинах - для послойного уплотнения грунтов, гравийно-щебеночных материалов, а также асфальтобетонных смесей.

Машины динамического действия предназначены для послойного уплотнения грунта под действием возникающей силы или массы падающего груза. К ним относятся: самоходные и прицепные вибрационные катки - для уплотнения как несвязных, так и связных грунтов на глубину 0,6-1,2 м. Кроме того самоходные катки применяются для уплотнения асфальтобетонных и мелко-гравийных покрытий тротуаров, проездов, при ремонте дорог; виброплиты - для уплотнения несвязных насыпных грунтов гравийно-щебеночных материалов слоем до 0,6 м при небольших объемах и в стесненных условиях;

трамбовочные машины - для уплотнения тяжелых связных грунтов на глубину до 1,2 м при строительстве земляного полотна, строительных площадок, подходов к мостам и др.

Машины для вспомогательных работ. Машины для вспомогательных работ выполняют, как правило, подготовительные работы до начала производства земляных работ по устройству выемки или насыпи. К ним относятся: кусторезы - для расчистки от кустарника и мелкого леса территории строительства; рыхлители - для предварительного рыхления плотных грунтов трещиноватых скальных и мерзлых в условиях низких температур глубиной до 0,5 м; корчеватели - для корчевания пней диаметром до 0,3 м, очистки почвы от камней массой до 3 т, от корней диаметром до 0,45 м на глубине до 0,5 м.

Кроме перечисленных машин и механизмов при производстве земляных работ применяется электрифицированный инструмент и средства малой механизации:

ручные вибротрамбовки и пневмотрамбовки для уплотнения грунта;

пневматические молотки для разработки скальных, мерзлых и плотных грунтов; насосы и установки для откачивания воды и понижения уровня грунтовых вод (центробежные, диафрагмовые и грязевые насосы; иглофильтровые и эжекторные установки) В качестве приспособлений применяются электроосушительные установки, песчаные и бумажные дрены (фильтры) для осушения грунтов.

Для выполнения контрольно-измерительных операций при производстве земляных работ применяются теодолит, нивелир, металлическая рулетка или лента, визирки и вешки.

При необходимости защиты грунта от обрушения, устройстве вертикальных откосов выемок или насыпей выполняется крепление. В этом случае применяется ручной инструмент: лопата, топор, пила, молоток и т.п.

Строительные машины, механизмы, приспособления позволяют механизировать земляные работы в пределах 80-90%, что повышаем производительность, улучшает условия труда и сокращает сроки строительства.



2. Выбор прототипа машины

Автогрейдер - универсальная землеройно-транспортная машина, предназначенная для выполнения профилировочных работ и отделки земляного дорожного полотна и обеспечивающая полный цикл земляных работ при строительстве дорог. Кроме того, автогрейдер применяют для возведения невысоких насыпей из боковых резервов, устройства террас на косогорах, корыта в дорожном полотне, срезки и планировки откосов, выемок и насыпей, общей планировки участка, перемешивания гравия и щебня с вяжущими материалами. В зимнее время грейдеры используются для расчистки дорог, для сгребания снега в отвал перед погрузкой его в транспорт, для снегозадержания на полях. Автогрейдер является самоходной машиной. Общее устройство автогрейдера показано на рис.1. Двигатель, тяговая рама, поворотный круг с отвалом и кирковщиком, дополнительное рабочее оборудование, механизмы управления рабочими органами и рулевого управления, а также кабина расположены на основной раме.

Рис.2.1 - Общий вид автогрейдера.

1 - балансир движителя; 2 - основная рама; 3 - рыхлитель заднего хода; 4 - отвал; 5 - тяговая рама; 6 - бульдозерный отвал; 7 - механизм выноса тяговой рамы; 8 - механизм подъема рабочего органа.

