Скрепер полуприцепной

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Федеральное агентство железнодорожного транспорта (РОСЖЕЛДОР)

Сибирский государственный университет путей сообщения

Кафедра “Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ”

Курсовой проект по дисциплине

Строительные и дорожные машины

Скрепер полуприцепной

Разработал

студент гр. 07-М-38

Войкин С.В.

Руководитель

доцент

Куликова Е.Г.

2011

Содержание

1. Назначение, схема общего устройства, описание работы машины

2. Описание гидравлической схемы машины

3. Определение основных параметров машины

4. Определение основных параметров рабочего органа

5. Расчет несущей способности и жесткости рамы рабочего органа

6. Определение эксплуатационной производительности скрепера

7. Список литературы

Приложение

гидравлическая схема жесткость рама скрепер

1. Назначение, схема общего устройства, описание работы машины

Скреперы предназначены для послойного (горизонтальными слоями) копания грунта, транспортирования и отсыпки его в земляные сооружения спланированными слоями заданной толщины. Кроме того, при движении по насыпям скреперы своими колесами уплотняют отсыпаемые слои грунта; благодаря чему сокращается потребность в специальных грунтоуплотняющих машинах.

Скреперы используются для разработки грунтов до IV категории включительно. Очень плотные грунты, III - IV категории предварительно разрабатываются рыхлителями. Возможность применения скреперов определяется дальностью транспортирования грунта.

Полуприцепной скрепер обладает лучшей по сравнению с прицепным уплотняющим свойством грунтов, в связи с распределением части массы на тягач. Скрепер, рисунок 1, оснащен гидросистемой для привода рабочих органов. Состоит скрепер из тягача 1, ковша 2 с заслонкой 3, и задней стенкой 4, тяговой рамы 5 с хоботом, несущей рамы с буфером, гидроцилиндры подъема и опускания ковша 6, гидроцилиндры управления заслонкой 7, гидроцилиндры перемещения задней стенки 8, и шкворневого устройства 9.

Рисунок 1 - Полуприцепной скрепер

1 - тягач, 2 - ковш, 3 _ заслонка ковша, 4 - задняя стенка, 5 - тяговая рама с хоботом, 6 -гидроцилиндры подъема и опускания ковша, 7 _ гидроцилиндры управления заслонкой, 8 _ гидроцилиндр перемещения задней стенки, 9 - шкворневое устройство

При наборе грунта гидроцилиндрами 6 опускается ковш 2, поднимается заслонка 3 гидроцилиндрами 7.

При окончании набора грунта заслонка 3 прикрывается и ковш 2 приподымается гидроцилиндрами 6.

Перед транспортировкой ковш 2 полностью подымается и окончательно закрывается заслонкой 3.

При выгрузке груза заслонка 3 открывается, ковш опускается до 500 мм, в зависимости от высоты отсыпки грунта и конкретных задач, задняя стенка вместе выдвигается гидроцилиндрами 8, освобождая ковш от набранного ранее грунта.

2. Описание гидравлической схемы машины

На схеме СДМ. 08-ВМ-40.00.00 ГЗ показана гидравлическая схема скрепера, которая предназначена для управления ковшом, заслонкой, механизмом разгрузки.

Управление подъемом или опусканием ковша осуществляется с помощью гидроцилиндров Ц5, Ц6 для чего оператор ставит распределитель Р3 в одну из рабочих позиций, при этом жидкость идет:

Управление заслонкой осуществляется цилиндрами Ц3, Ц4. Путь жидкости:

Управление механизмом принудительной разгрузки, осуществляется цилиндрами Ц1, Ц2. Путь жидкости:

В блок первичной защиты КП1, золотниковые распределители Р1, Р2, Р3, манометры для замера давления в напорной и сливной магистралях, фильтр Ф1 - для очистки рабочей жидкости. Блок первичной защиты настроен на Р = 24 МПа. Рабочее давление в системе Р = 16 МПа.

3. Определение основных параметров машины

Вес грунта b_г позволяет нам определить вместимость ковша q:

(1)

где g - ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с²); - плотность грунта, принимаем =1820 кг/м³ 7.

Вес скрепера b_c равен:

, (2)

где а - коэффициент материалоемкости скрепера, принимаем а = 1,110³ кг/м³ 7.

Тогда вес груженого скрепера :

(3)

Внутренняя ширина ковша рассчитывается из условия превышения габаритной ширины движителя тягача:

,(4)

где В_т - ширина тягача; в - зазор между наружным краем движителя и внутренней поверхностью боковой стенки ковша. м.

Для скрепера принятого в качестве прототипа, на основании одинаковой вместимости ковша (q = 11 м³), используется гусеничный трактор Т - 170. В расчете принимаем геометрические параметры этого трактора: В_т = 3300 мм. мм.