Основная рама выполнена в виде изогнутой выпуклостью вверх хребтовой балки круглого или прямоугольного сечения, переходящей в задней части в плоскую конструкцию подмоторной рамы. На подмоторной раме установлены двигатель, агрегаты трансмиссии, механизмы управления и кабина грейдериста.

Передней частью основная рама опирается при помощи головки на передний мост. Шарнирная связь рамы с мостом позволяет ему наклоняться относительно рамы в вертикальной плоскости.

Задним концом рама опирается на задние оси, которые выполняются в виде двух отдельных мостов, связанных с основной рамой при помощи балансирной подвески и балансирных тележек, поэтому колеса могут менять свое положение в соответствии с неровностями поверхности, улучшая проходимость машины.

Силовая передача от двигателя на ходовую часть автогрейдера осуществляется через соединительную муфту, коробку передач, задний мост и редуктор балансиров. В зависимости от колесной формулы и вида передачи крутящий момент передается от двигателя через механическую или гидромеханическую трансмиссию задним (или всем) колесам.

Ходовая часть автогрейдера состоит из четырех приводных задних колес. Задние колеса с каждой стороны машины попарно объединены балансирными балками. Такое соединение позволяет колесам не отрываться от опорной поверхности при наезде одного из колес на препятствия, т.е. машина опирается постоянно на все шесть колес независимо от рельефа местности. Для изменения направления движения передние колеса могут поворачиваться в плане с помощью рулевой трапеции. Для повышения устойчивости движения при работе с косо установленным отвалом эти колеса могут отклоняться в боковом направлении.

Рабочий орган - отвал через кронштейны и поворотный круг закрепляют на тяговой раме. Последнюю располагают под хребтовой балкой и соединяют с ней в передней части универсальным шарниром, а в задней с помощью гидравлических цилиндров, подвешенных к хребтовой балке. Два гидравлических цилиндра, работающих независимо один от другого, обеспечивают подъем передней части тяговой рамы и ее перекос, а гидроцилиндр выноса - ее вынос в сторону от продольной оси автогрейдера. Вращением поворотного круга автогрейдера с жестко закрепленными кронштейнами обеспечивается установка отвала в плане. Благодаря такой подвеске отвал может быть установлен горизонтально или наклонно к вертикальной плоскости, под любым углом наклона в плане, располагаться в плоскости колеи машины или быть вынесенным за ее пределы, быть опущенным ниже уровня поверхности, по которой перемещается машина, или поднятым над ней.

Конструкция отвала представляет собой жесткую балку коробчатого сечения, состоящую из изогнутого по радиусу основного листа, усиленного с задней стороны коробкой. Вдоль передней нижней кромки и по торцам к отвалу прикрепляются ножи, имеющие обычно двухстороннюю заточку. Это позволяет переворачивать их после износа одной из режущих кромок. По торцам отвала предусматривается возможность установки удлинителей и откосников. Крепление отвала к кронштейнам поворотного круга обеспечивает перестановку его для несимметричного расположения относительно оси поворотного круга и регулировки угла резания.



3. Расчет основных параметров

Автогрейдер ГС-10.01 имеет оба ведущих моста, шарнирно-сочлененную раму, гидростатическое рулевое управление, неполноповоротный (угол поворота в плане до ± 45°) грейдерный отвал с размерами 2730 х 470 мм и навесное бульдозерное оборудование с неповоротным отвалом (2400 х 625 мм). Шарнирно-сочлененная рама обеспечивает радиус поворота машины до 4,75 м, что позволяет работать в стесненных условиях городской застройки. В качестве силового модуля автогрейдера используется силовая установка и трансмиссия от колесного трактора МТЗ-82,1 мощностью 58,7 кВт. Привод переднего ведущего моста осуществляется с помощью объемной гидропередачи (ОГП), которая содержит гидронасос, гидромотор и систему управления. На обоих мостах устанавливаются широкопрофильные шины, использование которых позволяет повысить тягово-сцепные показатели машины до 20 %.

Рисунок 3.1 - Автогрейдер: ГС-10.01

1 - бульдозерный отвал; 2 - рама; 3 - механизм подвески; 4 - базовый тракторный модуль; 5 - грейдерный отвал; 6 - поворотный круг.

Таблица 3.1 - Техническая характеристика автогрейдер

Параметры	Индекс машины ГС-10.01
1	2
Класс	100
Двигатель:
модель	Д-243
мощность, кВт	58,7
Тип трансмиссии	механическа
Скорость движения вперед/назад, км/ч	2...35/
	4,2...9,4
Колесная формула	1x2x2
База, мм	4200
Колея колес передних/задних, мм	1800/1770
Дорожный просвет, мм	300
Радиус поворота, мм	4750
Тип рамы	ШСР*
Угол складывания шарнирно-сочлененной рамы, град	н/д
Смещение колес переднего моста, мм	н/д
Угол наклона передних колес, град	20
Рабочее оборудование:
грейдерный отвал:
размеры (длина х высота), мм	2730 х 470
максимальное заглубление, мм	100
угол резания регулируемый, град	30...70
угол поворота в плане, град	± 45
боковой вынос, мм	600/400
угол обрабатываемого откоса, град	--
бульдозерный отвал:
размеры (длина х высота), мм	2440 х 625
максимальное заглубление, мм	50
кирковщик (рыхлитель):
число зубьев	-
ширина киркования, мм	-
наибольшая глубина рыхления, мм	-
Габаритные размеры, мм	7140х2400х3220
Масса эксплуатационная, кг	7500

Расчёт основных параметров автогрейдера

1. Определение оптимальной массы машины, кН:

,



Где коэффициент, учитывающий неравномерность сечений стружки при последовательных проходах,

площадь сечения треугольного кювета,, где глубина кювета,;

удельное сопротивление грунта резанию, ;

коэффициент, учитывающий колёсную формулу, ;

коэффициент сцепления при буксовании 18…20%, ;

число проходов при устройстве земляного полотна в нулевых отметках,.

.

2. Сила тяжести автогрейдера (кН), приходящаяся на его задний мост,

, (3.2)

Где - вес автогрейдера, = 92,73 кН.

,

3. Сила тяжести автогрейдера (кН), приходящаяся на его передний мост,

,

4. Сцепной вес автогрейдера (вес, приходящийся на ведущие колеса, кН):

,

Где ш1 - коэффициент, определяемый колесной схемой автогрейдера, для схемы 1x2x2, ш1=0,7 ... 0,75.

кН.

5. Мощность двигателя необходимая для копания, кВт:

,

Где фактическая скорость передвижения машны, км/ч;

коэффициент буксования, ;

коэффициент сопротивления качению, ;

коэффициент, учитывающий уменьшения мощности двигателя в условиях неустановившейся нагрузки, для механической трансмиссии ;

к. п. д. трансмиссии, .

кВт.

6. Мощность двигателя, определяемая для транспортного режима, кВт:

,

Где заданная максимальная скорость движения автогрейдера, км/ч;

коэффициент сопротивления качению по твёрдому пути, .

42,41кВт,

По наибольшему из полученных значений мощности подбираем двигатель: модель Д-243. машина автогрейдер двигатель перемещение

7. Длина отвала, м:

,

Где масса автогрейдера, т.

м.

8. Высота отвала, м:

,

м.

9. База автогрейдера выбирается из условия возможности разворота отвала, (рис.2,18) м:



Рисунок 3.2 - Ходовое устройство автогрейдера

,

Где база двухосного автогрейдера:

,

внешний диаметр шины, м;

длина отвала, м;

Колея автогрейдера, м;

минимальный зазор между отвалом и шиной м.

м

м.

10. Радиус кривизны отвала:

(м),

Где угол опрокидывания отвала, во избежание пересыпания грунта за отвал =65... 75°

при установке отвала ,-- центральный угол, град.