Габаритная ширина скрепера

,(5)

где в₁ - сумма толщин стенки, накладок тяговой рамы и зазора между ковшом и тяговой рамой, в₁ = 0,17 … 0,27 м, принимаем в₁ =0,2 м.

мм.

Соотношение между длинной и высотой ковша принимаем

H/L = 0,8.(6)

Длину предварительно найдем из соотношения:

.(7)

С учетом (6):

Тогда

(8)

м.

Принимаем L = 2,0 м.

Тогда из соотношения (6):

H = 1,6 м.

Принимаем H = 1,6 м.

Высота задней стенки принимается:

.(9)

м.

Радиус дугообразной заслонки:

.(10)

м.

Окончательно принятые размеры:

ширина ковша В = 3400 мм

длина ковша L = 2000 мм высота ковша H = 1600 мм.

Размеры и тип пневматических шин колес скрепера подобраны по наибольшей статической нагрузке согласно ГОСТ 8430-85. У полуприцепных скреперов 52% сцепного веса приходится на переднюю ось, отсюда нагрузка на шину равна:

(11)

Н.

Из [2] выбраны шины 27.00-35 со следующими характеристиками:

Размеры шины, мм

наружный диаметр 2220±34

ширина профиля 762±24

статический радиус 1015±17

масса шины, кг 760

внутреннее давление при скорости 50 км/ч, МПа 0,35

нагрузка на шину, кН 155,50

Скорости основных движений

Скорость движения при заполнении, м/с;

V₁=0,7·V.(12)

Скорость движения при транспортировании грунта самоходным скрепером составляет 40-50км/ч, принимаем 50 км/ч, что составляет:

Скорость при разгрузке,

(13)

Скорость холостого хода,

(14)

Внешние сопротивления, законы их изменения

Суммарное сопротивление на заключительной стадии наполнения ковша:

, (15)

где - W_Р - сопротивление резанию; W_H - сопротивление наполнению ковша; - сопротивление перемещения призмы волочения; W_F - сопротивление перемещению груженого скрепера.

Сопротивление резанию:

(16)

где С - число ударов динамического плотномера, (принимаем С=12); h - глубина резания, принимаем h = 7 см; l - длина горизонтальной режущей кромки, l = B = 3400 мм для сплошного пояса; ₀ - угол резания, ₀ = 40; S - толщина бокового пояса, принимаем S = 150 мм; Y₀ - коэффициент, зависящий от угла заточки лобовых поясов, Y₀ = 0,8 4; - величина, зависящая от условий резания, = 1 4.

Н.

Сопротивление наполнению ковша:

,(17)

где W₁ - сопротивление вдавливанию срезаемого грунта в заполненный ковш; W₂ - сопротивление трению о грунт продвигающейся в грунт стружки.

(18)

где - коэффициент, зависящий от высоты грунта в ковше, = 1,5 4; К_сж - удельная сопротивляемость пласта срезу на заключительной стадии положения ковша, К_сж=9 Н/см² 4; А_с - площадь поперечного сечения стружки.

, (19)

м².

Н.

tg ₀ , (20)

где g - ускорение свободного падения, м/с², (g = 9,81 м/с²); Н - высота наполнения ковша, Н = 1,6 м; l - ширина стружки, l = 3,4 м; - длина стружки в конце заполнения ковша, = 0,25 м 4; - плотность грунта, = 1820 кг/м³; tg ₀ - коэффициент трения расчетного грунта о грунт, tg ₀ = 1.

Н.

Сопротивление перемещения призмы волочения:

,(21)

где V_П - объем призмы волочения, м³,

, (22)

м³.

Н.

Сопротивление перекатыванию скрепера:

(23)

где f - сопротивление перекатыванию, f = 0,06 4. Н. По формуле (15) суммарное сопротивление:

Н.

Выбор тягача и толкача

Толкач подобран правильно, если соблюдаются два условия:

,(24)

,(25)

где - максимальные кратковременно допустимые силы тяги тягача и толкача (при коэффициенте буксования для колесного движителя =0,3, для гусеничного =0,1); - коэффициент одновременной работы тягача и толкача, (=0,85 [1]); - действительные скорости движения тягача и толкача при соответствующих

().

Построение кривой буксования

Кривую буксования построим пользуясь эмпирической зависимостью:

,(26)

где - сила тяги движителя , кН; - сила тяжести, приходящаяся на ведущие колеса; - коэффициенты, принимаемые в зависимости от конструкции шин, грунта, давления воздуха в шинах (А=0,09, В=2,34, n=8 [1]),

,(27)

Полученные значения сведем в таблицу 1.

Таблица 1 - Значения

Условия выбора тягача и толкача:

1. ,(28)

2. ,(29)

где - максимально кратковременно допустимая сила тяги тягача, (при = 0,3 = 124 кН, = 1,7 м/с); - действительные скорости движения тягача и толкача, м/с;

Необходим толкач обеспечивающий силу тяги в 36,5 кН, например Т-130.