4. Прочностной расчет

4.1 Определение внешних нагрузок

Первое расчетное положение. В первом расчетном положении, соответствующем нагрузкам, возникающим в процессе нормальной эксплуатации автогрейдера, наиболее неблагоприятные условия возникают в конце зарезания, когда отвал режет грунт одним концом, опущенным настолько, что передний мост вывешен и упирается в край кювета, задние колеса буксуют на месте, работа производится на поперечном уклоне с углом б=16°. В этих условиях основная рама оказывается максимально нагруженной нормальными нагрузками (рисунок 4.1.1). В центре тяжести авто грейдера сосредотачивается сила его веса G и равнодействующая сил инерции , которая раскладывается на две составляющие, так как автогрейдер работает на уклоне. Первая, равная G соsб, действует перпендикулярно опорной поверхности, а вторая, G sinб, - параллельно ей. Координаты Н (м) и l (м) центра тяжести современных автогрейдеров приблизительно определяют из соотношений:

;

,

Где статический радиус колеса, м (здесь радиус колеса, =0,6 м);

колесная база, м.

м; м.



Рисунок - Схема сил, действующих на автогрейдер в первом расчетном положении

Предельная горизонтальная нагрузка на рабочем органе:

,

Где сцепной вес и общая сила тяжести машины, кН,92,73 кН;

,коэффициенты сцепления, сопротивления перекатыванию автогрейдера, ,

эквивалентная скорость движения машины в начале стопорения;

интенсивность роста сопротивления копанию;

масса автогрейдера, т;

коэффициент, учитывающий снижение сцепного веса, ;

коэффициент, характеризующий отношение ,

Эквивалентная скорость движения машины в начале стопорения:

,

действительная скорость движения машины в начале стопорения, км/ч, км/ч.

Интенсивность роста сопротивления копанию:

,

Где удельное сопротивление резанию грунта, кПа;

длина отвала, м;

скорость опускания отвала, км/ч;

скорость движения на холостом ходу, км/ч.

1,1 м.

кН.

Дополнительно принимаем, что в стопорном режиме ;, где, .

; .

Реакции на опорные элементы автогрейдера и инерционную силу находим в результате совместного решения уравнений равновесия:

УX=0; УY=0; УZ=0; ; ; .

При этом учитывается, что между реакциями и тяговыми усилиями на ведущих колёсах существует известная взаимосвязь , а боковая реакция на передние колёса из условия потери сцепления пневматических шин в первоначальном направлении, т. е. .

Продольная инерция силы, прикладываемая к центру тяжести машины:

.

.

Вертикальные реакции на опорные элементы автогрейдера:

,

,

,

.

12,42 кН;

кН;

50,13 кН;

Боковые реакции и удерживающий моторную часть машины момент:

;;

,

кН;

кН;

кН м;

Сопротивления перекатыванию и тяговые усилия:

; ; ; ;

;; . (4.1.13 - 4.1.20)



кН; кН;

кН;

;

По расчетному положению II (рисунок 4.1.2) определяются действующие на автогрейдер случайные нагрузки при встрече с труднопреодолимым препятствием, жесткость которого существенно выше приведенной жесткости металлоконструкций автогрейдера.

Рисунок - Схема для автогрейдера в положении II

Внешние усилия в этом случае зависят от массы , жесткости конструкции машины и скорости ее движения в момент встречи с препятствием , которое равняется 5…7 км/ч.

Дополнительное динамическое усилие, приложенное в центре тяжести машины:

.

Приведенная жесткость автогрейдера обусловливается жесткостью металлоконструкций и пневматических машин :



,

Где 8345,7 кН/м;

, кН/м, (шины марки 410-610 при давлении 0,13 МПа), кН/м.

кН/м;

кН.

В соответствии со схемой (рисунок 4.1.2)расчетного положения II из уравнений равновесия автогрейдера с учетом находят неизвестные нагрузки:

;

,

;

,

; ; ;

.

кН;

329,73 кН;

кН;

кН;

кН;



кН;

кН.

Рисунок 4.1.3 - При расчетном положении III

Инерционная сила прикладывается к центру тяжести машины:

.

Где максимальная рабочая скорость, км/ч;

радиальная жесткость шин, кН/м, (шины марки 410-610 при давлении 0,13 МПа)

кН.

Из уравнений равновесия автогрейдера как плоской системы следует, что УZ = 0; УX = 0; ;

; ;

,



,

кН;

,

,

,

4.2 Расчет тяговой рамы

Составляющие усилия в шаровом шарнире сочленении тяговой рамы сочленения тяговой рамы с основной находят на основании схемы, показанной на (рис. 3.31) для расчетных положений 1 и 2. В расчетном положении 1 наибольшая нагруженность опасных сечений тяговой рамы достигается при действии вертикального усилия , направленного вниз. Этому отвечает финальная стадия процесса стопорения автогрейдера, когда оператор предпринимает попытку выглубить отвал с целью предотвратить полную остановку машины.

Рисунок 4.2.1 - Силы действующие на тяговую раму автогрейдера

Из уравнений вытекают следующие выражения:



,

;

,

Где силы тяжести тяговой рамы, рабочего органа с поворотным кругом,

,

,

,

В расчетном положении 2 отыскивают значения ,,, по приведенным соотношениям при условии, что

,

,

,



5. Тяговый расчет

В процессе работы автогрейдера возникают различного характера и разной величины силы сопротивления его движению.

Для определения сопротивлений, возникающих в рабочем режиме при резании и перемещении грунта автогрейдером определенного типа, должны быть известны род грунта и его характеристики, размеры отвала и углы его установки, вес автогрейдера.

Тяговый расчёт автогрейдера позволяет оценить возможности тягача при транспортировании грунта с подрезанием стружки. Для нормального протекания процессов резания, перемещения грунта или планирования поверхностей необходимыми являются условия УW?Тн и УW?Tц, где Тн - номинальное значение силы тяги автогрейдера на используемой передаче:

,

Где Мощность двигателя необходимая для копания, кВт;

к. п. д. трансмиссии, ;

скорость движения, .

кН.

Предельное значение тягового усилия по сцеплению с грунтом:

,

Где Сцепной вес автогрейдера,



коэффициент сцепления колес с грунтом,

,

Суммарное сопротивление копанию автогрейдером, кН:

,

1. Сопротивление грунта резанию, кН:

,

Где k - удельное сопротивление грунта лобовому резанию, k =5•103 Н/м2;

h - глубина резания, h = 0,1 м;

б - угол захвата ножа, б = 30?…60?;

Lр - длина режущей части отвала, .

,

2. Сопротивление от перемещения грунта вверх по отвалу, кН:

,

Где Gгр - масса грунта в призме волочения, кг:

,



H - высота отвала, H= м;

д - угол резания,д = 45?;

kp - коэффициент разрыхления грунта, kp=1,3;

гоб - объемная масса грунта, гоб =1200 кг/м3;

hср - средняя глубина резания, hср = 0,5h = 0,50,1 = 0,05 м;

с - угол естественного откоса, с = 35?;

f1 - коэффициент трения призмы волочения о грунт, f1=0,25…0,3.

290 кг

,

3. Сопротивление от перемещения призмы волочения грунта перед отвалом, кН:

,

Где f2 - коэффициент трения грунта о грунт, f2 = 0,6;

Gпр - масса грунта в призме волочения;

i - уклон, i =0,06.

,

4. Сопротивление от перемещения грунта вдоль по отвалу:

,

5. Сопротивление от перемещения грейдера, кН:



,

Где - масса дорожной машины в рабочем состоянии, 92,73 кН;

що - коэффициент сопротивления перемещению дорожной машины, що=0,135;

,

6. Сопротивление от преодоления подъема, кН:

,

Где вес автогрейдера,92,73 кН;

уклон местности, принимают равным 0°.