Рисунок 2 - Кривая буксования

4. Определение основных параметров рабочего органа

Выполнена эскизная компоновка, исходными данными являются:

Размеры ковша (В = 3,4 м; Н = 1,6 м; L = 2,0 м; Н_з = 1,76 м; В_ш = 0,762 м).

Рекомендуется выполнение следующих положений:

_ равенство колеи передней и задней осей;

_ седельно - сцепное устройство обеспечивает поворот тягача в плане относительно скрепера на 90° в каждую сторону;

_ зазор между задними колёсами и элементами металлоконструкции не менее 1 м. Остальные размеры приняты конструктивно.

Расчет приводов рабочих органов

Целью расчета является определение усилий и скоростей в соответствующих механизмах, выбор гидроцилиндров.

Расчетная схема показана на рисунке 2.

Рисунок 3- Расчетная схема полуприцепного скрепера

Исходными данными являются известные силы: G_тяг = 118,7 кН; G_к+г = 318,7 кН; G_р = 7 кН.

В соответствии с нагрузками на каждую ось приняты: R_п = 165,724 кН; R₃ = 152,976 кН.

Уравнения связи между неизвестными:

,(30)

,(31)

,(32)

кН;

кН.

Для определения неизвестных необходимо составить и записать систему из двенадцати уравнений. Уравнения равновесия всей машины:

(33)

(34)

(35)

Уравнения равновесия тягача:

(36)

(37)

(38)

Уравнения равновесия тяговой рамы:

(39)

(40)

(41)

Рисунок 4 - Схема сил, действующих на тягач



Рисунок 5 - Схема сил, действующих на тяговую раму скрепера

:

:

:

:

:

:

:

:

:

Из уравнений (27-35):

47,0 кН; 131,4 кН•м; 36,5 кН; 154,9 кН.

Расчет механизма подъема и опускания ковша

Расчётное положение: скрепер работает на заключительной стадии наполнения ковша; включён механизм подъёма ковша, толщина срезаемой стружки h_с = 0.

Усилие F_п, действующее в механизме подъёма, определяется из уравнений равновесия тяговой рамы.

Из уравнений (33-41):

кН.

Диаметр гидроцилиндров:

,(42)

где р - рабочее давление в гидросистеме, МПа (р = 16 МПа); z - количество гидроцилиндров, (z = 2);

м,

Принимаем 2 гидроцилиндра со следующими параметрами:

Диаметр поршня, мм D_ц = 100;

Диаметр штока, мм d_шт = 60;

Ход поршня (штока), мм Х_шт = 800;

Расчет механизма управления заслонкой

Расчетное положение: происходит подъём заслонки в начальной стадии разгрузки заполненного грунтом (с "шапкой") ковша, при этом с заслонкой поднимается весь находящийся в ней грунт.

Рисунок 6 - Схема сил действующих на заслонку

Необходимое усилие F_ЗАС, преодолеваемое гидроцилиндрами подъёма заслонки определяется из условия равновесия системы

, (43)

где G_ЗАС - сила тяжести заслонки, G_ЗАС = 4 кН; G_Г - сила тяжести грунта, находящегося в заслонке.

Плечи сил берем из прототипа.

Приближенно вес грунта в заслонке G_Г можно найти из выражения:

,(44)

где k₃ - коэффициент, учитывающий конфигурапию заслонки, k₃ = 0,8; В₃, H₃, L₃ - соответственно ширина, высота и длина заслонки; _Г - плотность грунта; g - ускорение свободного падения.

Трение грунта по плоскости АВ не учитывают, так как при повороте заслонки связь между грунтом в заслонке и грунтом в ковше нарушается.

Выбор гидроцилиндра проводим по усилию:

(45)

Выбран гидроцилиндр с тянущим усилием F = 32,5 кН [7].

диаметр поршня D = 70 мм;

диаметр штока d = 32 мм;

ход штока L = 640 мм;

номинальное давление в гидролинии p = 16 МПа.

Механизм разгрузки

Расчётное положение: начальная стадия изменения положения задней стенки, ковш перед этим был полностью заполнен. Расчётная схема приведена на рисунке 6.

Рисунок 7 - Расчётная схема к определению механизма разгрузки

Сила F, необходимая для выталкивания грунта из ковша, кН:

,(46)

Сила трения грунта о днище ковша F_д, кН:

, (47)

где µ₁ - коэффициент трения грунта о сталь, (µ₁ = 0,7 [2]); G_гр - вес грунта оставшийся в ковше после открытия заслонки, кН; г_г объемный вес грунта в естественном залегании, Н/м³ g_гр - объёмный вес грунта, кН/м³ (g_гр = 17,8 кН/м³).

кН.

Сила трения грунта о боковые стенки ковша F_б, кН:

, (48)

где Е_а - активное давление грунта на боковую стенку ковша, Па; ?₂ - угол трения грунта по грунту, (?₂ = 26,5 [2]).

кН.

Сила сопротивления качению роликов задней стенки по днищу ковша F_к, кН:

, (49)

где - коэффициент сопротивления качению роликов, (= 0,12 [2]); G_ст - вес задней стенки, кН [2] (G_ст = 6 кН); кН.

Сила инерции F_j, кН:

,(50)

где u_с - скорость движения задней стенки (u_с = 0,15 м/с [2]); t - время разгона, с (t = 0,5 с [2]);

 кН.

кН.

Для нахождения высоты h, м берём сумму моментов относительно точки А:

,(51)

м.

По формуле (23) подбираем гидроцилиндр:

м.

Принимаем два гидроцилиндра [2] со следующими параметрами:

Диаметр поршня, мм D_ц = 90;

Диаметр штока, мм d_шт = 50;

Ход штока, мм Х_шт=840.

5. Расчет несущей способности и жесткости рамы рабочего органа

Расчёт тяговой рамы производим на основании ранее произведённых расчётов. Сечение 1 - 1: Условие расчёта прочности у_и, МПа:

,(52)

где М_х - момент от силы F_ш, кН•м;

, (53)

Расчётная схема представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Расчетная схема

кН•м, М_у - момент от силы R_ш, кН;

, (54)

кН•м, W_x, W_y - моменты сопротивления сечения относительно оси х и у, м³;

, (55)

где у - максимальное расстояние от центра тяжести, м (у = 0,6 м); I - момент инерции сечения, м⁴;

, (56)

 м⁴,

м³,

[у_изг] - допускаемое напряжение на изгиб, МПа (для стали 3 [у_изг] = 160 МПа [3]);

,

Условие выполняется, следовательно, расчёт сделан, верно.

Сечение 2-2 проверяется на прочность от крутящего момента:

Условие расчёта прочности на кручение ф_кр, МПа:

,(57)

где М_кр - крутящий момент, кН•м:

;(58)

кН•м.

- моменты сопротивлений сечения , м³;

, (59)

где d- средний диаметр сечения, м (d=0,4м); t - толщина стенки, м (t = 0,1 м);

м³.

[ф] - допускаемое напряжение при кручении, МПа (для стали 3 [у] = 65 МПа [3]).

.

Условие выполняется, прочность достаточна.

6. Определение эксплуатационной производительности скрепера

Производительность эксплуатационная скрепера П_Э, м³/ч:

П_Э=,(60)

где k_H - коэффициент наполнения ковша, (k_H = 0,9); k_B - коэффициент использования по времени, (k_B = 0,85); k_P - коэффициент разрыхления грунта, (k_P = 1,2); Т_Ц - продолжительность рабочего цикла, с.

Т_Ц =, (61)

где l₁ - длина наполнения ковша, м; l₂ - длина транспортирования грунта, м (принимаем l₂ =3000 м); l₃ - длина пути разгрузки, м; l₄ - длина пути обратного (порожнего) хода, м; t_п - время на переключение передач, t_п = 5 с; t_пов - время на один поворот, t_пов = 10 с.

Длина пути наполнения ковша:

, (62)

где k_п - коэффициент, учитывающий потери грунта при образовании призмы волочения и боковых валиков, k_п = 1,3; 0,7 - коэффициент, учитывающий неравномерность толщины стружки; А_с - площядь стружки в начальный момент резания.

где - толщина стружки в начальный момент резания, м ( = 0,3 м).

Длина пути разгрузки ковша:

,(63)

где - толщина отсыпаемой стружки, принимаем из условия наиболее полного уплотнения грунта колесами скрепера.

Длинна пути порожнего хода:

,(64)

Т_Ц =.

По формуле (60):

П_Э=

Сменная производительность:

,(65)

t_cм - продолжительность смены, t_cм = 8 ч.

.

Список литературы

1. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению СТП СГУПС 01.01.2000. С 44.

2. Проектирование землеройно-транспортных машин. Методические указания. Новосибирск. 2003. 39с.

3. Забегалов Г.В., Ронинсон Э.Г., Бульдозеры и скреперы. М., 1986. 303с.

4. Машины для земляных работ. Гаркави Н.Г. М., 1982. 333с.

5. Строительные машины. Задания и методические указания к лабораторным и практическим занятиям. Новосибирск. 1997. 43с.

6. Дорожные мащины. Часть 1. Машины для земляных работ./ Т.В. Алексеева, К.А. Артемьев, А.А. Бромберг и др. М., 1972. 504 с.

Приложение

Эскизная компоновка прицепного скрепера с принудительной разгрузкой

Кривая буксирования



Размещено на Allbest.ru