,

Сопротивление от сил инерции W7 считают равными 0, так как принимают, что движение автогрейдера происходит без ускорения и без переключения скоростей, т.е. при установленном движении. Тогда полное сопротивление:

,

Проверим, соблюдаются ли условия кН. Условия соблюдаются, значит автогрейдер подходит.



6. Определение основных технико-экономических характеристик

1. Определим эксплуатационную производительность автогрейдеров при вырезании и перемещении грунта, смешивании материала на полотне дороги, м3/ч:

,

Где ширина вырезаемой стружки, м;

средняя толщина вырезаемой стружки, м;

рабочая скорость движения машины, = 4км/ч;

коэффициент использования машины по времени, ;

число проходов по одному месту, (при вырезании и перемещении грунта).

м3/ч.

2. Определим производительность автогрейдера при планировании дороги, м2/ч:

,

Где число проходов по одному месту, n = 3;

рабочая скорость движения машины, = 8 км/ч.

м2/ч.

3. Определим производительность автогрейдера при нарезании кюветов, м/ч:

,

Где число проходов по одному месту, n = 4;

рабочая скорость движения машины, = 3 км/ч.

км/ч.



7. Охрана труда

- К работе на автогрейдере допускаются лица, окончившие специальные курсы и имеющие соответствующее удостоверение.

- Работать на неисправном автогрейдере запрещается. Перед выездом на работу машинист должен осмотреть автогрейдер и устранить все обнаруженные дефекты. При осмотре и ремонте двигатель должен быть заглушен.

- При движении автогрейдера машинист обязан соблюдать все правила дородного движения, установленные для автотранспорта.

- Пользуясь домкратом, необходимо придать ему устойчивое положение, предупреждающее сдвиг автомобиля, а под колеса подложить упоры.

- Снятие и установка специального и дополнительного оборудования, а также другие технические работы должны выполняться двумя работающими.

- При работе с аккумуляторной батареей надо остерегаться попадания электролита на тело, одежду, обувь и т.д., т. к. в электролите содержится серная кислота, разрушающая кожный покров.

- Необходимо осторожно обращаться с низкозамерзающими жидкостями для системы охлаждения т.к. они являются ядами.

- Заправлять автогрейдер горючими и смазочными материалами следует днем или в случае необходимости только при электрическом освещении.

- Перед запуском двигателя необходимо рычаг переключения коробки передач поставить в нейтральное положение, а автогрейдер затормозить.

- Ни в коем случае не разрешается регулировать, заправлять и смазывать автогрейдер на ходу или при работающем двигателе.

- Нельзя находиться под рамой автогрейдера при поднятом отвале.

- Не разрешается во время работы автогрейдера удалять из-под ножа попавшие предметы. Необходимо остановить машину, удалить попавшие предметы, после чего продолжить движение.

- При снятии и установке шин необходимо заглушить двигатель, зотормозить автогрейдер ручным тормозом, поднять нужную сторону автогрейдера домкратом.

- Необходимо следить, чтобы не было течи топлива из бака и топливопроводах, тщательно вытирать и очищать все узлы.

- Тщательно проверять изоляцию проводов и исправность контактов, т.к. при пробое изоляции и неисправных контактах возможно появление искры.

- При возникновении на автогрейдере пожара при работающем двигателе, необходимо быстро перекрыть топливный кран бака, не останавливая двигатель, дать ему возможность выработать все топливо из топливопроводов и принять меры по тушению пожара. Пламя надо тушить огнетушителем, засыпать землей, песком или накрыть войлоком или брезентом.



Вывод

В проекте был разработан автогрейдер легкого типа массой 9 т. Был подобран тип машины и произведен расчет основных параметров, тяговый расчет и расчет на прочность, а также определение основных экономическо-технических характеристик. В результате проведенных расчетов мы усовершенствовали данный тип машины.

Размещено на Allbest.ru

...